自從玉米和大豆被改造為能夠抵御除草劑草甘膦的枯萎霧氣以來，已經(jīng)有四分之一個(gè)世紀(jì)了。這種改良作物及其除草劑最初被譽(yù)為控制雜草的“銀彈”，很快在北美玉米和大豆種植區(qū)得到廣泛采用。然而，在接下來的幾年里，需要根除的雜草悄悄地煽動(dòng)了叛亂。

由農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)研究局 (USDA-ARS) 和 伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校的科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的 一項(xiàng)新的 PNAS Nexus研究 回顧了工程作物商業(yè)化后草甘膦的功效。研究人員收集了和加拿大贈(zèng)地大學(xué)年度除草劑評(píng)估試驗(yàn)的數(shù)據(jù)，結(jié)果表明，他們檢查的所有七種主要雜草物種的草甘膦控制效果均顯著而迅速下降。

農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)研究局博士后研究員、該論文的第一作者克里斯·蘭道 (Chris Landau)表示：“我們的分析代表了雜草群落如何適應(yīng)整個(gè)北美空前規(guī)模的簡(jiǎn)化雜草管理策略的最大累積衡量標(biāo)準(zhǔn)之一。”

盡管草甘膦在早期提供了卓越的雜草控制效果，但數(shù)據(jù)集中的大多數(shù)雜草在短短兩到三年內(nèi)就表現(xiàn)出了對(duì)該化學(xué)品的適應(yīng)跡象。十年內(nèi)，雜草對(duì)草甘膦的反應(yīng)降低了 31.6%，并且隨著時(shí)間的推移進(jìn)一步線性下降。

“大自然正是做了我們?cè)噲D幫助人們避免的事情：它適應(yīng)了，”合著者 亞倫·哈格(Aaron Hager)說，他是農(nóng)業(yè)、消費(fèi)者和環(huán)境科學(xué)學(xué)院作物科學(xué)系 和 伊利諾伊州推廣學(xué)院的 教授和推廣專家。 (ACES)在伊利諾伊大學(xué)。

除了失去控制之外，草甘膦的功效隨著時(shí)間的推移也變得更加多變。

“當(dāng)首次采用耐草甘膦作物時(shí)，各種環(huán)境中的雜草控制都很高;然而，年復(fù)一年，草甘膦的表現(xiàn)變得不太一致，”合著者 、農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)研究局的生態(tài)學(xué)家、作物科學(xué)副教授馬蒂·威廉姆斯說。“例如，在 20 世紀(jì) 90 年代中期，草甘膦對(duì)大多數(shù)地塊中的特定物種提供了近 100% 的控制。但隨著時(shí)間的推移，可接受的雜草控制變得越來越少，通常會(huì)下降到 50%、30% 以下，甚至更糟。”

這些模式源自于贈(zèng)地大學(xué)進(jìn)行的年度除草劑評(píng)估試驗(yàn)，通常與其各自的推廣服務(wù)相結(jié)合。這些精心管理的試驗(yàn)測(cè)試了新的和現(xiàn)有的除草劑對(duì)許多常見和麻煩的雜草種類的影響。大多數(shù)贈(zèng)地大學(xué)每年都會(huì)在全州范圍內(nèi)開展多項(xiàng)除草劑評(píng)估試驗(yàn)，其中一些自 20 世紀(jì) 70 年代以來一直在運(yùn)行。

幾年前，蘭道、海格和威廉姆斯挖掘了伊利諾伊大學(xué)除草劑評(píng)估試驗(yàn)的歷史數(shù)據(jù)，以研究氣候變化對(duì)伊利諾伊州 玉米 和 大豆 田雜草控制的影響。當(dāng)他們決定研究該國(guó)最廣泛使用的除草劑的歷史時(shí)，團(tuán)隊(duì)知道訪問伊利諾伊州以外的數(shù)據(jù)會(huì)更有效。Landau 與北美 24 個(gè)機(jī)構(gòu)合作，編制了一個(gè)龐大的數(shù)據(jù)庫，包含 1996 年至 2021 年近 800 萬個(gè)觀測(cè)數(shù)據(jù)。

在當(dāng)前的研究中，蘭道將數(shù)據(jù)篩選到每年單獨(dú)或與芽前除草劑結(jié)合使用草甘膦進(jìn)行測(cè)試的田地。他還將目標(biāo)雜草縮小到七種主要參與者：一年生豚草、巨型豚草、馬草、羊角草、長(zhǎng)芒莧、莧菜和水麻。最終，該數(shù)據(jù)集代表了來自 11 個(gè)機(jī)構(gòu)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

在記錄了草甘膦控制模式和隨時(shí)間變化的情況后，蘭道重新對(duì)在草甘膦之前施用了芽前除草劑的地塊進(jìn)行了分析。結(jié)果卻截然不同。

“添加對(duì)目標(biāo)雜草物種有效的芽前除草劑可顯著改善控制效果并減少草甘膦隨時(shí)間的變化，”Landau 說。“我們看到的任何雜草品種每十年失去控制的程度最高為 4.4%，而僅草甘膦的控制損失為 31.6%。”

海格并不感到驚訝。15 年來，他與伊利諾斯大學(xué)的幾位同事一直警告不要依賴任何單一化學(xué)物質(zhì)。他 在2008 年提出的旨在避免草甘膦抗藥性的建議 包括指導(dǎo)充分使用芽前除草劑。這一建議在很大程度上被忽視了，這與當(dāng)時(shí)的普遍做法相去甚遠(yuǎn)。

“由于 ALS 和 PPO 抑制劑(其他類別的除草劑)已經(jīng)失去控制，我們最終認(rèn)為有必要對(duì)草甘膦提出一些非常具體的建議。因?yàn)槿绻覀儾贿@樣做，我們就很清楚這將會(huì)是怎樣的結(jié)果，”海格說。“不幸的是，我們是對(duì)的。”

草甘膦的數(shù)據(jù)集只能顯示模式，不能解釋。雖然除草劑抗性可能是罪魁禍?zhǔn)?mdash;— 近幾十年來這個(gè)問題已成為農(nóng)業(yè)雜草的 一個(gè)主要問題——但這并不是草甘膦可能失去控制力的唯一原因。

蘭道指出，他在分析中追蹤的兩個(gè)物種——絨葉草和羊角草——尚未在世界任何地方出現(xiàn)草甘膦抗藥性的確診病例。然而，兩者都遵循與數(shù)據(jù)集中的抗草甘膦物種相同的趨勢(shì)。他說，過去 25 年除草劑壓力或同時(shí)發(fā)生的氣候變化可能選擇了更大的葉面積或更早的出芽，這兩者都可以幫助雜草在草甘膦下生存。

無論機(jī)制如何，模式都很明確：控制雜草的靈丹妙藥并不存在。研究人員敦促化學(xué)品多樣化，包括土壤和葉面施用產(chǎn)品;作物輪作模式;和機(jī)械控制。

未來是否會(huì)推出另一種靈丹妙藥?海格說，草甘膦的故事應(yīng)該起到警示作用。

“讓我們想象一下一家公司說他們有下一個(gè)靈丹妙藥。它將幾乎立即享有巨大的市場(chǎng)份額。但它需要制定一項(xiàng)管理計(jì)劃，以便隨著時(shí)間的推移更好地保持這種化學(xué)反應(yīng)，”他說。“為什么我們會(huì)認(rèn)為大自然的行為會(huì)有所不同?不會(huì)的。”