環境與生態

超級雜草

許多種雜草已經演化出可以抵抗除草劑的能力,成為農民揮不去的夢魘,嚴重影響了經濟作物的產量。

撰文/艾德勒(Jerry Adler)
翻譯/林慧珍

環境與生態

超級雜草

許多種雜草已經演化出可以抵抗除草劑的能力,成為農民揮不去的夢魘,嚴重影響了經濟作物的產量。

撰文/艾德勒(Jerry Adler)
翻譯/林慧珍

重點提要
■化學除草劑的效用沒有維持幾年光景:雜草一定會對這些化學農藥的產生抗性。
■事實上,雜草已開始對廣泛使用的除草劑「農達」的主要成份——嘉磷塞產生抗性,而一些最大宗的經濟作物則是經過基因改造,能夠抗嘉磷塞。
■農業科學家現在必須尋找新的策略來保護作物。同時,一些批評者認為,應重新檢討對基因改造作物的依賴。

每年11月的第二個星期,美國印第安納州中部的農田盡是一片黃褐色與黑色交雜的景象:整片田地都是收成過的玉米及大豆殘株;不久後,農民把夏季作物的殘株犁平,變成光禿禿的大地,這是準備要再耕種作物的土壤,但如果仔細觀察,已經可以看到一些秋季雜草的新芽:繁縷、千里光以及紫蕁麻。在美國普渡大學校園的溫室中,研究雜草科學的研究生布拉罕(Chad Brabham)挑了兩盆45公分高、粗糙的莖上長著鋸齒狀三裂葉片的植物。如果你覺得這植物看來眼熟,可能是因為曾在某片空地或路邊看過它們,美國本土的48個州幾乎到處都有,它們是三裂葉豬草(Ambrosia trifida),或稱大豬草,醜陋、無用,一如其名;至於它的近親:豬草(A. artemisiifolia),則專門吸乾土壤中的水份、飄散出很容易引發過敏的花粉。如果農民停止耕種,不出幾年,印第安納州中部就真的像農藝學家在車牌上的戲稱:大豬草國家森林公園。

過去半個世紀,農民靠著化學除草劑才讓田地免於雜草叢生的命運,其中使用最廣泛的是「嘉磷塞」(glyphosate),它是美國孟山都公司生產的「農達」(Roundup)及許多其他除草劑裡最著名的活性成份。布拉罕把這兩盆植物放在噴霧室中,並將一個小水槽裝滿嘉磷塞鉀鹽溶液,接著一個移動式噴頭迅速穿越噴霧室,在綠褐色的葉片上噴灑理論上應能致死的劑量,布拉罕取出植栽,放回桌上。這些雜草在未來24小時內的反應,就是整個美國中西部地區農民在這個栽種季節將面臨的問題。

除草劑大行其道,嘉磷塞是其中最受矚目的新星。過去10年來,對嘉磷塞有抗性的雜草(又名「超級雜草」)在美國從零星散佈擴大到分佈面積有445萬公頃,談到這個問題,科學家關懷聯盟的研究員、植物病理學家古瑞安–薛曼(Doug Gurian-Sherm)表示:「我不會用『災難』這種字眼來形容,但有人說這對棉花農來說,可能是除了棉鈴象鼻蟲之外最糟糕的事情。」雖然相較於美國的1.6億公頃耕地,這只是一小部份,但2007年以來,蔓延面積已擴增五倍。美國賓州州立大學雜草生態學家摩坦森(David Mortensen)表示:「這是個跳躍式的成長,我想之前也沒人預料得到。」2010年夏天他在俄亥俄州參議員庫欽奇(Dennis J. Kucinich)為調查美國農業部對基因改造種子的管制而召集的聽證會上表示:「我們有理由相信,這個趨勢會繼續下去。」超級雜草繼續蔓延變成災害,是可以預見的。就像對抗生素有抗藥性的細菌讓疾病專家必須有最壞的打算一樣,這是人類自己造成的問題,也讓我們學到,企圖超越演化是徒勞無功的。人類正面臨難以增加糧食產量的技術限制,而雜草蔓延讓問題雪上加霜。

殺不死的超級豬草

只是從飛機的窗口俯瞰玉米田的人可能不會明白,有多少農事是為了使農作物免受雜草干擾。「耕種」這個字眼不僅意味著種植,也包括犁田或翻土,這本來就是一種控制雜草的方法——根除有害植物並掩埋它們的種子。昆蟲及微生物能直接攻擊且造成作物死亡於無形,牠們可能悄悄發動攻擊,在幾天內消滅作物,但雜草是明目張膽對周邊的植物發動間接攻擊,搶走營養、水份以及最重要的陽光。昆蟲與疾病通常是偶發事件,不一定會造成危害,但雜草卻無處不在,如果不加防制,一株大豬草就可能使一片種了30株大豆的田地減少一半的產量。


這就是為什麼農藝學家一直密切注意這類已有部份群體演化出耐受嘉磷塞能力的雜草(在美國至少有10種,而在世界其他地方,數量也差不多)。孟山都的發言人急切指出,「農達」還是能夠殺死300種以上的雜草,但已經有耐受能力的這10種雜草中,很多都生長茂盛而且難以對付,對棉花、玉米及大豆具有殺傷力,包括大豬草、豬草、加拿大蓬、強生草、莧草以及長芒莧。其中長芒莧又稱為藜,是雜草中的巨無霸,它的莖可以長到像球棒一樣粗,而且非常頑強,能讓不幸遇到它的作物完全失去生產力。美國普渡大學雜草科學家鮑曼(Thomas T. Bauman)表示,具有抗除草劑能力的藜「幾乎已經是我們無法控制的雜草。」他表示:「它讓可以長到三公尺高的大豬草顯得渺小,而且一年四季都會發芽,因此你以為已經殺死它,但下次下雨時它又冒出來。」有些棉花農不得不放棄被藜佔領的田地,有些則回頭改用一個世紀前的農業技術,派人在田地裡用鋤頭猛力除草。密西西比州立大學研發副校長蕭(David R. Shaw)表示:「2010年,我看到在田裡鋤草的人力比15年前多。」他補充道:「這是非常困難的工作,非常不容易賺到錢。」


開發中國家的農民也認為,隨著第二次世界大戰之後有機除草劑的出現,他們的工作也增加了。最早的有機除草劑是2,4-D,它是第一種模仿植物生長素的除草劑,能使植物因不協調的快速生長而死亡。別種除草劑則攻擊植物的其他生理機制,例如光合作用或營養運輸。嘉磷塞能抑制一種稱為EPSPS(5-烯醇丙酮莽草酸-3磷酸合成)的酵素,EPSPS能合成植物及細菌的三種必需胺基酸,但不會對動物產生作用,因而受到廣泛使用。這種化學物質會攻擊植物分生組織的細胞,也就是植物尖端長出的芽。施用後,植物在一天之內便會停止生長,通常在一到二週之內死亡。


模仿生長素的除草劑能選擇性殺死闊葉植物,對草本植物是無害的,但是嘉磷塞不一樣,它會攻擊所有的綠色植物。一般的除草劑可以在春天雜草尚未長出之前灑在土壤上,嘉磷塞則必須直接施用於目標植物的葉片上,基於這些特性,從1970年嘉磷塞被發現到現在,幾十年來,它的實用性一直大受限制,農民通常只能在早春,雜草剛出現到農作物發芽之前這段時間,才使用嘉磷塞,或在生長季節以勞力密集的方式,避開作物,直接噴灑在每一株雜草上。


美國愛荷華州立大學農藝學家歐文(Micheal Owen)形容,這幾年來,雜草管理已成為一種藝術與科學的結合,必須不斷交替應用除草劑、輪作,以及在春季與秋季進行不等深度的犁田等技術,每一種措施都必須在耗費的金錢與時間以及可能的產量損失之間兩相權衡。每一種技術適用的雜草組合也不盡相同,也能夠藉此篩選出無法殺死的雜草。那些熬過猛烈攻擊的雜草,在藥劑攻擊之下仍然欣欣向榮。雜草問題會累積,這些種子一年比一年茁壯,因此必須使用不同的技術來防制,並經常變換方式;但我們也可以預期雜草將越來越繁盛。




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