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草甘膦對土壤生態的影響

2017-01-03
Robert Kremer博士是《雜草管理原則》(Principles in Weed Management)一書的合著者,他是一名備受認可的土壤專家,並在密蘇裏大學擔任土壤微生物學教授。最近,他從美國農業部(USDA)退休,此前的32年間,他一直任職農業部,是一名德高望重的微生物學家。自1997年以來,他一直在開展有關轉基因(GE)作物的研究,在這篇采訪中,他指出了轉基因作物和草甘膦如何對土壤生態和生物造成影響的。Roundup導致病原體在植物根系堆積在轉基因作物出現之前,他的研究項目主要集中在土壤中植物和微生物的相互作用。眾所周知,除了殺滅雜草以外,草甘膦的次要作用機制之一,就是它往往會導致植物被機遇性土壤病原體所感染。1996年,當第一種轉基因植物問世之際,Kremer的團隊決心開展調查,了解如果在轉基因大豆上使用草甘膦,是否會吸引某些土壤病原體,如鐮刀菌。雖然素來被人們視為病原體,但鐮刀菌屬的幾個物種其實對環境有益,因為它們可以調節土壤中有機物質的分解。其他種類則具有機遇性,如果條件適宜,它們會攻擊植物,在這種情況下,它們就搖身一變成為病原菌(具有傳染性)。他們發現,在使用Roundup(其中的活性成分為草甘膦)之後,在當季,大豆和玉米的根系中總是會積累大量鐮刀菌。“一旦你知道根系中積累的鐮刀菌的數量,你就會懷疑,如果條件適宜,它們很可能發展成病害。”Kremer表示,“結果,在大豆和玉米中,我們發現了4~5個主要的鐮刀菌物種。在化驗的根系樣本中,我們只在10%~20%的樣本中發現了實際致病病原物種。其中一種就是導致大豆猝死綜合癥的病因,它會導致植物枯萎,根部腐爛,主要發生在土壤潮濕的環境中。但是有趣的是,我們曾以為會持續地在經過草甘膦處理的大豆根部發現這種病原菌,但是在多個生長季節中,這個病原菌從來沒有占據主導地位。我們發現的,是很多其他的鐮刀菌,有些可能是致病的,或者在某種條件下致病。我們通過這些研究得出的主要結論就是,對於這些大豆物種,基因改造和草甘膦的使用形成了非常有助於鐮刀菌增殖的土壤環境,因而讓病害有了可趁之機,如果各項條件都適宜的話,便會快速形成病害。原因就在於,病害形成所需要的接種體已經在根部堆積,如果條件允許,便可能隨時受到感染。而非轉基因大豆則沒有出現這種趨勢。”草甘膦如何阻礙植物生長正如Kremer講到的,草甘膦的主要作用模式,就是阻止氨基酸合成,隨後抑制植物生長所必需的蛋白質的合成。還有一種補充的作用模式便是,在這種情況下,它會讓植物更容易受到土壤中的微生物(以及任何一種病原體)的侵害。其主要原因就在於,植物需要合成能夠抵禦土壤病原體的其他化合物,而在這些化合物中,氨基酸同樣也是不可或缺的基本成分。這樣一來(因為草甘膦抑制氨基酸合成),植物更容易受到土壤中多種微生物的攻擊和感染。草甘膦還會充當礦物螯合劑,而對於多種植物和人體酶,鋅、銅、錳等礦物質都是必不可少的輔助因子。在植物內部螯合或去除這些礦物質,很大程度上會損害植物的蛋白質合成,因為參與合成的酶需要這些礦物質才能正常工作。這無疑會讓植物面臨各種各樣的威脅。草甘膦會對植物產生系統性影響,這只是問題的一部分我們通常認為,草甘膦只不過是一種局部使用的除草劑,但其實我們必須認識到很重要的一點:草甘膦的特性之一,就是一旦它進入植物內部,就會產生系統的影響,它不能像很多其他除草劑一樣被沖洗幹凈。它會滲透到植物的每一個細胞,尤其是快速生長的細胞。Kremer解釋道:“它會被輸送到植物的各個部位,主要進入植物的生長點,也就是分生組織,而植物最活躍的生長點之一,就是稚嫩的根尖。人們為植物噴灑的很多草甘膦,都會貫穿整株植物。它會進入分生組織,以及正在成形的種子。但大量草甘膦都會傳輸到根部,而其中大部分還會穿過根部,進入土壤。一旦草甘膦在土壤中釋放,就會接觸土壤溶液中的營養成分,同時螯合或固化這些營養成分,讓它們結合在一起,以致無法被植物所吸收。這些營養成分也無法被根周的有益微生物所利用,它們完全無法獲取這種微量營養素,這樣就會產生雙向影響。首先會對植物產生影響,因為它無法利用這些基本的營養物質來調節酶的各種反應,這些反應通常需要微量營養素才能進行。同時,微生物擁有植物所需的酶,但它們無法完成自身的新陳代謝。”一旦與草甘膦結合,微量營養素也將不能被您的身體吸收有趣的是,如果您對轉基因植物進行組織分析,尋找其中的微量營養素,化驗結果可能顯示,其中含有足量的錳和其他礦物質。但是,這種組織分析並不能告訴您,其中有多少錳已經與植物中含有的草甘膦結合,而無法被您的身體所利用。此外,如果礦物質與植物中的草甘膦結合,您的身體將無法將其分離,就算食用這些植物,也無法獲得其中的營養物質。相反,這些礦物質會被直接排出體外,或者更糟——它們還可能與草甘膦一起在您的體內堆積。而更糟糕的是,草甘膦配方,如Roundup等,同時還含有除草甘膦以外的更多毒素。例如,表面活性化學物質會破壞植物的細胞膜,讓草甘膦等其他化學物質更容易被植物所吸收,因此造成的風險更大。免耕農業利用草甘膦進行“雜草清理”的弊端春天,一些免耕農民會大量使用Roundup,他們稱之為“雜草清理”,希望在種植之前清除田野中的所有雜草和植被。免耕本身是一種有益的做法,因為耕耘土壤會大量殺死土壤中的有益微生物,尤其是菌根真菌,同時,耕耘也會導致表土大量流失。但是,以使用除草劑這種方式為土壤做清理,從長期來講,顯然存在嚴重的弊端,如果農民不加留意,很可能導致作物無法生長。Kremer解釋道:“‘雜草清理’通常作為免耕土地的預處理方式,如果這樣做,所有植被的根部的微生物數量都將出現急劇變化。也正因為如此,我們經常建議農民等待一周或十天左右,以便讓土壤中大量可能致病的微生物達到高峰,然後逐漸死亡。然後,你就可以種植作物,而不必擔心微生物種群失衡,對新作物的幼苗造成威脅。這才是問題所在。我個人知道,一些農民不願意等待。他們會在清除雜草後立即種植作物,而為此付出的代價,會在隨後通過作物反映出來,因為這種做法確實會影響作物的早期生長。”“您不妨想象一下,這種做法類似於臨床應用抗生素來治療嚴重的疾病。在這種情況下,草甘膦並非用於治療疾病,它只是一個農業生產流程。然而,它會殺死土壤中的微生物,就像抗生素殺死腸道菌群一樣,會產生幾乎相同的副作用。它會降低土壤滋養植物以及抵禦害蟲的能力。“在兩種情況下,殘余活動會持續一段時間,而不只是幾天而已。當然,細菌平衡會開始改善,但仍然會在隨後導致不平衡的微生物種群。而實際上,微生物種群中的很多種成分會因為草甘膦的使用而繁榮生長。鐮刀菌就是其中之一,而它們當中,很多物種都有害無益。“您可以想象接下來發生的事情,表層土壤中的根部會枯死,或者,會出現不正常的生長,就像我們在葡萄苗中看到的一樣。之後,這些農民會奇怪,為什麽會突然出現產量問題。在這樣一些多年生植物系統中,草甘膦的過度使用是一個非常嚴重的問題。”轉基因作物導致農藥和其他農業化學品增加化學技術產業用來推廣和支持轉基因作物的其中一個依據,便是這些作物可減少農藥的使用。事實上,雜草逐漸能抵禦化學物質,反而導致農藥的使用增加。目前,預計有6,000萬公頃的農田布滿抗草甘膦的超級雜草。雖然農民會在種植玉米和大豆之間反復切換,但大部分都是兩種作物的耐Roundup版本。換言之,這些作物能夠抵抗為控制雜草而使用的Roundup。因此,即便種植的作物不同,您依然會年復一年地持續使用Roundup。通常,您首先會運用Roundup進行雜草清理,然後在作物生長季,您還會繼續使用,並且通常還不止一次。“他們沒有選擇不能抵抗Roundup的不同作物,因為他們的想法是:‘好吧,我們來改種一下作物,以便讓它抵抗其他農藥,以殺死抗Roundup的雜草。’是的,我們將擁有可以抵抗至少兩種或三種不同農藥(包括草甘膦)的作物。其他農藥可能是2,4-滴和麥草畏。這些農藥可以清除抗草甘膦雜草。但是我們都知道,對於2,4-滴和麥草畏,一些雜草同樣可抵禦這一類化合物。這些雜草遲早將可以抵抗三種不同的農藥,這只是一個時間的問題。我們都知道,一些雜草甚至能抵抗五種不同的農藥。我有一種不祥的預感,早晚會出現這種問題。”Kremer表示。為抑制與大豆和玉米相關的作物病害,人們也在使用越來越多的化學物質。當第一個轉基因大豆品種出現時,種子並未經過除草劑和殺菌劑處理。現在,您基本上買不到沒有經過至少一種殺蟲劑和殺真菌劑處理的抗Roundup種子。因此,農民找不到“幹凈”的種子,至少從孟山都公司(Monsanto)肯定買不到。這些聚集的化學物質最終會被輸送到植物,然後由牲畜或人類食用。為了讓土壤再生,我們需要新的農業系統在Kremer看來,在種植轉基因玉米和大豆多年之後,很多農民都註意到產量有所下降,這顯然與孟山都公司的承諾相悖。產量之所以下降,必定與土壤健康水平下降直接相關。Kremer指出:“目前的情況,尤其在農業產業化領域,是使用草甘膦和轉基因(植物)物種,以及在土壤中施加的化學肥料,這些做法減少了土壤中的有機物質,而有機物質又是確保土壤健康的關鍵所在,因為它會對土壤的各種特性造成影響。”不難想到,我們的食物中的很多營養物質,尤其是微量營養素水平都在不斷下降。考慮到這些不利影響,越來越多的農民正在積極尋求改變,很多人現在都想恢復到非轉基因作物。這當然是解決方案的一部分,但卻不是全部。土壤必須通過適當的流程,實現主動再生。改用非轉基因種子還遠遠不夠。使用覆蓋作物也是解決方案的重要組成部分,因為它有助於培養土壤中的有機物質,打破土壤的密封狀態,實現更好的水和空氣滲透。采用整體畜群管理(holistic herd management)是另一種重要方法。“我認為要解決這個問題,目前還有很多機會。”Kremer博士指出,“我認識一些農民,他們已經開始行動起來了。如果我們可以在土地上放養食草動物,制造這種營養物質,並增加土壤中的有機物質沈積,長此以往,必將可以恢復和修復這些土壤。最大的問題在於,各種類型的農業之間存在著隔離。大部分集中型動物養殖場(CAFO)都位於西部,我們會把所有的糧食運到那裏。我們將這裏的土壤中的營養成分帶走,而西部卻有著大量肥料(這些肥料本應該撒到我們這裏的土壤中)。我認為,人們對於使用非轉基因作物飼養的肉類的需求正不斷增長。我相信,我們還將看到更多當地加工商以及當地飼養機構,為我們提供大量食草牛肉和食草豬肉。我們可能會看到這個發展趨勢,因為大部分養殖場目前顯然都在使用抗Roundup的商品玉米和大豆。我覺得,將來的某個時間,我們會見證變化的發生。我們將擁有完整的可持續系統,在這個系統中,牲畜和飼料谷物都在同一個地方飼養或種植。”
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