精准施药技术See&Spray?对大豆田杂草种群的长效影响：一项三年期研究

《Weed Technology》：Weed Population Impacts Using Targeted Herbicide Applications with See & Spray? in Soybean over a Three-year Period

本研究针对传统除草剂全面喷洒导致的农药过量使用及杂草抗性风险，系统评估了John Deere公司See&Spray?精准施药系统在三年大豆种植中对杂草种群动态的影响。研究发现，高灵敏度（最高检测等级）靶向施药在保证除草效果（杂草密度无显著增加）的同时，将施药面积减少20%-90%，年均节约成本43.22-129.19美元/公顷，且未增加土壤杂草种子库。然而，低灵敏度设置导致年度杂草密度激增262%，Palmer amaranth（长芒苋）逃逸数量达1,380株/公顷，显著推升抗性演化风险。该研究为精准农业技术优化提供了关键参数依据，并警示不当灵敏度设置可能引发的长期生态风险。

　　

在当今农业领域，农药过量使用引发的环境负荷与杂草抗药性升级已成为全球性难题。尤其在美国大豆主产区，传统全面喷洒（broadcast application）除草剂的方式虽能短期控草，但长期来看不仅推高生产成本，更可能加速如Palmer amaranth（长芒苋）等恶性杂草的抗性演化。这类杂草繁殖力极强，单株可产生数十万粒种子，一旦逃逸治理，将迅速占领田间并形成抗性种群。与此同时，美国环保署（EPA）近年强化对农药使用的生态风险评估，要求农业操作需兼顾濒危物种保护。在这一背景下，约翰迪尔（John Deere）公司推出的See&Spray?精准施药技术，通过机器视觉与深度学习算法实时识别杂草并靶向喷洒，被视为平衡除草效率与生态可持续性的潜在解决方案。然而，该技术在实际应用中仍存争议：靶向施药是否会因漏喷导致杂草逃逸？不同检测灵敏度设置如何影响长期杂草种群动态？这些问题的答案直接关系技术推广的可行性。

为解答上述问题，阿肯色大学等机构的研究团队在《Weed Technology》发表了一项为期三年的田间实验成果。研究通过对比传统全面喷洒与See&Spray?系统两种灵敏度（最高/最低）靶向施药模式，系统评估了对杂草密度、土壤种子库、作物产量及经济收益的多维度影响。

关键技术方法

研究在美国阿肯色州Keiser的东北研究与推广中心（NEREC）进行，采用随机区组设计，设置传统全面喷洒、高灵敏度靶向施药、低灵敏度靶向施药三组处理。实验使用改装的小型双喷杆See&Spray?喷雾机，配置PS3DQ0005喷嘴（中等雾滴分类），在283 kPa压力下以140 L ha^-1喷洒量作业。杂草监测覆盖播种前、早期出土后（early-postemergence）及中期出土后（mid-postemergence）三个关键阶段，通过土壤种子库 exhaustive germination（ exhaustive germination）评估及田间逃逸杂草计数量化种群变化。经济分析纳入除草剂成本、订阅费、设备折旧等变量，基于密西西比州立大学历史预算数据建模。

研究结果

1. 1.
   杂草密度与施药灵敏度直接相关
   三年数据显示，传统喷洒与高灵敏度靶向施药的杂草密度始终稳定（年均1,500株/公顷以下），而低灵敏度处理区杂草密度逐年暴增262%，至第三年达11,300株/公顷（图1）。
   
2. 2.
   土壤种子库变化警示长期风险
   通过 exhaustive germination 检测发现，低灵敏度处理区土壤中Palmer amaranth种子数量三年内增加2,246粒/m²，显著高于其他处理（表4）。收获期逃逸杂草计数进一步证实，低灵敏度处理区Palmer amaranth逃逸量（1,380株/公顷）是其他处理的4倍以上（图2、3）。
   
3. 3.
   靶向施药显著降低农药暴露面积
   高灵敏度与低灵敏度靶向施药分别平均减少施药面积57.9%与41.3%（早期出土后阶段），但仅早期阶段存在显著差异（图5）。这种减少使两类靶向施药均达到EPA中等减药效能标准（2个mitigation points）。
   
4. 4.
   经济效益与作物产量呈现复杂关联
   靶向施药年均节约成本86.33-108.65美元/公顷（图7），且低灵敏度处理意外提升大豆产量4,480 kg ha^-1（图6），可能与减少作物代谢除草剂能耗有关。但研究者强调，此收益难以抵消杂草种子库暴增198%的长期风险。
   

结论与讨论

本研究首次通过长期田间实验揭示：See&Spray?精准施药技术的生态与经济效益高度依赖灵敏度设置。高灵敏度模式在维持杂草防控效果的同时，可实现农药减量与经济效益双赢；而低灵敏度模式虽短期节约成本，但会引发杂草种群指数级增长，加速抗性演化。值得注意的是，靶向施用残效除草剂（如S-metolachlor）在低灵敏度下导致中期杂草密度激增（4,310株/公顷），印证了阿肯色大学专家坚持“残效除草剂应全面喷洒”的建议的合理性。研究结果对精准农业技术优化具有直接指导意义：生产者需优先选择高灵敏度设置，并避免为追求短期收益牺牲长期杂草治理可持续性。未来研究需进一步量化靶向施药对杂草抗性基因频率的影响，并验证该技术在不同土壤-作物系统中的普适性。