竹焦油生物除草剂的开发及其对杂草防控的双重机制研究

本研究针对农业废弃物资源化利用和有机农业杂草防控成本高的双重挑战，开发了基于竹热解焦油(BT)的新型生物除草剂。通过系统生物测定和两年田间试验，证实三种BT制剂(EC/Na/K)在2.5-20%浓度下对艾蒿(Artemisia argyi)和稗草(Echinochloa crus-galli)的抑制率达86-95%，且克服了传统植物源除草剂的选择性局限。GC-MS分析揭示其74%酚类物质构成主要活性成分，通过诱导细胞渗漏发挥除草作用，为生物质循环利用和可持续农业提供了创新解决方案。

　　

随着全球每年产生约1400亿吨农林废弃物，传统焚烧处理方式加剧了环境污染。中国有机农业仅占耕地面积的3%，远低于发达国家5%的水平，其中杂草管理成本高达4500美元/公顷，成为制约发展的关键瓶颈。虽然热解技术可将生物质转化为生物炭和木醋液(PA)，但占总量19%的竹焦油(BT)长期被忽视。与此同时，市售有机除草剂价格昂贵（1107-4426美元/公顷），且醋酸(AA)类产品存在窄叶杂草防控效果差、作用机制单一等问题。

为解决这一系列问题，来自中国的研究团队创新性地将竹焦油开发为兼具除草和杀虫功能的新型生物农药。研究人员通过系统评价三种BT制剂（乳化浓缩剂BTEC、钠盐BTNa、钾盐BTK）的植物毒性特征，发现其酚类物质含量高达74%，在0.08-0.45%浓度下即可有效抑制双子叶/单子叶植物生长。两年田间试验证实，20%浓度BT制剂对艾蒿和稗草的防控效果达95%，与商品化除草剂相当。这项发表于《Infectious Disease Modelling》的研究，为农业废弃物高值化利用和化学农药减量化提供了双重解决方案。

研究采用GC-MS分析揭示BT化学成分，通过培养皿EC₅₀测定量化植物毒性，结合温室盆栽和田间试验验证除草效能。关键实验包括：利用电导率变化测试评估酚类物质（如愈创木酚）诱导细胞渗漏的机制；采用标准化方法比较三种制剂对4种模式植物的抑制效果；通过两年重复田间试验确定最佳应用浓度窗口。

【BT成分分析】GC-MS鉴定出44种化合物，酚类（74.13%）、酮类（6.64%）和酸类（6.61%）为主要成分，未检出短链脂肪酸。

【种子抑制实验】BTEC对黄瓜的EC₅₀最低（0.09-0.16%），显著优于BTNa/BTK。稗草敏感性是小麦的2.3倍，根长测量是最灵敏指标。

【盆栽试验】萝卜（EC₅₀ 0.6-1.0%）比黄瓜敏感2.1倍，BTEC/BTNa效果优于BTK，推荐萝卜和稗草作为标准筛选模型。

【田间试验】三种BT制剂对阔叶/窄叶杂草效果相当（20%浓度抑制率86-96%），打破AA类产品对窄叶杂草效果差的局限。BTEC在施药14天时表现最优。

【作用机制】愈创木酚处理组的电导率变化（ΔEC）显著高于AA组（1947 vs 1295 μS/cm），证实酚类通过破坏细胞膜发挥药效。

讨论部分强调，BT的独特价值在于其酚类物质与有机酸的协同作用：酚类改善叶面附着（接触角降低38°→22°），使ED₅₀比纯AA降低43%。研究同时指出，虽然BT含潜在致癌物PAHs，但通过物理化学纯化可达到欧盟食品安全标准（苯并[a]芘<10μg/kg）。土壤酶活性测试显示BTK能刺激脲酶（10-30%）和蔗糖酶（10-60%）活性，而BTEC可能产生短期抑制。

该研究首次系统论证了竹焦油作为广谱生物除草剂的可行性，其创新性体现在：开发出成本低于300美元/公顷的有机除草方案；突破植物源除草剂对单子叶杂草效果差的技术瓶颈；建立电导率变化法作为新型除草剂活性筛选标准。未来研究需重点关注BT在土壤中的降解动力学及其对传粉昆虫的影响，为产业化应用提供更全面的生态安全评估。