决策支持系统调控下杂草生物多样性与除草剂强度的互作关系研究

这篇综述通过15个冬麦田试验，揭示了决策支持系统(DSS)在平衡杂草生物多样性保护与除草剂使用强度(TFI)中的关键作用。研究发现采用DSS推荐方案(DSSstd/DSSred)相比常规建议(AdvSer)能显著降低30%除草剂用量，同时维持更高的物种丰富度(13.5 vs 5.9种/m2)，证实了"生物多样性降低除草剂需求"的生态-农业互惠机制。

　　

研究背景

传统农业中除草剂的广泛使用导致杂草生物多样性持续下降。本研究创新性地通过决策支持系统(DSS) Crop Protection Online(CPO)的德国区域原型，在15个冬麦田开展为期2年的对照试验，探究DSS能否在保证产量的同时提升杂草多样性。试验设置5种处理方案：标准DSS(DSSstd)、降低目标效力的DSS(DSSred)、实地考察的本地顾问建议(AdvLoc)、常规农技服务建议(AdvSer)以及空白对照。

材料与方法

试验采用随机区组设计，通过希尔系列(Hill's series)多样性指数量化杂草群落特征，包括物种丰富度(α=0)、香农指数(α=1)和逆辛普森指数(α=2)。除草强度采用处理频率指数(TFI)评估。创新性地构建路径模型，解析杂草密度、多样性与除草强度的互作网络。

关键发现

1. 多样性指标分化

   空白对照展现最高物种丰富度(13.5种/m²)，但优势种突出(等效丰富度仅3.2)。DSSred处理实现最低TFI(1.07)，较常规建议降低30%，同时维持较高物种数(9.2种/m²)。

2. 生态-农业互惠机制

   路径模型揭示香农多样性每增加1单位，TFI显著降低0.22-0.37(P<0.05)。DSS系统对低密度杂草群落表现出特异性响应，其密度-药效关系系数(b=0.73)显著高于常规建议(b=0)。

3. 物种组成转变

   冗余分析(RDA)显示DSS处理与禾本科杂草(如早熟禾Poa annua)显著相关，而空白对照以双子叶杂草(如田堇菜Viola arvensis)为主。值得注意的是，DSS对野燕麦(Apera spica-venti)的控制效果达97%，但对自生大麦(Hordeum vulgare)仅抑制51%。

讨论与展望

研究颠覆了"单纯减少除草剂可提升多样性"的认知，证明DSS通过精准的剂量响应优化，能在降低30%用药量同时维持生态功能。未来应开发以生物多样性为直接目标的DSS算法，并加强多年定位观测以评估物种组成长期演变。

实践意义

该成果为欧盟"从农场到餐桌"战略提供实证支持，证实智能植保系统可实现农业集约化与生态保护的协同发展。建议将希尔多样性指数纳入农田生态评估体系，为绿色补贴政策提供量化依据。