《European Journal of Agronomy》：Top-cutting reduces seed return and seedbank replenishment in important grass weed species, supporting regenerative agriculture
编辑推荐：
本文针对禾本科杂草通过补充种子库造成长期种群增长、抗性演化等问题，介绍了一项为期两年的田间研究，评估了收获前“顶割”（weed-surfing）作为一种非化学机械策略，在减少四种重要禾本科杂草（黑麦草、意大利黑麦草、黑麦雀麦、野燕麦）种子归还方面的效果。研究结果表明，顶割的防治效果具有高度物种特异性，并受切割频率、小麦品种和气候条件影响。其中，野燕麦最易感，三次切割可去除92–96%的穗头；而黑麦雀麦在干旱年份效果有限。研究为整合杂草管理（IWM）提供了一种有价值的非化学组分，特别适用于再生农业系统，有助于对抗除草剂抗性并减少种子库输入。
在欧洲的谷物种植系统中，几种禾本科杂草如同潜伏的“种子银行家”，它们不仅当季与作物激烈竞争，更通过将大量种子归还土壤，为未来的种群爆发储备“资本”。这些杂草——包括令人头疼的黑麦草（Alopecurus myosuroides）、意大利黑麦草（Lolium multiflorum）、黑麦雀麦（Bromus secalinus）和野燕麦（Avena fatua）——以高繁殖力、持久种子库和日益严重的除草剂抗性而闻名。传统的化学防治和收获期种子控制（HWSC）策略对这些杂草，尤其是那些在作物收获前就大量落种的种类，往往力有不逮。例如，黑麦草通常在冬小麦收获前就开始散播种子，留下了一个关键的种子库管理缺口。于是，一种被称为“顶割”或“杂草冲浪”的收获前机械策略应运而生，旨在作物冠层上方剪除并移走杂草花序，从而在种子散播前将其拦截。然而，这种方法的效果究竟如何？它对不同杂草物种是否一视同仁？切割时机和频率又扮演着怎样的角色？为了回答这些问题，一项为期两年的田间研究在剑桥附近的试验站展开，研究成果发表在《European Journal of Agronomy》上。
为了评估顶割策略，研究人员开展了一项多因子田间试验，主要关键技术方法包括：1）田间试验设计：采用因子随机完全区组设计，结合两个冬小麦品种（矮秆KWS Dawsum和高秆LG Redwald）、四种目标杂草物种和五种切割处理（不割、早单割、中单割、双割、三割），在两年的生长季节中进行重复。2）人工模拟顶割操作：在杂草特定的生殖阶段（早、中、晚期），手动使用绿篱修剪机模拟机械顶割机，以高于作物冠层约3厘米的固定高度阈值进行切割，并收集剪下的穗头。3）数据收集与测量：记录每次切割时作物和杂草的高度、切割阈值上下的穗头数量和长度，以评估切割效果和穗头分布。4）种子活力评估：对剪下穗头及未剪对照的种子进行发芽试验，并结合四唑（TZ）染色法测定种子总活力。5）统计建模分析：采用贝叶斯广义线性混合模型（GLMMs）和线性混合模型（LMMs）分析处理效应，评估切割效果、穗头分布、杂草-作物高度差、穗头长度及种子活力等响应变量。
3.1. 不同生殖阶段穗头相对于冠层位置的分布
穗头伸出作物冠层的数量因杂草物种、小麦品种、生殖阶段和年份而异。意大利黑麦草产生的冠层上方穗头最多，尤其在矮秆小麦品种中；黑麦雀麦的冠层上方穗头通常很少；野燕麦的暴露程度中等且稳定。矮秆小麦品种（Dawsum） consistently 使更多杂草穗头暴露于冠层之上。在湿润年份（2023/24），穗头暴露数量普遍高于干旱年份（2024/25）。这些模式表明，作物高度和季节性环境共同塑造了顶割的潜在效力。
3.2. 不同切割制度、杂草物种和小麦品种下顶割的效果
切割效果受切割处理、杂草物种、小麦品种和生长年份的显著影响。“三割”处理 consistently 是最有效的策略，种子穗头去除率最高可达95.4%（2024年）和96.2%（2025年）。效果呈现显著的物种差异：野燕麦最易感，三割去除率达92–96%；意大利黑麦草次之（69–80%）；黑麦草效果中等且年际变化大（37–75%）；黑麦雀麦效果最差，尤其在干旱年份（4–73%）。小麦品种影响显著，矮秆品种（Dawsum） consistently 比高秆品种（Redwald）提高了对黑麦草和黑麦雀麦的去除效果（14–35%）。总体上，湿润年份的去除效果高于干旱年份。
3.3. 顶割导致某些杂草物种产生有限、年份依赖性的新穗头生产
切割后，黑麦草和意大利黑麦草的总穗头数略有增加，表明存在有限的补偿性生长，且这种响应在湿润年份更为明显。黑麦雀麦对切割频率反应甚微，野燕麦的总穗头数则随切割次数增加略有下降。尽管如此，无论物种如何，穗头去除量均随切割频率增加而 consistently 增加。
3.4. 作物与杂草高度差
所有杂草物种 consistently 高于小麦作物，但超出程度因物种、年份和作物品种而异。野燕麦超出最多（50–70厘米），意大利黑麦草次之（30–50厘米），黑麦草居中（20–40厘米），黑麦雀麦超出最少（5–20厘米）。在矮秆小麦品种中，杂草更早、更显著地高出作物冠层。年份也有显著影响，干旱年份植株普遍较矮。
3.5. 相对于切割高度的穗头长度变化
位于切割高度上方的穗头长度 consistently 大于下方的穗头。这种差异在2024年最为明显，例如野燕麦的冠层上方穗头比下方长14.1厘米。穗头长度与种子数量正相关，这意味着顶割选择性地去除了最肥沃的花序，从而不成比例地减少了潜在的种子归还。
3.6. 不同生殖阶段剪下穗头的种子活力
种子活力受剪除时间的深刻影响。早期剪下的穗头种子活力极低（≤8%）。随着剪除时间推迟，活力显著增加，但这种增加具有物种特异性。到后期，黑麦草和黑麦雀麦剪下种子的活力很高（86–97%），与未剪对照相当。相反，意大利黑麦草和野燕麦剪下种子的活力即使到后期仍显著较低（≤44%）。这表明，剪除时机对于决定可存活种子归还至关重要。
该研究证实，顶割作为一种非化学干预措施，在减少禾本科杂草种子归还方面具有 substantial potential。其成功高度依赖于物种特异性、操作时机和环境条件。对于野燕麦和意大利黑麦草，顶割是可靠且高效的控制选项；对于黑麦草，需在有利条件下配合多次切割才有效；而对于黑麦雀麦，尤其在干旱年份，顶割效果有限。研究强调了作物品种选择（矮秆品种更优）和切割频率（多次切割优于单次）的重要性。此外，剪下种子的活力差异意味着，对于某些物种（如黑麦草），必须将剪下的生物质移走并销毁，以防止其仍可存活的种子补充种子库。这项研究为整合杂草管理（IWM）提供了关键数据，特别是在再生农业和有机生产系统中，顶割可作为对抗除草剂抗性、主动减少种子库输入的宝贵工具。然而，其实际应用需考虑经济成本、操作可行性以及对作物可能造成的损害，并应警惕长期使用可能引发的杂草适应性进化。
