耙地强度对有机冬小麦农田杂草区系及产量的影响——综述与案例研究

《Organic Agriculture》：Effects of harrowing intensity on segetal flora and yield in organically grown winter wheat – a review and case study

　　

该研究通过文献综述（1990–2022年）、对21名有机农民的问卷调查以及在冬小麦（winter wheat）田中进行的不同耙地处理田间试验（2018–2020年，勃兰登堡联邦州），调查了耙地强度（harrowing intensity）对农田杂草区系（segetal flora）多样性和产量参数的影响。在文献综述中，确定了7项研究共42对比较。耙地对冬季作物中农田杂草区系密度（个体数）的影响（-60.4%）强于春季谷类作物（-42.0%）。对作物产量的影响范围从冬季作物的-1.6%（中位数）到夏季作物的0.5%。耙地一次使杂草密度降低23%，而更频繁的耙地则使其降低57.7%。问卷调查结果表明，近四分之三的农民完全不对某些作物进行耙地。超过三分之二的农民对冬斯佩耳特小麦、冬小麦和蚕豆最多耙地三次。田间试验鉴定出41个农田杂草分类群（taxa）。覆盖度在5%至25%之间，而耙地四次时观察到显著降低。耙地强度对物种丰富度和产量参数没有显著影响，但耙地二至四次显著降低了农田杂草物种的平均数量。总体而言，结果表明增加耙地强度可适度减少农田杂草生长，且对产量影响极小。考虑到农田杂草区系的正面服务，例如对传粉者的作用，农民应谨慎权衡耙地作业、产量和植物区系多样性之间的利弊。需要更多研究来阐明这些议题在不同地区的复杂相互作用。

农田伴生植物区系（segetal flora）即耕地中自然生长的植物群落，一方面为传粉者、鸟类等提供食物与栖息地，具有重要的生态服务功能；另一方面，部分物种会与作物竞争资源，导致产量与品质下降，被视为杂草。在有机农业中，由于禁止使用化学除草剂，控制这些竞争性杂草主要依赖作物轮作和机械除草（如耙地）。然而，集约化农业管理已导致农田伴生植物多样性急剧丧失，许多物种被列入濒危名录。以往研究往往分别关注生态或农艺单一方面，缺乏对耙地强度如何同时影响伴生植物区系多样性和作物产量的综合评估。因此，研究人员在《Organic Agriculture》期刊发表论文，旨在通过文献综述、农民问卷调查和多年田间试验，系统探究耙地强度对有机冬小麦田伴生植物区系多样性及产量的影响，为协调生物多样性保护与杂草管理提供科学依据。

研究人员采用了三种主要技术方法（样本来源：文献综述检索Web of Science和Scopus数据库；问卷调查对象为德国勃兰登堡州和梅克伦堡-前波莫瑞州的21名有机农民；田间试验地点为勃兰登堡州Müncheberg的Leibniz农业景观研究中心有机试验农场，作物为冬小麦品种‘Akteur’，试验年份2018–2020年）：（1）系统文献综述，筛选出7项符合条件的研究，提取42对定量比较数据；（2）半定量问卷，统计不同作物的耙地次数；（3）单因素随机区组田间试验，设置6种耙地强度处理（不耙地对照、盲耙一次、盲耙+春耙一次、盲耙+春耙二次、盲耙+春耙三次、盲耙+秋耙一次+春耙二次），调查伴生植物覆盖度、物种丰富度、多度及产量参数。

### 文献综述

基于42对比较数据的定量分析表明，机械除草总体使农田杂草密度降低51.7%（中位数），而作物产量仅变化0.4%。耙地对冬季谷类作物杂草密度的降低效果（-60.4%）显著强于春季谷类作物（-42.0%）。单次耙地使杂草密度降低23%，而多次耙地可使密度降低57.7%，且多次耙地对产量的负面影响略有增加。这一结果揭示了耙地频率与杂草抑制效果之间的正相关关系。

### 问卷调查

对21名有机农民的调查显示，20%–73%的农民对某些作物（如冬黑麦、春黑麦和春小黑麦）完全不进行耙地。超过70%的农场对冬斯佩耳特小麦、冬小麦和蚕豆进行耙地，最多三次；而少于33%的农场耙地春黑麦和春小黑麦。这表明农民在实践中会根据作物价值和经济成本选择耙地强度。

### 田间试验

田间试验共鉴定出41个农田杂草分类群，其中包含14个高自然价值农田分类群（HNV-Taxa）。以下为各指标结果。

#### 农田杂草覆盖度

覆盖度随年份和调查日期在5%至25%间变化。与对照相比，耙地四次（处理5）在所有年份和两次调查日期均显著降低了杂草覆盖度，而耙地一至三次的降低效果未达显著水平。

#### 物种丰富度

不同耙地强度对样方内物种丰富度（即总分类群数）无显著影响，但耙地二至四次可显著降低单位面积平均物种数（每平方米内平均出现的物种数量），表明高频率耙地会减少伴生植物群落的物种承载量。

#### 物种多度

在2019和2020年，耙地四次（处理5和6）显著降低了所有个体总多度；2020年耙地二至三次（处理3和4）也表现出显著降低。对于高自然价值农田分类群（HNV-Taxa），其平均多度在2020年耙地三至四次时显著下降。典型竞争性杂草（如虞美人Papaver rhoeas）在耙地四次时显著减少，而生态重要物种如宝盖草（Lamium amplexicaule）、繁缕（Stellaria media）和直立婆婆纳（Veronica arvensis）几乎不受影响，这体现了不同物种对机械扰动的敏感性差异。

#### 农艺参数

各耙地处理对小麦穗数和产量均无显著影响。产量年际间波动较大（如2018年最高平均产量为4.1 t ha^-1），但不同处理间差异未达显著水平。这说明在试验条件下，适度增加耙地强度可在不牺牲产量的前提下有效抑制伴生植物生长。

### 讨论与结论

讨论部分指出，虽然增加耙地强度可显著降低伴生植物多度，但对物种丰富度影响有限，且常见物种的生态服务功能基本保留。然而，耙地对稀有或濒危物种的长期影响仍不明确，因为在作物轮作中试验田块每年变化，无法追踪种群动态。研究人员强调，有机农田中的伴生植物为传粉者等提供重要资源，农业决策应在杂草控制、产量和生物多样性之间权衡。在存在繁殖体库压力大的地块，可采取“小规模有效措施”，如保留部分田块不耙地以保护珍稀物种，同时将生产田块用于集约管理。还需整合人工智能等新技术优化耙地作业，并通过农业政策缓解农田伴生植物的丧失。

研究结论可概述并翻译为：农田伴生植物区系密度已大幅下降，对生态系统服务造成严重影响。文献综述（1990–2017年）和2018–2020年德国东北部贫瘠砂土上的冬小麦田间试验表明，增加耙地强度可在很大程度上降低伴生植物多度，但不会达到威胁生态系统功能的程度；相比之下，常规农业中的除草剂使用则可能造成这种风险。密集耙地通常并非必要且不经济，因其对产量影响很小。尽管如此，仍应关注虞美人等潜在竞争性杂草，某些情况下高强度耙地对长期维持产量至关重要。保护伴生植物多样性与抑制杂草之间的潜在冲突，可通过在特定地块或区域保留珍稀物种，同时在其他地块以生产为主来解决。此外，仍需在高肥力土壤上开展进一步研究，以明确生物多样性收益与产量稳定性之间的关系。