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转基因作物和草甘膦如何对土壤生态和生物造成影响

发布时间:2017-1-3 16:25:33
 
  Robert Kremer博士是《杂草管理原则》(Principles in Weed Management)一书的合著者,他是一名备受认可的土壤专家,并在密苏里大学担任土壤微生物学教授。最近,他从美国农业部(USDA)退休,此前的32年间,他一直任职农业部,是一名德高望重的微生物学家。

  自1997年以来,他一直在开展有关转基因(GE)作物的研究,在这篇采访中,他指出了转基因作物和草甘膦如何对土壤生态和生物造成影响的。

  Roundup导致病原体在植物根系堆积

  在转基因作物出现之前,他的研究项目主要集中在土壤中植物和微生物的相互作用。

  众所周知,除了杀灭杂草以外,草甘膦的次要作用机制之一,就是它往往会导致植物被机遇性土壤病原体所感染。

  1996年,当第一种转基因植物问世之际,Kremer的团队决心开展调查,了解如果在转基因大豆上使用草甘膦,是否会吸引某些土壤病原体,如镰刀菌。虽然素来被人们视为病原体,但镰刀菌属的几个物种其实对环境有益,因为它们可以调节土壤中有机物质的分解。其他种类则具有机遇性,如果条件适宜,它们会攻击植物,在这种情况下,它们就摇身一变成为病原菌(具有传染性)。

  他们发现,在使用Roundup(其中的活性成分为草甘膦)之后,在当季,大豆和玉米的根系中总是会积累大量镰刀菌。“一旦你知道根系中积累的镰刀菌的数量,你就会怀疑,如果条件适宜,它们很可能发展成病害。”Kremer表示,“结果,在大豆和玉米中,我们发现了4~5个主要的镰刀菌物种。在化验的根系样本中,我们只在10%~20%的样本中发现了实际致病病原物种。其中一种就是导致大豆猝死综合症的病因,它会导致植物枯萎,根部腐烂,主要发生在土壤潮湿的环境中。

  但是有趣的是,我们曾以为会持续地在经过草甘膦处理的大豆根部发现这种病原菌,但是在多个生长季节中,这个病原菌从来没有占据主导地位。我们发现的,是很多其他的镰刀菌,有些可能是致病的,或者在某种条件下致病。

  我们通过这些研究得出的主要结论就是,对于这些大豆物种,基因改造和草甘膦的使用形成了非常有助于镰刀菌增殖的土壤环境,因而让病害有了可趁之机,如果各项条件都适宜的话,便会快速形成病害。

  原因就在于,病害形成所需要的接种体已经在根部堆积,如果条件允许,便可能随时受到感染。而非转基因大豆则没有出现这种趋势。“

  草甘膦如何阻碍植物生长

  正如Kremer讲到的,草甘膦的主要作用模式,就是阻止氨基酸合成,随后抑制植物生长所必需的蛋白质的合成。还有一种补充的作用模式便是,在这种情况下,它会让植物更容易受到土壤中的微生物(以及任何一种病原体)的侵害。其主要原因就在于,植物需要合成能够抵御土壤病原体的其他化合物,而在这些化合物中,氨基酸同样也是不可或缺的基本成分。这样一来(因为草甘膦抑制氨基酸合成),植物更容易受到土壤中多种微生物的攻击和感染。

  草甘膦还会充当矿物螯合剂,而对于多种植物和人体酶,锌、铜、锰等矿物质都是必不可少的辅助因子。在植物内部螯合或去除这些矿物质,很大程度上会损害植物的蛋白质合成,因为参与合成的酶需要这些矿物质才能正常工作。这无疑会让植物面临各种各样的威胁。

  草甘膦会对植物产生系统性影响,这只是问题的一部分

  我们通常认为,草甘膦只不过是一种局部使用的除草剂,但其实我们必须认识到很重要的一点:草甘膦的特性之一,就是一旦它进入植物内部,就会产生系统的影响,它不能像很多其他除草剂一样被冲洗干净。它会渗透到植物的每一个细胞,尤其是快速生长的细胞。Kremer解释道:“它会被输送到植物的各个部位,主要进入植物的生长点,也就是分生组织,而植物最活跃的生长点之一,就是稚嫩的根尖。人们为植物喷洒的很多草甘膦,都会贯穿整株植物。它会进入分生组织,以及正在成形的种子。但大量草甘膦都会传输到根部,而其中大部分还会穿过根部,进入土壤。一旦草甘膦在土壤中释放,就会接触土壤溶液中的营养成分,同时螯合或固化这些营养成分,让它们结合在一起,以致无法被植物所吸收。这些营养成分也无法被根周的有益微生物所利用,它们完全无法获取这种微量营养素,这样就会产生双向影响。首先会对植物产生影响,因为它无法利用这些基本的营养物质来调节酶的各种反应,这些反应通常需要微量营养素才能进行。同时,微生物拥有植物所需的酶,但它们无法完成自身的新陈代谢。”

  一旦与草甘膦结合,微量营养素也将不能被您的身体吸收

  有趣的是,如果您对转基因植物进行组织分析,寻找其中的微量营养素,化验结果可能显示,其中含有足量的锰和其他矿物质。但是,这种组织分析并不能告诉您,其中有多少锰已经与植物中含有的草甘膦结合,而无法被您的身体所利用。

  此外,如果矿物质与植物中的草甘膦结合,您的身体将无法将其分离,就算食用这些植物,也无法获得其中的营养物质。相反,这些矿物质会被直接排出体外,或者更糟——它们还可能与草甘膦一起在您的体内堆积。

  而更糟糕的是,草甘膦配方,如Roundup等,同时还含有除草甘膦以外的更多毒素。例如,表面活性化学物质会破坏植物的细胞膜,让草甘膦等其他化学物质更容易被植物所吸收,因此造成的风险更大。

  免耕农业利用草甘膦进行“杂草清理”的弊端

  春天,一些免耕农民会大量使用Roundup,他们称之为“杂草清理”,希望在种植之前清除田野中的所有杂草和植被。免耕本身是一种有益的做法,因为耕耘土壤会大量杀死土壤中的有益微生物,尤其是菌根真菌,同时,耕耘也会导致表土大量流失。但是,以使用除草剂这种方式为土壤做清理,从长期来讲,显然存在严重的弊端,如果农民不加留意,很可能导致作物无法生长。

  Kremer解释道:“‘杂草清理’通常作为免耕土地的预处理方式,如果这样做,所有植被的根部的微生物数量都将出现急剧变化。也正因为如此,我们经常建议农民等待一周或十天左右,以便让土壤中大量可能致病的微生物达到高峰,然后逐渐死亡。然后,你就可以种植作物,而不必担心微生物种群失衡,对新作物的幼苗造成威胁。这才是问题所在。我个人知道,一些农民不愿意等待。他们会在清除杂草后立即种植作物,而为此付出的代价,会在随后通过作物反映出来,因为这种做法确实会影响作物的早期生长。”

  “您不妨想象一下,这种做法类似于临床应用抗生素来治疗严重的疾病。在这种情况下,草甘膦并非用于治疗疾病,它只是一个农业生产流程。然而,它会杀死土壤中的微生物,就像抗生素杀死肠道菌群一样,会产生几乎相同的副作用。它会降低土壤滋养植物以及抵御害虫的能力。

  “在两种情况下,残余活动会持续一段时间,而不只是几天而已。当然,细菌平衡会开始改善,但仍然会在随后导致不平衡的微生物种群。而实际上,微生物种群中的很多种成分会因为草甘膦的使用而繁荣生长。镰刀菌就是其中之一,而它们当中,很多物种都有害无益。

  “您可以想象接下来发生的事情,表层土壤中的根部会枯死,或者,会出现不正常的生长,就像我们在葡萄苗中看到的一样。之后,这些农民会奇怪,为什么会突然出现产量问题。在这样一些多年生植物系统中,草甘膦的过度使用是一个非常严重的问题。”

  转基因作物导致农药和其他农业化学品增加

  化学技术产业用来推广和支持转基因作物的其中一个依据,便是这些作物可减少农药的使用。事实上,杂草逐渐能抵御化学物质,反而导致农药的使用增加。目前,预计有6,000万公顷的农田布满抗草甘膦的超级杂草。

  虽然农民会在种植玉米和大豆之间反复切换,但大部分都是两种作物的耐Roundup版本。换言之,这些作物能够抵抗为控制杂草而使用的Roundup.因此,即便种植的作物不同,您依然会年复一年地持续使用Roundup.通常,您首先会运用Roundup进行杂草清理,然后在作物生长季,您还会继续使用,并且通常还不止一次。

  “他们没有选择不能抵抗Roundup的不同作物,因为他们的想法是:”好吧,我们来改种一下作物,以便让它抵抗其他农药,以杀死抗Roundup的杂草。‘是的,我们将拥有可以抵抗至少两种或三种不同农药(包括草甘膦)的作物。其他农药可能是2,4-滴和麦草畏。这些农药可以清除抗草甘膦杂草。但是我们都知道,对于2,4-滴和麦草畏,一些杂草同样可抵御这一类化合物。这些杂草迟早将可以抵抗三种不同的农药,这只是一个时间的问题。我们都知道,一些杂草甚至能抵抗五种不同的农药。我有一种不祥的预感,早晚会出现这种问题。“Kremer表示。

  为抑制与大豆和玉米相关的作物病害,人们也在使用越来越多的化学物质。当第一个转基因大豆品种出现时,种子并未经过除草剂和杀菌剂处理。现在,您基本上买不到没有经过至少一种杀虫剂和杀真菌剂处理的抗Roundup种子。因此,农民找不到“干净”的种子,至少从孟山都公司(Monsanto)肯定买不到。这些聚集的化学物质最终会被输送到植物,然后由牲畜或人类食用。

  为了让土壤再生,我们需要新的农业系统

  在Kremer看来,在种植转基因玉米和大豆多年之后,很多农民都注意到产量有所下降,这显然与孟山都公司的承诺相悖。产量之所以下降,必定与土壤健康水平下降直接相关。Kremer指出:“目前的情况,尤其在农业产业化领域,是使用草甘膦和转基因(植物)物种,以及在土壤中施加的化学肥料,这些做法减少了土壤中的有机物质,而有机物质又是确保土壤健康的关键所在,因为它会对土壤的各种特性造成影响。”

  不难想到,我们的食物中的很多营养物质,尤其是微量营养素水平都在不断下降。考虑到这些不利影响,越来越多的农民正在积极寻求改变,很多人现在都想恢复到非转基因作物。这当然是解决方案的一部分,但却不是全部。土壤必须通过适当的流程,实现主动再生。改用非转基因种子还远远不够。

  使用覆盖作物也是解决方案的重要组成部分,因为它有助于培养土壤中的有机物质,打破土壤的密封状态,实现更好的水和空气渗透。采用整体畜群管理(holistic herd management)是另一种重要方法。

  “我认为要解决这个问题,目前还有很多机会。”Kremer博士指出,“我认识一些农民,他们已经开始行动起来了。如果我们可以在土地上放养食草动物,制造这种营养物质,并增加土壤中的有机物质沉积,长此以往,必将可以恢复和修复这些土壤。最大的问题在于,各种类型的农业之间存在着隔离。大部分集中型动物养殖场(CAFO)都位于西部,我们会把所有的粮食运到那里。我们将这里的土壤中的营养成分带走,而西部却有着大量肥料(这些肥料本应该撒到我们这里的土壤中)。我认为,人们对于使用非转基因作物饲养的肉类的需求正不断增长。我相信,我们还将看到更多当地加工商以及当地饲养机构,为我们提供大量食草牛肉和食草猪肉。我们可能会看到这个发展趋势,因为大部分养殖场目前显然都在使用抗Roundup的商品玉米和大豆。我觉得,将来的某个时间,我们会见证变化的发生。我们将拥有完整的可持续系统,在这个系统中,牲畜和饲料谷物都在同一个地方饲养或种植。”

 

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