《Journal of Crop Health》：Less Herbicides, More Challenges? Exploring Agronomic and Economic Perspectives of Herbicides Reduction in German Arable Farming
编辑推荐：
本综述基于德国杂草生物学与杂草防控研讨会专家讨论，系统分析了除草剂减量策略在德国耕地农业中的农艺与经济挑战。文章涵盖多样化种植体系、机械/生物防控等替代策略，探讨了其正负效益（如提升土壤健康与增加成本），并指出需针对性资金支持与扩展咨询服务以推动实践。综述为集成杂草管理（IWM）与农药减量化政策（如欧盟绿色协议）提供了关键见解。
有效减少德国耕地农业中除草剂使用的策略及其对农业实践的影响
杂草对作物生产具有显著影响，可导致严重的产量和经济损失（Oerke 2006）。尽管部分杂草对人类、动物和环境有益，但依据有害生物综合治理（IPM）原则，除草剂应仅作为预防措施失败后的最后手段。然而，除草剂应用仍是杂草防控的核心措施。在欧盟，2022年除草剂销售额约占农药总销售额的40%（FAOSTAT 2024），在德国2023年这一比例甚至达到约50%（BVL 2024）。农药使用伴随环境、健康及持续有效性等方面的负面影响（Pimentel and Burgess 2014等）。除草剂尤其与生物多样性下降、水体污染及地下水淋溶相关（Briihl and Zaller 2021等）。因此，减少农药使用和风险已成为欧盟（如绿色协议和从农场到餐桌战略）及德国国家层面（如联邦未来植物保护计划）明确的政策目标，通常设定50%的减量目标。
杂草防控是最大化作物产量潜力和质量的关键管理措施。除草剂减量需要通过集成杂草管理（IWM）采用合适的替代策略。IWM包括多样化的种植和管理策略，如更复杂的轮作制度、机械或栽培除草措施，旨在维持生产力和作物产量（Colbach and Cordeau 2018等）。Riemens等人（2022）提出了IWM的五支柱框架：多样化种植系统、品种选择与建植、田间与土壤管理、直接防控以及贯穿各环节的监测与评估支柱。
尽管研究表明存在成功的除草剂减量策略，但其应用仍然有限（Moss 2019）。农户在减少除草剂使用方面面临农艺和经济挑战，且除草剂被视为耕地农业中最难减量的农药类别，因为限制使用会带来显著的生产力损失风险（Lechenet et al. 2017）。
减少除草剂使用策略的优势与劣势
每种所述的除草剂减量措施都有其自身的优势与劣势。常见的优势包括对土壤健康和生物多样性等方面的正协同效益（见表1中策略编号1、3、7），或减少除草剂抗性生物型的选择压力（编号5、8、9、10、11）。个别优势可能包括积极的产量效应或增加的产量稳定性（编号3和7）。劣势在许多情况下与更高的工作量和/或成本（编号3、6、7、8、11和12）以及对产量潜力的损害或降低（编号3、4和5）相关。
农户根据需要管理的特定杂草种类、工作量、成本和环境因素，仔细选择最合适的方法。他们的决策旨在平衡有效性与可持续性。为了改善杂草防控，农户通常结合使用不同的方法。每种方法的有效性、可靠性、成本效益比以及所需投入需要由农户评估，以确保高效实用的解决方案。考虑到这些标准，与替代方法相比，化学杂草防控的特点是有效性水平高。因此，在常规农业中，使用除草剂进行杂草防控通常是标准程序。
在保持经济可行性前提下实施除草剂减量的经济挑战
在德国耕地农业中，与非化学除草剂减量策略相关的成本可能很高，并且因具体方法和条件而异。然而，关于除草剂减量的经济视角在文献中很少被考虑。
除草剂减量的经济影响需要在农场层面进行个体评估，因为每个农场面临独特的内部和外部影响。本地化适应策略在决定经济可行性方面起着关键作用。无论采用何种方法，成本效益至关重要，意味着额外费用必须由收益来抵消。虽然农场可以节省除草剂购买和施用成本，但它们必须考虑替代性机械处理的费用。从经济角度看，与化学除草剂相比，这种转变带来了更大的复杂性和操作挑战（Moss 2019）。劳动力成本尤其重要，因为非化学方法通常需要更多的时间和管理，直接增加了运营开支。
除草剂使用量的大幅减少或依赖成本高昂的替代品可以抵消机械除草的费用。然而，许多农场担心生产风险增加。对机械方法的依赖性增加给农场管理带来了压力，导致工作量增加和时间安排更紧张。现有的时间限制可能造成工作高峰，在有限的田间作业日内使资源分配和设备可用性复杂化。
对于综合种植策略，Schumacher等人（2024）指出，在特定条件下，包含非化学方法的综合种植成本更高。在下萨克森州，在土壤条件较差的情况下，综合种植的毛利润差与常规种植相比约为150欧元/公顷。作为集成杂草管理（IWM）一部分的机械除草已被证明是经济可持续的。例如，在玉米系统中，除草剂带状施用结合锄草与常规方法相比未导致显著产量差异，表明机械除草可以是一种成本效益高的替代方案（Vasileiadis et al. 2016）。推迟冬小麦和冬大麦等作物的播种期可以显著减少除草剂使用。这种方法可以使某些除草剂类别的使用强度降低高达冬小麦的41%，从而节省除草剂成本（Andert et al. 2024）。
虽然经过验证的非化学方法通常能达到令人满意的杂草防控效果，但它们往往需要大量的时间和资金投入（Paap et al. 2020及表1中的劣势）。相反，Warnecke-Busch和Windheim（2024）发现，在甜菜中，无论是偏移还是组合使用的锄带技术，都比常规的均匀喷洒更具成本效益，同时还能显著减少除草剂使用。
Dehler（2022）通过评估各种减少农药使用的措施、适应方案、相关成本和政策选项，分析了减少除草剂使用的经济效应。该研究重点关注除草剂施用的环境风险，旨在确定耕地农业中需要将农药相关风险（基于丹麦农药负荷指标PLI）降低25%和50%所需的适应成本。研究表明，在甜菜中，农药替代（Metamitron）、不使用草甘膦结合（部分）机械除草以及农药替代结合放弃草甘膦和农艺适应措施的组合，导致了20%至50%的显著PLI降低。同时，盈利能力分别降低了约22欧元/公顷（农药替代）、63欧元/公顷毛利润（不使用草甘膦结合机械除草）和101欧元/公顷毛利润（农药替代结合放弃草甘膦和农艺适应措施）。只有半机械除草将PLI降低了23%，并将毛利润比基线提高了27欧元/公顷。148欧元/公顷的农药成本节省和40欧元/公顷的低收入损失可以补偿因机械处理增加的劳动力成本。然而，应注意的是，由于效率降低和对天气条件依赖性增加，还存在时间限制方面的额外成本，以及非货币风险，如侵蚀风险增加和管理要求提高。
Rajmis等人（2022）表明，在使用新技术（如基于传感器的定点施用或带有自动辅助系统的直接注入多腔系统）时，谷物中实现显著的除草剂节省是可能的，并且在经济上是有利的。该研究显示，除草剂节省以及由此带来的除草剂成本节省达26%-66%，与农药均匀施用相比，定点施用变体在毛利润上平均具有20%（150欧元/公顷）的经济优势。然而，新技术伴随着高投资成本，问题是从多大面积开始投资成本可以得到补偿。通过盈亏平衡分析计算得出，对于一个拥有1000公顷的模型农场，在70%的除草剂节省下，定点除草剂施用的有利使用面积从300公顷（最便宜的技术变体）到1500公顷（最昂贵的技术变体）不等。节省越低，所需面积越大。对于大型农业企业，如德国东部的那些，这是一个可行的选择。然而，对于耕地面积较小的农场，技术替代通常只能通过合作实现。
农户需要扩展其机械和机械化设备是一个巨大挑战，因为购买新设备取决于财务流动性。有针对性的支持计划，如农业投资计划，可能有助于促进这一转变，使可持续杂草防控更易实现。在国家层面，资金结构对经济运营结果有直接影响。以补贴形式出现的财政激励（例如欧盟农业支持的第二支柱）仍未提高减少除草剂使用的意愿。然而，全球市场及相关作物可能的市场价格也对农场层面的决策产生显著影响。
迄今为止，农户对采用非化学方法仍持谨慎态度（Moss 2019）。其应用的高度复杂性、成本增加以及农户的管理时间是部分原因。通过更好地认识农户的观点并提供适合特定农业条件的经济激励来应对这些障碍，可以促进非化学策略的更广泛采用。
除草剂减量的外部效应
除草剂使用的减少需要在农场管理和社会层面进行评估。虽然个体农场主要关注经济可行性，但更广泛的环境效益，如生物多样性保护和生态危害减少，是社会关切的问题。尽管关于德国耕地农业中除草剂减量外部成本的直接数据很少，但可以从农药减量和集成杂草管理策略中获取见解。
例如，Leach和Mumford（2008）的农药环境核算工具估计，2005/06年德国农药使用的环境和健康成本约为每公斤活性成分8.78欧元，总计约2.02亿欧元。然而，非化学方法的具体数据仍然缺失。尽管如此，非化学杂草防控可以减轻除草剂相关的外部性，尽管精确量化具有挑战性。
德国的一个显著例子说明了除草剂使用与地下水质量之间的联系。持续减少除草剂施用预计将通过限制除草剂代谢物的渗透来改善地下水纯度，从而提高饮用水质量（Kuhlmann et al. 2020, Werner et al. 2020）。较低的污染水平降低了监测和处理成本，使供水企业受益。在一些地区，农户可以自愿放弃使用某些除草剂，以换取通过水资源保护咨询服务的财政补偿，从而促进环境可持续性和负责任的农业实践。
虽然除草剂减量具有生态优势，但其实施给农场带来了财政负担。挑战在于平衡农场和社会层面的成本与效益。对适应策略的财政支持对于提高农户对生物多样性友好型实践的接受度至关重要。德国的生态计划为农药减量提供支付，但每公顷130欧元，其有效性有限且高度依赖市场条件（Witte et al. 2024）。更高的支付可能降低成本效率并导致福利损失，引发对该计划是否适用于显著农药减量的担忧。
除了财政激励，社会支持在鼓励农户采用非化学方法方面起着关键作用。然而，不平衡的农业政策和经济压力可能阻碍向环境友好型实践的过渡（Busse et al. 2021）。应对这些挑战需要采取综合方法，整合财政援助、政策调整和更广泛的公众参与。
覆盖农业全部生产成本的一种方法是将外部成本纳入支付给农户的产品价格中。然而，更高的生产者价格需要转嫁给消费者。一个可能的解决方案是在定价中反映除草剂减量的额外费用，并通过环境支持计划予以抵消。一个指定的标签可以表明食品是在使用较少农药的情况下生产的，帮助消费者做出环保选择（参见Nitzko and Spiller 2024）。这样的标签是否能在现有认证中脱颖而出尚不确定。尽管如此，最近的一项调查发现，50%的受访者重视环境友好型农业实践，包括除草剂减量和更低排放（Forsa 2024）。
将生态系统服务效应纳入杂草防控阈值
在考虑化学杂草防控的外部成本时，将生态系统服务纳入基于阈值的决策正在被深入讨论（Steinmann et al. 2021）。这一日益增长的讨论提出了关于除草剂使用的环境 implications 以及这些效应如何在做出防控决策时得到有意义考虑的重要问题。传统上，杂草防控阈值源自经济防控阈值，主要考虑杂草侵扰对产量造成的影响。然而，这种视角可能无法捕捉更广泛的环境后果。
根据Bensch等人（2025）的研究，耕地农业中的杂草既有负面影响也有正面影响：它们降低作物产量和品质，但也支持生物多样性。它们的生态价值分为使用价值（例如，对传粉者、捕食者、草食动物和食种者的支持）和非使用价值（存在价值）。本文提议将这些生物多样性效益纳入杂草管理决策。承认这些积极方面，Bensch等人（2025）主张将其纳入杂草管理决策。它通过包含杂草的生态价值，扩展了传统的经济阈值模型。使用一个考虑种间和种内竞争的作物损失估算工具，该研究基于德国冬小麦种植中杂草的存在价值重新计算了经济阈值。此处的结果表明，当考虑生态系统服务时，杂草防控的经济阈值倾向于提高。这强调需要一种更全面、更注重农业生态的杂草管理方法，同时重视农业生产力和农业生态服务。
如果生态系统服务也被视为外部因素，处理杂草的阈值将不得不提高。然而，农户可能难以考虑这些标准。咨询服务的额外支持是必要的。例如，Helbig等人（2021）的一项评估表明，基于深入的建议，农场的除草剂使用可以显著减少，并且低于没有额外建议的参考农场。
研究与开发需求
关于德国农业中减少除草剂使用的优势、挑战以及经济方面的问题，迄今为止是一个现有研究有限的主题。研讨会专家强调了进一步研究农艺变化如何影响农场的重要性，因为这可以增强对除草剂减量的接受度。
进一步的研究需求涉及新技术（如定点喷洒）在农业实践中的实施，以及即将出现的技术，如人工智能驱动的杂草检测和自主机器人。虽然实施非化学策略面临高投资成本和技术限制等挑战，但这些策略在耕地农业中具有减少除草剂和进而保护生物多样性的巨大潜力（von Redwitz et al. 2025）。关于该技术经济方面的更多知识和研究对于克服实施限制至关重要。关于替代性杂草防控策略的证据和数据对于说服持怀疑态度的从业者这些方法的益处是必要的。
此外，需要对除草剂减量的长期效应进行研究。迄今为止，只有极少数地点提供这样的机会。一个关键的例外是尤利乌斯·库恩研究所（Julius Kühn-Institute）在达恩斯多夫（勃兰登堡州）进行的持续田间研究，该研究继续在这一领域提供有价值的发现。大约30年前，这里开始了第一批长期田间试验，自1995年秋季以来，进行了复杂的植物保护试验，包括有机农业。从1995年秋季到2007年收获，在达恩斯多夫田间站点进行了一项涉及无除草剂小区的长期田间试验。自2007年秋季以来，这些小区一直进行持续的除草剂处理。为了识别1995年至2007年未处理小区与每年除草剂处理小区之间的差异，每年在除草剂处理前记录杂草的种类和密度。即使在田间试验改变十多年后，先前未处理和处理变体之间的杂草出现仍然存在差异。这些结果强调了需要长期研究杂草管理效应（Schwarz 2020a, b）。
结论
减少除草剂使用是一个重要目标，需要具体的策略和措施。这些包括（1）间接和预防性措施，如多样化种植系统、品种选择、间作或覆盖；（2）直接非化学措施，如机械杂草防控或生物防控；（3）具有耕地农业优化潜力的直接非化学措施，如热力除草或电除草；以及（4）优化除草剂施用的措施（直接和间接），包括定点除草剂施用或计算机辅助预测模型。
这些措施在德国的实施是多样化的，取决于具体情况以及个体农场层面的认知。农艺和经济挑战对接受度起着重要作用。德国耕地农业中的非化学除草剂减量策略可能涉及更高的成本，但提供显著的环境和健康优势。咨询服务在提供作物管理建议和全面信息方面起着至关重要的作用，从而支持农户做出关于除草剂减量策略的决策。
综合种植和机械除草在特定条件下是可行的，但更广泛的实施取决于财政支持、政策激励和农户态度的转变，以实现长期可持续性。由于众多内部和外部影响因素，许多无法在农场层面考虑，评估经济效应仍然复杂。
因此，农业农场可以普遍从个别例子和案例研究中得出结论，因为每个农场在影响成本和收入的独特条件下运营。在评估除草剂减量的经济影响时，必须考虑成本和产出，包括在没有除草剂的情况下产量和产品质量是否保持稳定。虽然非化学策略可能导致产量损失，例如在未进行杂草防控的试验田上减产65%（Schumacher et al. 2024），但一些研究表明，较低的农药使用不一定损害生产力或盈利能力（Lechenet et al. 2017）。因此，向替代性杂草防控方法的过渡需要在田块和轮作层面评估成本与效益。
关于这种转变的长期农艺、经济和环境影响，仍然存在大量的研究需求。没有财政支持和市场对替代作物的接受，除草剂减量在经济上是不可行的。虽然社会普遍支持减少除草剂使用，但消费者是否愿意支付更高的食品价格来支持这些努力仍不确定。
