杂草可以定义为异地生长的植物，并且可以在不支持其天敌的生态系统中快速繁殖。 许多方法被用来控制杂草。 这些措施包括燃烧，拔除或切碎，以及用除草剂处理。
蔬菜种植者将杂草列为有机作物生产的第一大障碍。 在作物生长的早期阶段，杂草以比作物种子更快的速度竞争水分，空间和养分，尤其是在作物生长的前20-30天。 有机种植者一直在使用机械栽培和人工除草来控制杂草。 但是，频繁的土壤耕作会降低土壤健康并破坏生态系统。 增加了燃料和人工成本，并将埋藏的杂草种子带到了土壤表面。 生物防治对于长期，经济和环境敏感的杂草管理具有广阔的前景。
什么是杂草的生物防治？
当植物的天敌无效或不存在时，它们被标记为“杂草”。 在自然界中，植物受到自然界生物的生物学控制。 杂草的生物防治涉及使用包括昆虫，线虫，细菌或真菌等生物在内的生物制剂来减少杂草种群。 通过引入生物防治剂，我们正在尝试恢复或增强自然系统。
如何引入生物防治剂
使用堆肥作为土壤覆盖物（4至6英寸（10至15厘米））可以最有效地抑制杂草。 但是，根据制备方法和原料成分，堆肥的化学和生物成分可能会有所不同。 另外，以这些量施用堆肥可能很昂贵。 作为杂草处理方法，化学和生物设计的堆肥提取物提供了一种环境友好的生物防治方法，可作为传统方法的补充。 它有助于满足对新杂草管理策略的需求，同时保护土壤健康。 这些每年使用富含生物制剂的堆肥提取物的应用将通过减少土壤中储存的杂草种子数量来减少杂草的表达。
如何设计堆肥提取物以减少杂草表达
并非所有堆肥均等地产生，也不认为它们的提取物制剂含有针对特定杂草的生物防治剂。 有机种植者，无论是种植蔬菜，草药，浆果还是本地农作物，都面临着杂草的挑战，杂草的生长速度快于经济作物。 这些杂草包括杂草，羊腿，多毛的galinsoga和加拿大蓟。
2015年，我准备了具有不同原料成分的堆肥堆肥，使用率不同，以鼓励微生物群落的多样性，随后生产针对各种杂草物种的堆肥提取物。 准备一个堆肥（C1），其成色率为30％（木片和稻草），绿色为50％（地膜，番茄叶和茎），高氮为20％（整株向日葵），第二个堆肥（C2）具有相同百分比的高氮，但相同原料组分的棕色分别为50％和绿色30％。 将这些原料混合并分层到3英尺（91.4厘米）高的堆肥箱中，该堆肥箱由0.5英寸（1.27厘米）网眼镀锌的硬质布制成（照片1）。
当温度升高到超过131°F（55°C）和低于170°F（76.6°C）时，将桩翻转四次。 然后，使用固化的堆肥堆将空气鼓泡入装有装有去离子水的容器中的容器中，该容器中含有几种稀释倍数的去离子水，经过24小时，然后在受控条件下对杂草和农作物种子进行测试，从而制备堆肥提取物。
以1：2、1：3、1：4、1：5、1：10和1:20的稀释比例制备堆肥提取物。 将每种杂草物种的十个种子放在培养皿中，并在24°C的培养箱中以每种稀释度一式三份进行测试。 在实验开始五天后评估杂草种子发芽的百分比。 在这些实验中，黄瓜种子也被用作模型经济作物。
研究显示了什么？
结果表明，堆肥堆在原料相似的情况下，其化学和生物分布取决于这些原料的比例（表1）。
在控制条件下，只有以1：3稀释（堆肥至水（体积至体积））的堆肥提取物才能最有效地减少杂草种子的发芽。 与去离子水相比，在p = 1时，由C20堆制备的堆肥提取物使紫菜的发芽减少了0.0032％。
同样，C1和C2堆肥提取物中的羊羔种子发芽百分比较低（分别为52％和57％），但与去离子水（65％）在统计学上没有差异。 在1：3稀释度下，黄瓜种子不受影响，因为在1：2稀释度下孵育的黄瓜种子（显示出根伸长严重降低）。 结果还显示，与去离子水（1％）相比，在p = 2黄瓜种子发芽时（分别为1％和3％），以0.018：100稀释的C87和C43都有显着改善。 尽管这些结果证实了使用化学和生物设计的堆肥提取物减少杂草表达的概念证明，但有必要将这一概念更进一步，并评估其在田间条件下的有用性。
我们的后续试验
2016年春季进行了一项后续田间试验，以评估与土壤耕作（标准种植者的处理）相比，以1：1稀释的堆肥提取物C3的施用是否能有效抑制杂草的表达。
在具有四个重复的随机完全区组设计（RCBD）中，将两种堆肥提取物施用处理与种植者的标准处理（农作物行间栽培）进行了比较。 第一种堆肥提取物处理方法称为种植前和种植后（在种植经济作物之前和之后，种植者均接受了堆肥提取物的处理），而第二种处理方法称为种植后处理（堆肥提取物仅在种植前进行处理）。经济作物的种植或播种）。
当将堆肥提取物应用于专用于堆肥处理的地块时，用水对种植者的标准地块进行处理。 这些土地以前是谷物黑麦覆盖作物。 在种植卷心菜之前两周，将土壤耕种，播种并包装。 卷心菜“嫩甜”幼苗于2016年30月在温室中建立。四叶阶段幼苗被移植到两行床中，行距为76英寸（18厘米），行距为46英寸（19厘米），2016月XNUMX日，XNUMX年，准备床位五天后。 白菜移植用行盖覆盖了一个月。 收获时，将白菜头切成冠状，并记录产量。
结果表明，在本季节初期，白菜床上的杂草主要是阔叶杂草而不是草（照片2）。 阔叶（BL）杂草主要包括宾夕法尼亚州的杂草，加拿大蓟和豚草。 其他BL杂草，例如天鹅绒叶，子，杂草，三叶草，苜蓿的密度较低。 在种植前和种植后施用堆肥提取物的地块中，总BL杂草密度比种植时低43％（即种植者的标准做法（图1.a））。
与种植（种植者标准）处理相比，在两次施用堆肥提取物（种植前和种植后）的地块中，加拿大蓟杂草密度降低至65％。 同样，当堆肥提取物两次施用而不是一次施用（种植后）时，豚草密度降低了57％。 堆肥提取物对阔叶杂草而不是草类杂草有效。
第一次观察后第二个月种植一个月后，评估每种处理方法中阔叶杂草的密度。 在13年2016月93日，加拿大的蓟，豚草，天鹅绒叶子和仙女菊是主要杂草。 与种植者的处理相比，在接受设计的堆肥提取物C73施用的地块中，加拿大蓟和天鹅绒杂草的密度分别降低了1％和2％。 这些设计的堆肥提取物C1不会降低种子杂草的表达以及豚草和豆瓣杂草的生长。
在堆肥前和堆肥后施用的处理中，白菜产量更高，其次是在种植后施用的处理中，与种植者标准处理中产生的白菜产量明显不同（图3）。
具有相同字母的条形在统计上没有差异，p = 0.05。
在另一项实验试验中，密西西比州立大学T. Casey Barickman博士的实验室对堆肥提取物的植物化学物质进行了评估。 对植物化学物质进行测试的这些原因是为了了解所讨论的堆肥提取物是否含有任何可能干扰杂草萌发的化学物质。 结果表明，制备的堆肥及其提取物以1：3的稀释度不含任何酚酸或类黄酮，而仅含有绿原酸。 绿原酸是植物新陈代谢的重要中介化合物，具有广泛的抗菌特性。 它是咖啡和向日葵中高浓度的植物化学和抗氧化剂。 堆肥提取物中这些绿原酸的存在可以通过制备堆肥时原料中包含向日葵植物来解释。 堆肥C1样品中绿原酸的平均值为0.235mg / g干重。 为了了解绿原酸是否会受热影响，将高压灭菌的堆肥提取物样品与非高压灭菌的堆肥提取物进行了比较。 非高压灭菌的堆肥提取物中绿原酸的平均值为1.680 mg / g干重，与高压灭菌的样品（1.623 mg / g）相同。
综上所述，在蔬菜生长期，以化学和生物学设计的堆肥提取物以1：3的稀释比例使用和使用堆肥提取物的技术可以作为耕种和人工除草的替代策略，并且可以作为一种潜在的生物学方法来抑制杂草表达而不影响作物产量。 杂草的出苗时间各不相同，因此在整个生长季节将需要多次施用，以确保抑制杂草种子。
设计和使用具有化学和生物学意义的堆肥提取物，现在种植者可以保护土壤健康，最大程度地减少某些杂草（例如加拿大蓟和天鹅绒叶子）的农作物损失，并随着时间的推移，利用多种微生物和植物化学物质来提高土壤能力。
这项技术对涂药者和消费者都是安全的。 未来的研究工作将扩展到识别生物群落，并了解哪些主要的细菌和真菌生物体在抑制杂草萌发中发挥作用。 此外，还需要更多的研究来评估和验证具有不同原料成分的堆肥提取物对抑制其他一年生和多年生阔叶杂草的利用。
该材料基于Frontier Natural Products Cooperative，东北SARE伙伴关系补助金（根据补助金协议ONE 16-278）以及有机农业研究基金会（OFRF）的支持。
这篇文章首先出现在《渐进作物顾问杂志》 2018年XNUMX月/ XNUMX月号上。
Gladis Zinati博士是该研究所的副科学家兼主任 蔬菜系统试验 at Rodale Institute.