我们知道水是一种有限的资源，我们希望我们的作物能够免费获得水。但这并不总是发生，因为杂草不断地争夺有限的水，并利用它来生长和发育。我们很少考虑水分流失，因为大多数作物杂草竞争研究只关注作物产量损失。然而，农场的净利润不仅取决于作物产量，还取决于成本效益比。未经控制的杂草会增加每英亩20美元以上的直接灌溉成本(Norris et al. 1996)。因此，我们必须考虑到杂草是重要的水消耗者，以获得农业生态系统的综合评估。它将有助于估计杂草对农业的成本、实际效益和杂草管理的经济性。

我们知道什么?

一个多世纪以前，科学家将“需水量”一词定义为植物在生长过程中所消耗的水量与所产生的干物质的数量之比(Briggs and Shantz 1913)。这个术语与“蒸腾比”或“蒸腾系数”交替使用。Shantz和Piemeisel(1927)和Dillman(1931)进行了盆栽研究，确定了不同植物物种的需水量。除了农作物，他们还研究了一些杂草物种，这使得他们的工作对杂草科学非常重要。表1给出了这些杂草的需水量估计。

表1。文献报道的某些杂草和作物的需水量。

普通的名字	学名	汕头和皮埃米塞尔 (1927)		全身心 (1931)
		水的要求 (女孩/磅)	WUE * (盎司/加)	水的要求 (女孩/磅)	WUE * (盎司/加)
C3.杂草物种
苍耳属植物	苍耳子公社	50	0.32
Buffalobur	茄属植物rostratumDunal	64	0.25
常见的向日葵	向日葵	69	0.23
Curlycup gumweed	Grindelia squarrosa(Pursh) Dunal	70	0.23
Cutleaf茄属植物	茄属植物triflorum纳特。	70	0.23
山圣人	艾frigida	78	0.20
常见lambsquarters	藜l	79	0.20	52	0.31
前列腺紫菀科植物	蓼属植物avicularel	81	0.20
前列腺马鞭草	马鞭草bracteata滞后。& Rodr。	84	0.19
雀麦草	叶片	117	0.14	94	0.17
C3.作物物种
燕麦	燕麦属漂白亚麻纤维卷l	73	0.22	64	0.25
大豆	大豆(l)稳定。	77	0.21
紫花苜蓿	紫花苜蓿l	104	0.15	96	0.17
C4杂草物种
Witchgrass	黍capillare			30.	0.53
风滚草	苋属graecizans	31	0.51
常见的马齿苋	的l	34	０．４８	35	0.46
世界性	反枝苋	37	0.44	31	0.51
俄罗斯蓟	猪毛菜耳屏	38	0.42	27	0.60
C4作物物种
玉米	玉米l	43	0.37
高粱	高粱二色的(l)Moench	34	0.47	32	0.50
* WUE;水利用效率;它是植物每单位用水所产生的干物质的数量。

在一种简单的方法中，我们可以使用这些对水需求的估计来估计杂草的水消耗。比方说，我们有两块地，每块地的杂草生物量为每英亩2000磅。假设一个场是由普通的羔羊场(C_3.)，另一种是重根藜(C₄)。根据Shantz和Piemeisel(1927)的估计，我们可以计算出普通的羊舍将使用158,000加仑(2,000磅*79加仑/磅)的水，而重根藜草将使用74,000加仑(2,000磅* 37加仑/磅)来产生给定的生物量。这将转化为普通羊圈5.8英亩英寸的用水量和重根藜2.7英亩英寸的用水量(一英亩英寸等于27154加仑)。

考虑到灌溉成本为每英亩5美元，如果我们通过灌溉取代了杂草物种所消耗的所有水，那么普通羊圈的直接灌溉成本将为每英亩29美元，而猪瘟的直接灌溉成本约为每英亩14美元。

这一基本数学计算背后的目的是强调一个事实，即杂草的水成本可能很高，特别是在灌溉农业下。在雨养系统中，缺水将转化为作物缺水、生物量减少和潜在的产量下降。然而，由于种植制度、灌溉成本、天气、杂草密度和组成、产量目标等因素制约着这些相互作用，精确计算出种植制度下杂草的水成本是非常复杂的。

底线是，在农业经济学中应该考虑杂草的水费用;然而，我们对这个话题的理解非常有限。原因是:

1. 杂草的用水并不是优先考虑的问题，因为从历史上看，生产者对与作物用水管理相关的经济更感兴趣。
2. 为同质的、管理良好的和统一的系统，如农业系统，开发了用于量化植被用水的标准模型、原则和技术，并将其参数化。这些标准化的框架和技术不能直接用于异质类，如杂草，其密度，生长，地面覆盖，因此与风能和能源的总体相互作用不容易预测。
3. 杂草与作物共存并相互竞争，在资源(光、养分和水)方面表现出复杂的权衡。此外，生产者正在实施杂草抑制和控制措施，并为其作物管理灌溉和养分，这进一步使对作物-杂草相互作用的理解复杂化。因此，农业系统的复杂性使得量化种植系统内杂草的用水具有挑战性。

我们发现了什么?

我们最近对杂草的用水进行了系统回顾，以编制全球范围内杂草物种用水的定量估计(Singh et al. 2022)。我们找到了23项相关的同行评审的已发表的研究，其中包含了34种杂草的226个用水测量值。作者主要使用8个水分利用指标来量化杂草的水分利用(WU): (a)水分利用效率，(b)基于深度的WU， (c)基于质量的WU， (d)基于体积的WU， (e)基于质量的蒸腾通量，(f)基于摩尔的蒸腾通量，(g)气孔导度，(h)气孔导度(图1)。

这些估计值具有双峰或多峰分布，且幅度变化很大，这可能是由于这些研究中杂草种类和实验条件的多样性。使用如此广泛的WU指标本身就表明，在对杂草的WU进行量化时存在一些缺陷，主要有两个缺点:

1. 科学家似乎经常不遵守测量、估计、报告和交流用水研究的最佳做法和标准化协议。
2. 它们并不总是报告所有必要的元数据。元数据是额外的相关数据，如土壤性质和环境特征，有助于提供一个完整的画面，有效地解释用水估算。

其次，在整个文献中，水资源利用指标/定义/术语存在显著的异质性。如果我们想综合可靠的用水估算，就应该在以下方面达成强烈共识:

1. 哪些变量可以充分代表杂草用水;
2. 应该使用什么定义/公式来量化这些变量;和
3. 什么植被足迹和时间分辨率是有效应用所需要的。

总的来说，有必要对量化杂草用水的方法、做法和协议进行标准化。这将增加估计数的可信度和代表性，并将使利益攸关方更容易从实际的角度比较、解释和有效利用用水估计数。

如何最好地量化杂草的水分利用?

如果我们想描述杂草的用水特征，就应该用与农业作物用水一致的物理量来报告。杂草蒸散(ET)或杂草作物系统蒸散(ET)——用一段时间内的水深度表示，例如毫米/天——是一个合适的选择。重要的是在整个季节以足够的时间分辨率(每日、每周)进行报告，以说明生长季节内的任何趋势或变化。从生产者的角度来看，这还有额外的好处，因为他们熟悉这些术语，他们可以比较杂草和作物的用水量，并可视化杂草的水损失。

此外，我们应该报告所有必要的元数据，以便有效地沟通和解释，有效地利用和促进这些数据在全球生态系统中的应用。一组好的元数据变量应该包括:

• 相关土壤特性如田间容量、入渗速率、粒度分布、永久凋萎点、饱和点、残茬覆盖、持水量等，全面了解土壤-植物-大气关系。
• 蒸发需求信息，用于说明测量用水量的环境有多“口渴”。环境的“干渴”驱使植物消耗水分。例如，Shantz和Piemeisel(1927)报道，在正常年份(1914)，重根藜的需水量为37加仑/磅。然而，在一个异常潮湿和凉爽的年份(1915年)，它减少了10到27加仑/磅，在一个异常炎热和干燥的年份(1916年)，它增加了4到41加仑/磅。
• 在根区增加深度的土壤水分条件，以传达是否在缺水或充足条件下采取的数据。
• 杂草生长的物候阶段或累积热量积累，以帮助跨越时间和空间传输这些数据，因为杂草生长决定了水分消耗。

未来研究的方向是什么?

基于有关杂草的用水相关信息对利益相关者的潜在有用性，我们提出以下建议:

1. 为至少主要的杂草种类制定“杂草系数”。通过这种方式，我们可以在不同的环境条件下传递用水信息。自2019年以来，UNL进行了研究，以估计在中心支点和地下滴灌系统下玉米，大豆和高粱中的帕尔默苋菜和志愿者玉米的蒸散量(Mausbach 2021;Singh et al. 2023)。本研究将有助于建立不同灌溉条件下多种作物中重要经济杂草的用水基线数据。
2. 量化杂草和作物用水的相对比率，将这两个量分开。
3. 了解杂草的蒸散作用如何改变农业作物的小气候和表面能量平衡。
4. 了解多种杂草在不同密度和邻近程度下对农作物水分利用动态的影响。
5. 将杂草的用水影响与产量惩罚结合起来，了解它们对作物用水效率的总体影响。

回家的消息

• 关于杂草用水的研究是有限的，只有零星的估计。我们希望生成一个更准确、更健壮、更可转移的季度数据集。
• 研究人员似乎没有遵循测量和报告用水研究的基本要求、标准协议和最佳实践。这可能是由于研究人员在杂草科学和灌溉科学之间的脱节。因此，我们鼓励跨学科合作，将这些标准化的用水概念、指标、方法和经济作物的应用转移到杂草上。
• 杂草水分利用的实测数据对全面认识农艺系统的水文状态具有重要意义。因此，我们需要采用标准的定义、实践和协议来准确地报告这些数据，并提高这些数据的可靠性和可重用性。

有关此主题的更多信息，请阅读此参考资料:

• Singh M, Kukal MS, Irmak S, Jhala AJ (2022)杂草水分利用特性:全球综述、最佳实践和未来方向。植物科学学报(英文版);12:779 - 790

参考文献

• [Briggs LJ, Shantz HL .(1913)植物的水分需要量。]一、1910年和1911年的大平原调查。美国农业部。植物工业局-通报第284期。华盛顿特区，下午7点
• 北方大平原某些作物和杂草的需水量。[J]农业研究42:187-238
• Mausbach J(2021)抗草甘膦苋菜的蒸散量评估和管理(苋属palmeri美国华生)。moran的论文。内布拉斯加大学林肯分校。44页
• 李建军，李建军，李建军，等(2007)植物水分需水量对植物生长的影响。植物生理学报，34 (2):444 - 444
• 王晓明，王晓明，王晓明，等。(2022)植物水分利用特征的研究进展与展望。植物科学学报(英文版);12:779 - 790
• 林德奎，李建平，李建平，等(2009)玉米、大豆和高粱种植系统的蒸散量研究。第33页在美国杂草科学学会-东北杂草科学学会联合会议论文集。弗吉尼亚州阿灵顿:美国杂草科学协会