经过84天，我们成功把“毒草”变成了宝

加拿大一枝黄花、‌紫茎泽兰、‌‌‌水葫芦‌‌、‌豚草……这些名字一出现，很多人都知道“这是入侵植物！”‌那么，如果给你一块地，上面长满了入侵植物，你会怎么对付？

把它们都拔掉？一把火烧掉？喷药把它们都杀死？

这些以“消灭”为目的的招数都是目前常用的。不过，今天要跟大家介绍的是一种“化敌为友”的有趣尝试。在中国科学院昆明植物研究所的实验室里，我们用细菌和虫子，把紫茎泽兰变成了优质的生物肥料。

紫茎泽兰长这样（图片来源：作者提供）

每年“吃掉”50万人口粮的紫茎泽兰

紫茎泽兰的老家在墨西哥。19世纪，它作为观赏植物被引种到世界各地。当时的人们没想到，这朵看似温柔的小花，后来竟成了让全球头疼的入侵物种。

紫茎泽兰（图片来源：作者提供）

它造成的麻烦，远比想象中严重：

跟庄稼和牧草抢地盘。紫茎泽兰极其霸道，一旦扎根，就会极力争夺水分、肥料、阳光和空间。天然草地被它入侵3年后，基本就变成"紫色荒漠"。牛羊无处觅食，牧民只能另寻牧场。

有毒。紫茎泽兰体内含有一些有毒物质，包括倍半萜类化合物（如泽兰二酮、羟基泽兰酮），以及具有芳香和辛辣气味的化学物质。这些物质对牲畜有害，牲畜误食后可能中毒甚至死亡。

花粉和带冠毛的种子有危害。这些东西如果被马等大型牲畜吸入气管和肺部，可能引起组织坏死，严重的可致死——这是因为马的呼吸道结构较长且弯曲，容易滞留轻小的带冠毛种子，而其他牲畜（如牛、羊）因体型和呼吸道结构差异，风险相对较小，但并非完全没有。对人类来说，紫茎泽兰的花粉也是过敏原，能引发过敏性疾病。

对土壤有危害。紫茎泽兰对土壤养分的吸收性极强，能极大损耗土壤肥力。它还会改变土壤微生物群落结构，让土壤变得更适合自己生长。土壤越变越差，紫茎泽兰却越长越好，形成恶性循环。

上世纪40年代，紫茎泽兰从缅甸传入云南临沧地区的沧源、耿马等县。短短几十年，它便像野火一样蔓延开来。2003年，中国国家环保总局和中国科学院联合发布《中国第一批外来入侵物种名单》，紫茎泽兰名列第一位。截至2025年底，它已入侵我国四川、重庆、贵州、西藏、广西、台湾、湖北等地的数百万亩土地，并且仍在继续向北扩张。据研究估算，紫茎泽兰对我国畜牧业和草地生态系统造成的年综合损失约36.2亿元人民币——这个数字相当于大约30万亩优质农田一年的产出，若以水稻亩产500公斤计算，这些农田一年可产粮约1.5亿公斤，足够约50万人吃一年。

紫茎泽兰在2021–2040年的潜在扩散动态。未来二十年内，紫茎泽兰几乎可以扩散至其全部潜在适宜分布区，仅在西藏东南部等极小范围区域内，因地理阻隔等扩散限制而无法到达（图片来源：魏博, 刘林山, 谷昌军, 等 (2022) 紫茎泽兰在中国的气候生态位稳定且其分布范围仍有进一步扩展的趋势. 生物多样性, 30, 21443.）

紫茎泽兰的入侵并非中国独有的问题。在印度、尼泊尔、澳大利亚、南非等地，这种植物同样造成了严重的生态灾难。例如，在澳大利亚新南威尔士州，紫茎泽兰已侵占大量牧场，当地牧民不得不投入大量资金进行防治。这些地方虽然横跨亚洲、大洋洲、非洲等不同大洲，但有一个共同点：大多位于热带、亚热带及温带温暖地区。紫茎泽兰喜欢温暖湿润的环境，在年均温15℃以上、年降水量800毫米以上的地区生长最为旺盛。虽然在寒冷干燥的高纬度或高海拔地区，它的生长会受到抑制。但是，在全球气候变暖、极端降水增多的大背景下，它的分布范围还在进一步扩大。

人类vs 紫茎泽兰，一场难打的战争

问题来了，既然它"作恶多端"，人们为什么不想办法铲除呢？答案是：想了，但实在太难对付。

紫茎泽兰绝对是个武装到牙齿的高手。它的生存绝招至少有三样：

第一招：化学武器。紫茎泽兰会通过根部和叶片表面向周围环境释放泽兰二酮、羟基泽兰酮等物质。这些物质不仅能毒杀周围植物，还能抑制土壤微生物的正常活动，让其他植物"水土不服"，然后独占所有资源。

第二招：繁殖机器。一株紫茎泽兰一年产种近万粒，种子轻小，带冠毛，可随风、随水、随动物传播。它还能通过发达的地下茎萌发新株——即使把地面上的植株全部清除，地下的根状茎很快就能冒出新芽，再加上土壤中可存活多年的种子，可谓"野火烧不尽"。

第三招：变形适应能力。紫茎泽兰在温暖湿润的地区几乎无处不在，在石缝、墙脚、贫瘠土壤等多种恶劣环境中都能扎根。它“能屈能伸”，在肥沃的土地上，它可以长到两米高；在贫瘠的地方，它也能缩成几十厘米的小株，把资源省下来用于维持基本生存，等待环境改善后再发力生长。

面对紫茎泽兰，人类尝试用各种办法去清除，但效果都不理想。

紫茎泽兰主流防控措施及资源化利用局限（图片来源：作者绘制）

人工清除：这个办法最直接。但紫茎泽兰的根系发达，人工拔很难除根，残根很快就能萌发新植株。而且这种工作劳动强度极大，在大范围内几乎不可能持续。一个劳动力一天只能处理很小的面积。

化学除草：使用2,4-D、草甘膦等除草剂可以在短期内杀死紫茎泽兰，90%以上的紫茎泽兰植株会被杀死（也就是说防治效果可达90%以上）。这个方法效率高，但弊端也很明显：一是除草剂会伤害非靶标植物，破坏当地植被；二是长期使用会导致紫茎泽兰产生抗药性；三是化学药剂残留会污染土壤和水源。更关键的是，被除草剂杀死的紫茎泽兰植株如果还留在地里，其中的有毒物质会释放到环境中，继续毒害周围的土壤和植物。

生物防治：科学家也曾引入泽兰实蝇等天敌来进行生物防治。泽兰实蝇会在紫茎泽兰植株上产卵，幼虫孵化后钻入茎干取食，破坏植株的生长点，导致植株畸形、矮化，最终减少种子产量。其野外寄生率可达50%以上，理论上效果不错，但实际应用中仍面临诸多挑战：天敌昆虫的定殖需要特定环境条件，而且它们只能削弱紫茎泽兰的繁殖能力，很难彻底消灭植株，所以防治效果不够稳定，难以在大范围内实现持续控制。

替代控制：这种方法是用臂形草、红三叶草、狗牙根等植物替代紫茎泽兰。这些替代植物生长速度快、竞争力强，能在光照、水分和养分争夺中占据优势，挤压紫茎泽兰的生存空间，抑制其扩散。这种“以强压强”的方法在某些地区取得了一定成效，缺点是需要大量人工种植和管理，成本高昂，而且替代植物本身也可能成为新的生态问题。

如果消灭不了，那能不能利用它呢？这也不容易。

有人把紫茎泽兰粉碎后制成沼气或碳棒。前者是通过厌氧发酵产生甲烷用作燃料，后者是压制成型后作为生物质燃料，替代煤炭用于取暖或发电。有人尝试用它做成肥料或饲料原料，还有人提取其中的化学成分制作杀虫剂或染料。

这些尝试在实验室或小规模试验中取得了一定效果，但都面临一个共同的难题：紫茎泽兰中含有泽兰二酮和羟基泽兰酮等毒性物质。

做成肥料或饲料时，毒素必须彻底去除，否则会伤害作物或毒害牲畜；制成沼气时，毒素主要留在发酵残渣中，气体产物相对安全，但残渣仍需妥善处理；制成碳棒时，高温碳化过程可以分解部分毒素，但燃烧后的灰烬中仍可能有残留；提取化学成分制作杀虫剂或染料时，则是利用其毒性成分，属于"以毒制毒"。虽然不同利用途径对毒素去除的要求并不相同，但无论哪种方式，毒素都会对生产过程提出额外要求：要么增加脱毒工序和成本，要么限制产物的使用范围（如发酵残渣和燃烧灰烬仍需作为危废处理），要么只能走特定的高附加值路线（如提取杀虫剂），难以大规模推广。

这就形成了一个尴尬的僵局：紫茎泽兰既消灭不了，又用不起来。它像一块烫手的山芋，让人进退两难。

面对这个难题，我们所在的中国科学院昆明植物研究所大型真菌种质资源与绿色发展专题组在多年的探索中找到了不一样的路。

从"消灭"到"转化"，分成两步走

我们这个团队长期从事农林牧有机废弃物资源化利用研究。早在十多年前，团队就开始关注紫茎泽兰。最初，我们的思路和大多数人一样：怎么把它消灭？团队尝试过用微生物降解紫茎泽兰植株中的毒素，也尝试过与其他植物竞争抑制，但效果都不理想：紫茎泽兰的毒素太顽固，普通微生物根本"啃不动"；它的繁殖力太强，今天清除一片，明年又冒出新芽。

转折点发生在团队对堆肥技术的深入研究中。团队一直在做各种农林废弃物的堆肥转化——秸秆、菌渣、畜禽粪便，都取得了不错的效果。那么，紫茎泽兰能不能也走这条路？

什么是堆肥

简单来说，堆肥就是人为加速的“落叶归根”——把枯枝、秸秆、厨余等有机废料，按一定比例加入“调料”（如调节碳氮比的辅料、促进发酵的菌剂）。通过微生物的高温发酵，让它们腐烂分解，最终变成富含养分的黑色腐殖质。这个过程通常要经历升温期、高温期、降温期和腐熟期。如今，堆肥已从农家小院走进现代化工厂，很多城市的厨余垃圾就是通过工业化堆肥变成有机肥的。

当然，我们也面临毒素这个难关，这是真正让紫茎泽兰"资源化"的核心难题，如何安全、彻底地将它转化为可直接回归农田的产物？普通的堆肥微生物能对付这些毒素吗？虽然心里没底，我们还是决定试一试。

第一步——堆肥脱毒

虽然我们之前对紫茎泽兰的处理难度有心理准备，但没想到试的过程会这么不顺利。一开始，好几批堆肥都失败了。

第一批：温度上不去，高温期没形成，微生物活性不足，毒素降解率很低；

第二批：就像做菜调配料比例，我们调整了碳氮比，效果好了一些，但腐熟度不够，也就是说发酵不彻底，产物还没完全稳定；

第三批：通过针对性调整菌渣等辅料配比，琢磨紫茎泽兰原料与辅料的混合比例，优化物料孔隙结构，改善营养物质供给条件，似乎有了好转；

第四批：在最优辅料配比基础上，我们设置多梯度通气速率，改变堆体通气量，调控堆体内部氧气浓度，研究供氧水平对微生物群落结构以及毒素降解进程的影响；

第五批：在确定辅料配比与通气条件后，设置不同翻堆时间间隔，提高翻堆频率，打破堆体内的厌氧微环境，加快物料代谢转化。

……

经过反复实验，团队慢慢发现，将紫茎泽兰与菌渣等辅料按特定比例混合，控制好温度和湿度，微生物群落会逐渐适应并“专攻”毒素。

最终，我们确定了一套成熟的好氧堆肥工艺——从进料到出料，需要整整56天。这56天不是哪个人拍脑袋定的，而是通过多批次对比实验，在降解效率、腐熟度和能耗之间找到的平衡点。

好氧堆肥实验 (团队人员、翻堆操作、温湿度监测、物料配比等场景）（图片来源：作者提供）

56天后，检测结果让我们振奋不已：紫茎泽兰中的核心毒性物质泽兰二酮，从最初的约2000毫克/千克降至220.8毫克/千克；羟基泽兰酮从约700毫克/千克降至96.4毫克/千克。算下来，毒性物质去除率超过89%。打个比方：如果原来有100份毒素，堆肥后只剩不到11份。

89%的去除率，已是目前报道的生物法处理紫茎泽兰毒素的最高水平之一，但残留的11%仍然是一个隐患——如果要做成回归农田的肥料，安全标准必须更高。我们开始寻找进一步脱毒的第二道工序，这是前人没有走过的路。

第二步——深度转化

经过调研，我们想到了黑水虻。这是一种腐食性昆虫的幼虫。它们食量大、生长快、适应性强，能把各种有机废物转化为高蛋白虫体（用来钓鱼也是一绝）和优质虫粪有机肥。2025年，上海交通大学已建成黑水虻中试线，用于处理校园餐厨垃圾。处理过后，虫体蛋白含量达45%以上，可以作为畜禽和水产养殖的饲料成分，虫粪有机质含量超过60%，可以加工成优质有机肥。

黑水虻（图片来源：浙江大学 张志剑）

但用黑水虻处理含有残留毒素的紫茎泽兰堆肥产物，没人试过，我们也不知道这些虫子会不会被毒死。“当时就是抱着试一试的心态，”有一位团队成员回忆说，“我们把堆肥后的物料投喂给黑水虻幼虫，心里其实挺忐忑的。”

28天后，结果再次超出预期！二次脱毒效果显著：黑水虻对残留的泽兰二酮和羟基泽兰酮实现了二次高效降解，分别再降65.2%和63.5%。加上堆肥阶段的去除率，总脱毒率超过96%。这意味着，最终堆肥产物中的毒素含量已经微乎其微。（关于剩余微量毒素是否会在土壤中累积这一问题，我们将作为后续重点研究内容持续推进。）

我们在试验中还发现，低浓度残留污染物并未抑制黑水虻幼虫生长，反而可通过激活体内代谢通路，使幼虫体质量提升 70%。

幼虫增重后，处理效率更高了：更肥大的虫子能在同样时间内吃掉更多物料、转化更多有机质；产出价值更大了：黑水虻幼虫本身就是优质蛋白饲料，增重70%意味着同样投入能收获更多虫体蛋白，用于水产和畜禽养殖；虫粪质量更好了：吃得多的虫子排泄量也更大，且代谢活跃的幼虫能进一步破碎物料、促进腐熟，最终产出的虫粪有机肥有机质含量和养分有效性都更高。

想起看到数据时的场景，我们的团队成员忍不住笑了：“当时我们观察到实验组的幼虫明显比对照组肥大，第一反应是‘是不是称错了？’”反复验证后，确认数据无误。这一发现让团队意识到：对有毒生物质的资源化利用，毒素不一定是绝对的障碍，关键在于找到合适的处理方式和利用途径。

堆肥56天，黑水虻处理28天，堆肥负责"解毒"和"打底"，黑水虻负责"精加工"和"提质"。两者配合，把曾经人人喊打的毒草，变成了安全优质的肥料。

紫茎泽兰的黑水虻生物转化试验（图片来源：作者提供）

除了构建了完整的“紫茎泽兰—微生物—黑水虻”转化链条之外，我们还有意外发现。

传统堆肥有一个众所周知的问题：发酵过程中会产生大量温室气体，尤其是甲烷（CH₄）和氧化亚氮（N₂O）。这些气体不仅是强效温室气体，还造成了氮素损失，降低了肥料的养分含量。但我们在堆肥过程中发现，添加紫茎泽兰后，温室气体排放反而减少了。

原来，紫茎泽兰中的植物化学物质能够抑制反硝化菌的活性，从而减少氧化亚氮的生成。这个发现，意味着这项技术更加环保，还为“低碳堆肥”提供了全新的理论支撑。

从实验室到田间：还有多远？

目前，该技术已完成实验室阶段的研究验证，但距离大规模田间应用，还有关键的几步要走。

规模化：实验室的几十斤堆肥与工厂里的几十吨堆肥，在生产时有很大差距。在大规模堆肥中，温度、湿度、通气量的精确控制如何实现？黑水虻的自动化养殖和分离如何设计？还需要进一步的工程化研究。

肥效验证：实验室里生产的优质肥料，真的合适真实的农田环境吗？不同作物、不同土壤条件下，这种生物肥的肥效如何？长期施用是否安全？也需要多年的田间试验来回答。

政策支持：新型肥料的生产和使用需要符合国家的有机肥标准，需要专门的安全性评估和登记程序。相关政策的支持，将是技术推广的重要保障。

降低成本：传统化学除草是持续性高额投入，山区人工喷施药剂单次综合成本 30～40元/亩，一年至少喷施2次，直接治理费用60～80元/亩；按农业农村部门测算，全域化学防治年均综合成本可达100 元/亩，若叠加土壤水源修复、牲畜中毒损失、草场减产等隐性损耗，长期年均投入可达180～220元/亩，且全程无经济产出。

而上述两段式转化技术在清除入侵杂草的同时，可产出商品有机肥与高蛋白黑水虻虫体，产品收益能够对冲原料收储运开支。现在最大的瓶颈是把漫山遍野的紫茎泽兰收集起来集中处理。根据我们的调研，目前收集鲜紫茎泽兰的成本：约 500～650 元 / 吨（人工 + 短运）。怎么降低收集成本？怎么让农民愿意参与？团队正在尝试“政府补贴+企业运营+农民参与”的模式，让农民通过收割紫茎泽兰获得额外收入。

如果这项技术成熟推广，我们或许可以看到这样的场景：

农民们不再为紫茎泽兰头疼，而是定期上山收割它们，卖给附近的处理厂。堆肥发酵池和黑水虻养殖车间有序运转，把紫茎泽兰变成一袋袋黑褐色的优质生物肥。这些肥料被运往有机农场，滋养有机蔬菜、珍稀食用菌和特色水果。这不是幻想，而是技术成熟后完全可以实现的图景。

我们与入侵物种，到底是战争还是和解？

有人可能会说，那一天可能还远着呢！这个研究对当下有什么意义？有的，它可能改变我们治理入侵物种的理念。自然界中，物种之间的关系并非简单的“好”与“坏”、“有益”与“有害”。理解这种复杂性，是科学进步的基础。

长期以来，人类与入侵物种的关系被描述为一场战争，不是“消灭”就是“抗击”，或者“防御”。这些比喻虽然形象，但也可能限制了我们的思维。从紫茎泽兰、微生物、黑水虻的关系中可以看到：我们与入侵物种的关系，未必只能是“战争”，也可以是“和解”，通过技术手段，在控制其危害的同时，挖掘其潜在价值。这是一种更高级的生态治理哲学——不是简单的排斥和消灭，而是寻求人与自然的共生之道。

当然，合理利用绝不意味着我们可以放任入侵物种的蔓延。资源化利用的新技术，更像是为已经入侵的“存量”问题提供了一个经济可行的解决方案，但它并不能替代源头的“增量”管控。这就好比，即使垃圾焚烧技术再先进，垃圾分类和源头减量仍然有重要意义。对紫茎泽兰，我们依然需要坚持“预防为主，综合治理”的方针。在入侵初期或核心区域，人工拔除、化学防治等传统手段依然是快速压制紫茎泽兰种群、防止其进一步扩散的关键。只有将源头管控与末端利用相结合，我们才能真正守住生态安全的底线。

作者注：本文基于中国科学院昆明植物研究所大型真菌种质资源与绿色发展专题组的最新研究成果撰写。该系列研究发表于Chemical Engineering Journal、Journal of Hazardous Materials、Journal of Environmental Chemical Engineering等环境学领域权威期刊。研究得到国家重点研发计划、中科院战略性先导科技专项、云南省彩云博士后项目和云南省技术创新计划等项目资助。

作者简介

作者：刘栋、Yousif、于富强

单位：中国科学院昆明植物研究所

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