Широко використовувані гербіциди намагаються знищити деякі бур’яни. Деякі експерти вважають, що тепло може бути частиною проблеми.
ВІД 10 РОКІВ, в люту спеку влітку Канзасу багато шкідливих бур’янів кокії, що вторглися в дослідницькі поля Філіпа Сталмана, просто не зрушилися з місця, коли обприскували сумішшю двох широко використовуваних гербіцидів, гліфосату та дикамби. Лише кількома місяцями раніше, у прохолодну весняну погоду, гербіцидна суміш легко спричинила скручування та побуріння дрібних тонких листя бур’яну, що свідчить про загибель рослини.
Тепер непохитний бур'ян затормозив Штальмана. Штальман, на той час вчений-бур’ян з Університету штату Канзас, ніколи раніше не стикався з цією проблемою з гербіцидами. Спочатку він припустив, що неправильно застосовував сільськогосподарські засоби. Але рік за роком траплялося те саме. Штальман знав, що щось сталося. Він пильно стежив за бур’янами на своїх полях. Він також поспілкувався з місцевими фермерами, які повідомили, що бачили подібні проблеми. “Світло деякий час не світилось, поки проблема не повторювалася. Це було ніби скласти головоломку », - каже Штальман.
Врешті-решт Штальман, який з тих пір вийшов на пенсію, вирішив, що проблема, швидше за все, температура: щось із-за обприскування при сильній спеці робило гербіциди менш ефективними.
Штальман робить це спостереження не один. Сьогодні все більші дані свідчать, що температури близько 90 градусів за Фаренгейтом або вище можуть зробити деякі стійкі до гербіцидів бур'яни ще більш стійкими, а інші бур'яни бути менш чутливими до певних хімічних речовин.
Деякі фермери кажуть, що знають, що високі температури можуть зіпсувати деякі гербіциди, тому намагаються уникати обприскувань у спеку дня. "Хорошим правилом є те, що якщо від 85 до 90 градусів за Фаренгейтом, просто не розпилюйте", - говорить Курт Готтшалк, керівник ферми в місті Хейс, штат Канзас.
Не всі експерти сходяться на думці, що така закономірність, в основному продемонстрована в лабораторних експериментах, створює проблему для фермерів. А деякі гербіциди, здається, працюють ще краще при високих температурах. Але якщо тепло підвищує стійкість багатьох бур’янів до основних гербіцидів, наслідки можуть бути значними. Залишаючись без контролю, бур'яни можуть знищити врожай та доходи - якщо фермери не докладуть зусиль для боротьби з бур'янами, вони зможуть знищити близько половини врожаю кукурудзи та сої в США та Канаді, відповідно до Товариство науки про бур’яни Америки, некомерційне товариство академічних та галузевих вчених. Втрата може коштувати фермерам близько 43 млрд доларів щороку.
Фермери вже ведуть боротьбу з епідеміями бур’янів, які розвинули генетичну стійкість до численних гербіцидів, включаючи гліфосат та дикамбу. Штальман та інші дослідники бур'янів стверджують, що температура може бути пропущеним другим фактором, що посилює захист бур'янів від гербіцидів. Хоча зараз більшість фермерів розуміють, що температура впливає на гербіциди, для нетренованого ока це може виглядати так само, як стійкість до гербіцидів, каже Штальман.
Ці дослідники також побоюються, що проблема може погіршитися в майбутньому, оскільки зміна клімату підвищує температуру, а екстремальні погодні явища, включаючи спека, стають все частішими.
"Ми вже знаємо, що стійкість до гербіцидів є найбільш проблематичним питанням у хімічній боротьбі з бур'янами", - написав Маор Мацрафі, вчений-бур'ян із ізраїльської Національної організації досліджень сільського господарства, у листі до Undark. "Можливо, наступна на черзі знижена чутливість через кліматичні зміни".
ФЕРМЕРИ, ЩО ВИКОРИСТОВУВАЛИ менше покладайтесь на гербіциди, замість того, щоб контролювати бур’яни за допомогою трудомістких методів, таких як обробка землі та ручне видалення. Але, починаючи з середини 1990-х, біотехнологічні компанії почали дебютувати генетично модифіковані культури, стійкі до поширених потужних гербіцидів. Нове насіння дозволило фермерам щедро обприскувати свої поля агрохімікатами, щоб знищувати бур'яни, поки їх ГМ-культура процвітала. Ця технологія зробила непотрібною більшість ручних прополювань, а використання гербіцидів зросло у всьому світі. Але у відповідь на них з’явилися бур’яни, і з’явилися стійкі до гербіцидів сорти. Це розпочало нову битву між фермерами та бур’янами, коли фермери все частіше використовують комбінації хімічних речовин, а також додаткові дози, щоб спробувати знищити бур’яни.
Однак після досвіду Штальмана з бур'янами кокії він почав вивчати, чи може температура впливати на ефективність гербіцидів більше, ніж було загальновизнаним. (Штальман, як і багато академічних вчених-бур’янів, раніше отримував фінансування від агрохімічних компаній).
Щоб розшифрувати, як тепло допомагає бур’янам відбиватися від гербіцидів, Штальман об’єднався з колегами з КСУ Мітілою Джугулам, фізіологом з бур’янів, та Джунджуном Оу, науковим співробітником. Команда вирощувала розсаду з популяцій кокії, що походять з Канзасу, в камерах, що містять температуру від 63.5 до 90.5 градусів за Фаренгейтом - представник денної та весняної спеки штату. Температура в камерах падала кожні 12 годин, щоб імітувати прохолодні нічні години. Коли саджанці досягали близько 4 дюймів у висоту, дослідники дозували деякі гліфосатом, а інші - дикамбою. З інтервалом у тиждень команда оглядала бур’яни на наявність ознак травми. Через місяць вони вирубували бур’яни, сушили та зважували їх.
Команда виявила, що за високих температур їм потрібно більше ніж удвічі більше гліфосату та дикамби для боротьби з бур’янами. Вони опублікований їх результати у 2016 році.
Щоб зрозуміти, чому жар знижує чутливість, дослідники відстежували шляхи гербіцидів через бур’яни, використовуючи м’яко радіоактивні версії гліфосату та дикамби. Перший раніше виготовляв Monsanto, а другий - BASF Corp. (BASF Corp. надавав аспірантуру Оу для іншого проекту).
Команда виявила, що листя поглинало менше гліфосату при більш високих температурах. Вони не впевнені, чому, але Джугулам вважає, що спека може спонукати кохію розвивати товстіші кутикули - захисний шар на поверхні листя - які потім підвищують захист бур'янів від гербіциду. Команда виявила інший процес на роботі, коли бур’яни зіткнулися з дикамбою. Температура не впливала на кількість дикамби, яку засвоїли бур’яни, але вона перешкоджала руху гербіциду через рослину, так що менше досягало своєї мети - тканини, що розвивається на кінчиках нових пагонів і листя.
В іншому дослідженні опубліковано минулого року, Джугулам звернула свою увагу на гербіцид 2,4-D, один з інгредієнтів агента апельсин, горезвісний дефоліант, що застосовувався у війні у В’єтнамі. На сьогоднішній день це один з найбільш широко використовуваних гербіцидів. Джугулам перевірив, як температура впливає на здатність гербіциду контролювати звичайну водоплід, широколистяний бур'ян, який виявив зазіхання на середньозахідні поля кукурудзи та сої.
В ході випробувань Джугулам досліджував деякі звичайні водяні коноплі, які розвинули генетичну стійкість до 2,4-D, а деякі - ні. Вона виявила, що для знищення стійкого бур’яну в жарких і сухих умовах потрібно було втричі більше гербіциду, ніж при більш прохолодних температурах. Вона виявила подібний, але менший ефект у сприйнятливих бур'янів.
Водоплід, стійкий до гербіцидів, витримує вплив 2,4-D, швидко розщеплюючи хімічну речовину до нетоксичних речовин, перш ніж вона зможе досягти своїх цілей на кінчиках коренів, стебел та листя. Коли температура висока, виявив Джугулам, водяна конопля швидше розщеплює ці молекули.
Югулам також зазначив, що за високих температур деякі бур'яни, стійкі до гербіцидів, стають більш стійкими, а деякі сприйнятливі бур'яни можуть вимагати більшої кількості гербіцидів для контролю.
Не всі бур'яни та гербіциди реагують на температуру однаково. Наприклад, Jugulam також виявив, що 2,4-D і гліфосат працюють краще при більш високих температурах проти звичайної та гігантської амброзії, ще два бур’яни, поширені на полях фермерів США. Югулам також говорить, що навіть у тих випадках, коли спека заважає гербіцидам, вплив, здається, здебільшого обмежується сухими умовами. Райони з високою вологістю та дощами можуть не відчути однакових ефектів.
Але деякі експерти стверджують, що в різних видах та агрохімікатах зростають докази того, що температура, а в деяких випадках і високий рівень вуглекислого газу впливають на боротьбу з бур’янами, принаймні в лабораторії.
У тестах опублікований у 2016 році Мацрафі виявив, що при високих температурах чотири різні різновиди трав'яних бур'янів протистояли диклофоп-метилу, інгредієнту гербіциду, що виробляється Bayer, значно краще, ніж при низьких температурах. Мацрафі також виявив, що високі температури роблять інший гербіцид, піноксаден, менш здатним стримувати ріст інвазивної трави фальшивим бромом. Більше того, трава процвітала навіть тоді, коли вона переходила з прохолодних умов на більш гаряче середовище до двох днів після обробки гербіцидами (дослідження частково фінансувала агрохімічна компанія ADAMA Agricultural Solutions, що базується в Ізраїлі).
“Our findings, and many other studies since the ‘90s, suggest that post-application environmental conditions may also affect herbicide sensitivity,” explained Matzrafi in an email. Even if farmers spray during cooler temperatures, that might not be enough to avoid the effects of heat.Despite increasing doses of diclofop-methyl, this herbicide-sensitive ryegrass thrives in a warmer climate. In each photo, the herbicide is applied in larger amounts going from left to right. On the far left plant, no herbicide is applied. In the left photo, the ryegrass is grown under lower temperatures (50-61 degrees Fahrenheit), whereas in the right photo, the ryegrass is grown under higher temperatures (82-93 degrees Fahrenheit). Візуальний: Люб'язно надано Маором Мацрафі
Експерти побоюються, що ці умови погіршаться в умовах зміни клімату. Вже зараз багато американських штатів, важливих для сільського господарства, а також інші великі регіони виробництва продуктів харчування у всьому світі, регулярно відчувають температуру до 90 градусів за Фаренгейтом протягом вегетаційного сезону. Деякі дослідники кажуть, що проблеми з нагріванням та показниками гербіцидів зараз висуваються на перший план частково через частіші епізоди екстремальної спеки протягом останніх кількох десятиліть.
Однак важко закріпити наслідки, які спостерігаються сьогодні від останніх кліматичних змін, - написав Льюїс Зіска, фізіолог рослин з Колумбійського університету в Нью-Йорку, в електронному листі до Undark. Але, відзначаючи, що бур'яни є "найбільшим обмеженням для виробництва продуктів харчування", Зіска попереджає, що "вони стануть грізним викликом для фермерів у більш екстремальних умовах".
Наприклад, на Середньому Заході до кінця століття температури можуть підвищитися в середньому на 8.5 градусів за Фаренгейтом, за більш тривалих і частіших періодів екстремальної спеки, згідно з даними прогнози федерального уряду. А в Південній Азії, включаючи Індію - важливий у світі регіон для виробництва рису, бобових, горіхів та бавовни - Міжурядова комісія з питань зміни клімату проектів що середньорічні температури піднімуться майже до 6 градусів за Фаренгейтом до 2100 року.
У першому в своєму роді експерименті, результати якого були повідомляється минулого року, Мацрафі вивчав спільну дію тепла та підвищення рівня вуглекислого газу на двох різних видах бур'янів і виявив, що ця комбінація підвищує захист гербіцидів від бур'янів, не перевищуючи це за рахунок будь-якого з факторів.
Неясно, чи готові виробники гербіцидів до майбутніх викликів зігрівання планети. Багато хто не рекомендує оптимальних температур обприскування, щоб забезпечити ефективність в інструкціях, які вони поширюють фермерам.
У письмовій заяві Кларк Оутс, прес-секретар Sygenta, виробника піноксадену, зазначає, що компанія не вивчала потенційні наслідки зміни клімату на діяльність гербіциду, однак, що "польові дослідження та комерційні програми не показали, що температура має значну температуру вплив на діяльність Піноксадена ".
Прес-секретар компанії Bayer Чарла Лорд написала у своїй заяві, що гербіциди компанії «ретельно перевірені, щоб відповідати всім вимогам регуляторів» і «марковані, щоб аплікатори знали, як подати заявку на них для оптимального контролю та успіху». Компанія не відповіла на конкретні запитання щодо ефективності їхньої продукції при високих температурах, хоча компанія відповіла розміщені про проблеми високотемпературного обприскування на своєму веб-сайті. Кортева, яка виробляє гербіциди, що містять 2,4-D, не відповіла на запити щодо коментарів щодо того, як високі температури впливають на ефективність гербіциду.
НЕ ВСІ переконані, що ці експериментальні результати спричиняють проблеми для фермерів. Деякі дослідники та експерти з бур'янів кажуть, що лабораторні умови кардинально відрізняються від польових, що робить результати менш доречними. "Я не думаю, що ми могли б точно сказати, що це впливає на реальні масштаби", - написав Бред Хенсон, експерт по бур'янах з Каліфорнійського університету в Девісі, у листі до Undark. Хенсон працював з Мацрафі над дослідженням, опублікованим минулого року.
Хенсон, який працює з каліфорнійськими фермерами в якості дослідника та спеціаліста з розширення, також написав, що фермери зазвичай використовують достатню кількість гербіцидів, щоб подолати будь-які незначні зміни чутливості до бур'янів, викликані теплом.
Кассім Аль-Хатіб, урожай-фізіолог з Каліфорнійського університету в Девісі, який досліджував ефективність дії гербіцидів при нагріванні та вологості, написав в електронному листі до Undark, що дослідження проводяться в ретельно контрольованих лабораторних умовах, які фермери ніколи не знайдуть у своїх поля. "Те, що відбувається в контрольованих умовах, як правило, не підтримує того, що відбувається в польових умовах", - написав він.
У своїх власних дослідженнях Аль-Хатіб вивчав вплив температури та вологості на невелику кількість типів гербіцидів та видів бур'янів. За його словами, ефективність гербіцидів, як правило, покращується при більш високій температурі та вологості, якщо температура не перевищує 100 градусів за Фаренгейтом.
"Але я не думаю, що це зменшує важливість результатів", - написав Мацрафі. Він, Штальман та інші кажуть, що на власному досвіді переконались у цьому: «Я думаю, ми щось бачимо. Протягом наступних 10 років, я думаю, ми побачимо більше. Це буде основною проблемою », - каже Чак Отте, агент з досліджень та розширення штату К в штаті Канзас, округ Гірі, який в основному працює з фермерами.
Результати дослідження випробовують новини для фермерів, які покладаються на гербіциди, щоб тримати дедалі більше озброєних бур'янів. На даний момент деякі фермери намагаються уникнути деяких наслідків тепла, обприскуючи гербіциди в прохолодні періоди дня. У самому серці літа Кері Мур каже, що іноді прокидається перед світанком, щоб розпорошити свою ферму площею 650 акрів у Північній Дакоті, перш ніж спека підніметься занадто високо, іноді перевищуючи 100 градусів за Фаренгейтом. Але в міру потепління земної кулі фермери стикаються з вужчими вікнами, під час яких температура досить прохолодна для розпилення, каже Зіска. Дослідження Мацрафі показують, що обприскування під час прохолодних періодів не гарантує, що на ефективність гербіцидів не впливають сплески тепла, які приходять пізніше дня або навіть наступного дня.
І іноді фермери не можуть уникнути обприскування гербіцидів спекою, особливо на величезних фермах площею кілька тисяч гектарів.
Отте каже, що скептики можуть не усвідомлювати, що їх гербіциди не працюють, оскільки спека допомагає бур'янам. Спочатку вони можуть припустити, що винен цілий ряд інших загальних факторів, таких як стійкість до гербіцидів, відсутність опадів або занадто мало гербіцидів. "Існує стільки незрозумілих факторів, що важко все це розібрати", - говорить він.
У довгостроковій перспективі фермерам доведеться зменшити свою залежність від гербіцидів і замість цього використовувати інші методи, які сьогодні частіше використовуються в органічному землеробстві, щоб утримати бур'яни, - стверджують багато експертів. Наприклад, посадка покривних культур, таких як ярий овес або багряна конюшина, допомагає зупинити бур’яни, що пускають коріння в оголеному ґрунті, а вирощування різноманітних культур у сівозміні може призвести до неправильного піднесення бур’янів, що сприяє придушенню популяцій. Мур уже рухається в цьому напрямку. Вона обертає сою з пшеницею, ячменем та кількома іншими культурами та садить різні додаткові покривні культури, включаючи жито та горох.
Також вона іноді обробляє ґрунт, щоб допомогти стримати ріст бур’янів. "Чим менше нам доводиться обприскувати хімікати, тим краще", - каже вона. Однак, щоб не відставати врожайність, сільське господарство не може повністю відмовитися від гербіцидів, - каже Зіска. Оскільки пропонується дуже мало нових хімічних речовин, фермерам доведеться бути обережнішими до наявних у них гербіцидів, щоб забезпечити їх подальшу роботу в майбутньому. Виробники повинні надавати фермерам кращі поради щодо того, коли і як застосовувати гербіциди, додає Мацрафі.
"Фермери більше не можуть просто обприскувати і молитися", - каже Отте.
