Гербицид - Herbicide

Борьба с сорняками с помощью гербицидов

Гербициды ( США : / ɜːr б ɪ с д г / , Великобритания : / ч ɜːr - / ), также широко известные как гербициды , представляют собой вещество , используемое для контроля нежелательных растений . Селективные гербициды контролируют определенные виды сорняков, оставляя желаемый урожай относительно невредимым, в то время как неселективные гербициды (иногда называемые общими средствами борьбы с сорняками в коммерческих продуктах) могут использоваться для очистки пустырей , промышленных и строительных площадок, железных дорог и железнодорожных насыпей, поскольку они убивают все растительный материал, с которым они соприкасаются. Помимо селективного / неизбирательного, другие важные различия включают стойкость (также известную как остаточное действие : как долго продукт остается на месте и остается активным), способы поглощения (поглощается ли он только надземной листвой через корни. , или другими способами), и механизм действия (как это работает). Исторически такие продукты, как поваренная соль и соли других металлов, использовались в качестве гербицидов, однако они постепенно утратили популярность, и в некоторых странах некоторые из них запрещены из-за их стойкости в почве, а также опасений по поводу токсичности и загрязнения грунтовых вод . Гербициды также использовались в войнах и конфликтах .

Современные гербициды часто являются синтетическими имитаторами природных гормонов растений, которые мешают росту целевых растений. Термин « органический гербицид » стал обозначать гербициды, предназначенные для органического земледелия . Некоторые растения также производят свои собственные природные гербициды, такие как род Juglans ( грецкие орехи ) или дерево небесное ; такое действие природных гербицидов и другие родственные химические взаимодействия называется аллелопатией . Из-за устойчивости к гербицидам - серьезной проблемы в сельском хозяйстве - в ряде продуктов гербициды сочетаются с различными средствами действия. В комплексной борьбе с вредителями гербициды могут использоваться наряду с другими методами борьбы с вредителями.

В США в 2012 году около 91% всех гербицидов, определяемых по весу, приходилось на сельское хозяйство. В 2012 году мировые расходы на пестициды составили почти 24,7 миллиарда долларов; гербициды составили около 44% этих продаж и составили самую большую долю, за ними следуют инсектициды , фунгициды и фумиганты . Гербициды также используются в лесном хозяйстве, где было обнаружено, что определенные составы подавляют появление лиственных пород в пользу хвойных после сплошных рубок , а также в пастбищных системах и управлении территориями, отведенными под среду обитания диких животных .

История

До широкого использования гербицидов для борьбы с сорняками применялись меры контроля за культурой , такие как изменение pH почвы, уровня засоления или плодородия. Механический контроль (включая обработку почвы ) также использовался (и используется до сих пор) для борьбы с сорняками.

Первые гербициды

2,4-Д , первый химический гербицид, был открыт во время Второй мировой войны .

Хотя исследования гербицидов начались в начале 20 века, первый крупный прорыв стал результатом исследований, проведенных как в Соединенном Королевстве, так и в Соединенных Штатах во время Второй мировой войны, в отношении потенциального использования гербицидов на войне . Первый современный гербицид 2,4-D был впервые обнаружен и синтезирован У. Г. Темплманом из Imperial Chemical Industries . В 1940 году он показал, что «надлежащим образом применяемые вещества для выращивания убивают некоторые широколиственные сорняки в зерновых культурах, не нанося вреда посевам». К 1941 году его команде удалось синтезировать это химическое вещество. В том же году этого добился и Р. Покорный в США.

Независимо от этого, то же открытие сделала группа под руководством Джуды Хирша Квастеля , работающая на экспериментальной станции в Ротамстеде . Совет по сельскохозяйственным исследованиям (ARC) поручил компании Quastel открыть методы повышения урожайности сельскохозяйственных культур. Анализируя почву как динамическую систему, а не как инертное вещество, он смог применить такие методы, как перфузия . Quastel смогла количественно оценить влияние различных гормонов растений , ингибиторов и других химических веществ на активность микроорганизмов в почве и оценить их прямое влияние на рост растений . Хотя вся работа устройства оставалась секретной, некоторые открытия были разработаны для коммерческого использования после войны, в том числе соединение 2,4-D.

Когда 2,4-D был коммерчески выпущен в 1946 году, он вызвал мировую революцию в сельскохозяйственном производстве и стал первым успешным селективным гербицидом. Он позволил значительно улучшить борьбу с сорняками у пшеницы , кукурузы (кукурузы), риса и подобных злаковых трав, поскольку он убивает двудольные (широколистные), но не большинство однодольных (травы). Низкая стоимость 2,4-D привела к продолжительному использованию сегодня, и он остается одним из наиболее часто используемых гербицидов в мире. Как и другие кислые гербициды, в нынешних составах используется либо соль амина (часто триметиламин ), либо один из многих сложных эфиров исходного соединения. С ними легче обращаться, чем с кислотой.

Дальнейшие открытия

Семейство триазиновых гербицидов, которое включает атразин , было представлено в 1950-х годах; в настоящее время они относятся к семейству гербицидов, вызывающих наибольшее беспокойство в отношении загрязнения грунтовых вод . Атразин не разрушается быстро (в течение нескольких недель) после нанесения на почвы с pH выше нейтрального . В щелочных почвенных условиях атразин может попадать в профиль почвы до уровня грунтовых вод с почвенными водами после дождя, вызывающего вышеупомянутое загрязнение. Таким образом, считается, что атразин обладает «уносом», что обычно нежелательно для гербицидов.

Глифосат (Roundup) был введен в 1974 году для неселективной борьбы с сорняками. После развития устойчивых к глифосату сельскохозяйственных культур он теперь очень широко используется для селективной борьбы с сорняками при выращивании сельскохозяйственных культур. Сочетание гербицида с устойчивыми семенами способствовало консолидации семеноводческой и химической промышленности в конце 1990-х годов.

Многие современные гербициды, используемые в сельском хозяйстве и садоводстве , специально разработаны для разложения в течение короткого периода времени после применения. Это желательно, так как после этого можно будет высаживать зерновые и растения, которые в противном случае могли бы пострадать от гербицида. Однако гербициды с низкой остаточной активностью (т.е. которые быстро разлагаются) часто не обеспечивают сезонную борьбу с сорняками и не гарантируют уничтожение корней сорняков под строительством и мощением (и не могут разрушительно прорастать в ближайшие годы), поэтому остается роль для уничтожителя сорняков с высокой устойчивостью в почве.

Терминология

Гербициды классифицируются / сгруппированы по-разному; например, по активности, срокам применения, способу применения, механизму действия, химическому семейству. Это порождает значительный уровень терминологии, связанной с гербицидами и их использованием.

Предполагаемый результат

  • Контроль - это уничтожение нежелательных сорняков или их повреждение до такой степени, что они перестают конкурировать с урожаем.
  • Подавление - это неполный контроль, который, тем не менее, дает определенную экономическую выгоду, например, снижение конкуренции с урожаем.
  • Безопасность урожая для селективных гербицидов - это относительное отсутствие повреждений или стресса для урожая. Большинство селективных гербицидов вызывают видимый стресс у сельскохозяйственных культур.
  • Дефолиант , похожий на гербициды, но предназначен для удаления листвы (листьев), а не для уничтожения растения.

Селективность (все растения или отдельные растения)

  • Основа избирательности основана на физических или биологических факторах. Некоторые биологические факторы включают морфологию , физиологию , метаболизм или биохимические факторы.
  • Есть некоторые климатические факторы, влияющие на поглощение, включая влажность , свет, осадки и температуру. Гербициды, применяемые для внекорневой обработки, легче проникают в лист при высокой влажности за счет увеличения времени высыхания капли опрыскивания и увеличения гидратации кутикулы. Свет высокой интенсивности может разрушать некоторые гербициды и вызывать утолщение кутикулы листа, что снижает поглощение. Осадки могут смыть или удалить некоторые гербициды, внесенные на листву, но они увеличат поглощение гербицидов, внесенных в почву, корнями. Растения, подвергшиеся воздействию засухи, менее подвержены транслокации гербицидов. При повышении температуры эффективность гербицидов может снизиться. Абсорбция и перемещение могут уменьшаться в очень холодную погоду.
  • Селективные гербициды контролируют или подавляют определенные растения, не влияя на рост других видов растений. Селективность может быть обусловлена транслокацией , дифференциальной абсорбцией или физическими (морфологическими) или физиологическими различиями между видами растений. Поверхностно-активные вещества изменяют физические свойства раствора для опрыскивания и общую фитотоксичность гербицида, увеличивая транслокацию. 2,4-Д, мекопроп и дикамба подавляют многие широколиственные сорняки, но остаются неэффективными против дерновых трав.
  • Неселективные гербициды неспецифичны в действии против определенных видов растений и контролируют весь растительный материал, с которым они вступают в контакт. Они используются для очистки промышленных площадок, пустырей, железных дорог и железнодорожных насыпей. Паракват , глюфосинат и глифосат - неселективные гербициды.

Сроки подачи заявки

  • Предпосевные гербициды - это неселективные гербициды, вносимые в почву перед посадкой. Некоторые предпосадочные гербициды могут быть внесены в почву механически. Целью включения является предотвращение рассеивания из-за фоторазложения и / или летучести . Гербициды уничтожают сорняки по мере их прорастания через зону, обработанную гербицидами. Летучие гербициды необходимо внести в почву перед посадкой пастбища. Сельскохозяйственные культуры, выращиваемые в почве, обработанной предпосевным гербицидом, включают томаты, кукурузу, сою и клубнику. Почвенные фумиганты, такие как метамнатрий и дазомет , используются в качестве предпосевных гербицидов.
  • Предвсходовый период: Предвсходовые гербициды применяются до того, как проростки сорняков прорастут через поверхность почвы. Гербициды не препятствуют прорастанию сорняков, но они убивают сорняки по мере их прорастания через зону, обработанную гербицидами, влияя на деление клеток в проросших проростках. Дитиопир и пендиметалин - это предвсходовые гербициды. Сорняки, которые уже проросли до внесения или активации, не подвергаются действию прегербицидов, поскольку их основная точка роста ускользает от обработки.
  • Послевсходовый период: эти гербициды применяют после того, как проростки сорняков прорастут через поверхность почвы. Они могут быть абсорбируемыми на листьях или корнях, селективными или неизбирательными, контактными или системными. Избегайте применения этих гербицидов во время дождя, поскольку их смывание с почвы делает его неэффективным. 2,4-D - это селективный, системный послевсходовый гербицид, абсорбирующийся на листьях.

Способ применения

  • Внесенная почва: гербициды, внесенные в почву, обычно поглощаются корнем или побегом прорастающих сеянцев и используются в качестве предпосадочной или предвсходовой обработки. Несколько факторов влияют на эффективность гербицидов, вносимых в почву. Сорняки поглощают гербициды как пассивными, так и активными способами. Адсорбция гербицида на почвенные коллоиды или органическое вещество часто снижает его количество, доступное для поглощения сорняками. Очень важно размещение гербицида в правильном слое почвы, что может быть достигнуто механически или с помощью дождя. Гербициды на поверхности почвы подвергаются нескольким процессам, которые снижают их доступность. Летучесть и фотолиз - два общих процесса, которые снижают доступность гербицидов. Многие гербициды, внесенные в почву, всасываются через побеги растений, пока они еще находятся под землей, что приводит к их гибели или травмам. EPTC и трифлуралин - гербициды, применяемые в почве.
  • Внекорневая подкормка: наносится на часть растения над землей и поглощается открытыми тканями. Как правило, это послевсходовые гербициды, которые могут либо перемещаться (системно) по всему растению, либо оставаться в определенном месте (контакт). Внешние барьеры растений, такие как кутикула , воск, клеточная стенка и т. Д., Влияют на абсорбцию и действие гербицидов. Глифосат, 2,4-D и дикамба представляют собой гербициды для внекорневого применения.

Упорство

  • Остаточная активность: описывается, что гербицид обладает низкой остаточной активностью, если он нейтрализуется в течение короткого времени применения (в течение нескольких недель или месяцев) - обычно это происходит из-за дождя или реакции в почве. Гербицид, обладающий высокой остаточной активностью, будет оставаться сильнодействующим в почве в течение длительного времени. Для некоторых соединений остаточная активность может оставлять землю почти навсегда бесплодной.

Механизм действия

Гербициды часто классифицируют в зависимости от места их действия, потому что, как правило, гербициды в пределах одного и того же класса действия вызывают аналогичные симптомы на чувствительных растениях. Классификация, основанная на месте действия гербицида, предпочтительнее, поскольку управление устойчивостью к гербицидам может осуществляться более эффективно. Классификация по механизму действия (MOA) указывает на первый фермент, белок или биохимический этап, на который влияет растение после нанесения.

Список механизмов, обнаруженных в современных гербицидах

Группа гербицидов (маркировка)

Одним из наиболее важных методов предотвращения, отсрочки или управления устойчивостью является снижение зависимости от одного способа действия гербицида. Для этого фермеры должны знать механизм действия гербицидов, которые они собираются использовать, но относительно сложный характер биохимии растений затрудняет определение этого. Были предприняты попытки упростить понимание механизма действия гербицидов путем разработки системы классификации, которая сгруппировала гербициды по способу действия. В конце концов Комитет по борьбе с гербицидами (HRAC) и Американское общество по изучению сорняков (WSSA) разработали систему классификации. Системы WSSA и HRAC различаются групповым обозначением. Группы в системах WSSA и HRAC обозначаются цифрами и буквами соответственно. Целью добавления «групповой» классификации и способа действия к этикетке гербицидного продукта является обеспечение простого и практичного подхода к доставке информации пользователям. Эта информация облегчит разработку последовательных и эффективных учебных материалов. Это должно повысить осведомленность пользователя о механизме действия гербицида и предоставить более точные рекомендации по управлению устойчивостью. Другая цель состоит в том, чтобы упростить пользователям учет того, какой гербицидный режим действия используется на определенном поле из года в год.

Химическая семья

Подробные исследования химической структуры активных ингредиентов зарегистрированных гербицидов показали, что некоторые фрагменты ( фрагмент является частью молекулы, которая может включать в себя целые функциональные группы или части функциональных групп в качестве подструктур; функциональная группа имеет аналогичные химические свойства, когда бы она ни встречалась в разных соединениях) имеют одинаковые механизмы действия. По данным Forouzesh et al . 2015, эти части были присвоены названиям химических семейств, а активные ингредиенты затем классифицированы в пределах химических семейств соответственно. Знание о группировке семейств гербицидов может служить краткосрочной стратегией управления устойчивостью к месту действия.

Использование и применение

Распыление гербицидов из распылителей трактора в Северной Дакоте.

Большинство гербицидов применяется в виде распылителей на водной основе с использованием наземного оборудования. Наземное оборудование различается по конструкции, но большие площади можно обрабатывать с помощью самоходных опрыскивателей, оснащенных длинными штангами, от 60 до 120 футов (от 18 до 37 м) с распылительными форсунками, расположенными через каждые 20–30 дюймов (510–760 мм) друг от друга. Также используются буксируемые, переносные и даже конные опрыскиватели. На больших территориях гербициды также могут иногда применяться с воздуха с помощью вертолетов или самолетов или через ирригационные системы (известные как химигация ).

Еще один метод внесения гербицидов, разработанный примерно в 2010 году, заключается в том, чтобы избавить почву от активного банка семян сорняков, а не просто убить сорняки. Этим можно успешно лечить однолетние растения, но не многолетние . Исследователи из Службы сельскохозяйственных исследований установлено , что применение гербицидов в полях поздно в сорняках вегетации значительно снижает их семян производства, и , следовательно , меньше сорняков вернется в следующем сезоне. Поскольку большинство сорняков являются однолетними, их семена могут выжить в почве только год или два, поэтому этот метод сможет уничтожить такие сорняки после нескольких лет применения гербицидов.

Также можно использовать очистку от сорняков, когда фитиль, смоченный гербицидом, подвешивают к штанге и тащат или перекатывают по верхушкам более высоких сорняков. Это позволяет обработку высоких сорняков пастбищных путем прямого контакта , не затрагивая родственными , но желательны короткие растения в пастбищах дернины под ним. Преимущество этого метода заключается в том, что он предотвращает снос распыления. В Уэльсе в 2015 году была запущена схема, предлагающая бесплатный прокат очистителей от сорняков, чтобы снизить уровни МПООПТ в водотоках .

Существует небольшая разница в лесоводстве на ранних стадиях роста, когда сходство высоты между растущими деревьями и выращиваемыми однолетними культурами создает аналогичную проблему с конкуренцией сорняков. Однако, в отличие от однолетних растений, после этого внесение в большинстве случаев не требуется и, таким образом, в основном используется для уменьшения задержки между производственными экономическими циклами лесных культур.

Неправильное и неправильное использование

Улетучивание гербицида или снос при распылении могут привести к поражению гербицидом соседних полей или растений, особенно в ветреную погоду. Иногда из-за ошибки опрыскивается неправильное поле или растения.

Используйте в политическом и военном отношении, а также в конфликтах

Дети-инвалиды во Вьетнаме , большинство из которых стали жертвами Agent Orange , 2004 г.

Хотя в гербицидной войне используются химические вещества , ее основная цель - нарушить производство сельскохозяйственных продуктов питания и / или уничтожить растения, которые служат прикрытием или укрытием для врага.

Во время чрезвычайной ситуации в Малайе Великобритания была первой страной, которая применила гербициды и дефолианты , чтобы лишить коммунистических повстанцев прикрытия и уничтожить продовольственные культуры в рамках кампании голода в начале 1950-х годов. Использование гербицидов в качестве химического оружия американскими военными во время войны во Вьетнаме оказало ощутимое долгосрочное воздействие на вьетнамский народ , живущий во Вьетнаме . Например, это привело к 3 миллионам вьетнамцев, страдающих проблемами со здоровьем, одному миллиону врожденных дефектов, непосредственно вызванным воздействием агента Orange , и к дефолиации 24% территории Вьетнама.

Воздействие на здоровье и окружающую среду

Гербициды обладают широко варьирующейся токсичностью в дополнение к острой токсичности, возникающей при быстром проглатывании значительного количества, и хронической токсичности, возникающей в результате воздействия окружающей среды и профессионального воздействия в течение длительных периодов времени. Многие подозрения общественности в отношении гербицидов вращаются вокруг путаницы между действительными утверждениями об острой токсичности и равнозначными утверждениями об отсутствии хронической токсичности при рекомендуемых уровнях использования. Например, хотя составы глифосата с адъювантами талловамина очень токсичны, их использование не коррелировало с какими-либо проблемами со здоровьем, такими как рак, в масштабном исследовании Министерства здравоохранения США с участием 90 000 членов фермерских семей в течение 23 лет. То есть исследование показывает отсутствие хронической токсичности, но не может подвергать сомнению острую токсичность гербицида.

Некоторые гербициды вызывают ряд последствий для здоровья, от кожной сыпи до смерти. Путь атаки может возникнуть в результате преднамеренного или непреднамеренного прямого потребления, неправильного применения, приводящего к прямому контакту гербицида с людьми или дикой природой, вдыхания аэрозольных баллончиков или потребления пищи до обозначенного интервала перед сбором урожая. В некоторых условиях некоторые гербициды могут переноситься вымыванием или поверхностным стоком, загрязняя грунтовые воды или удаленные источники поверхностных вод. Как правило, условия, способствующие переносу гербицидов, включают сильные штормы (особенно вскоре после внесения) и почвы с ограниченной способностью адсорбировать или удерживать гербициды. Свойства гербицида, повышающие вероятность переноса, включают стойкость (устойчивость к разложению) и высокую растворимость в воде.

Феноксигербициды часто загрязнены диоксинами, такими как TCDD ; исследования показали, что такое загрязнение приводит к небольшому увеличению риска рака после профессионального воздействия этих гербицидов. Воздействие триазина было связано с вероятной связью с повышенным риском рака груди , хотя причинно-следственная связь остается неясной.

Производители гербицидов иногда делают ложные или вводящие в заблуждение заявления о безопасности своей продукции. Производитель химикатов Monsanto Company согласился изменить свою рекламу после давления со стороны генерального прокурора Нью-Йорка Денниса Вакко ; Компания Vacco пожаловалась на вводящие в заблуждение утверждения о том, что ее гербициды на основе глифосата в виде спрея, включая Roundup, были безопаснее поваренной соли и «практически не токсичны» для млекопитающих, птиц и рыб (хотя трудно найти доказательства того, что это когда-либо говорилось) . Раундап токсичен и приводит к смерти после приема внутрь в количествах от 85 до 200 мл, хотя он также принимается в количестве до 500 мл с только легкими или умеренными симптомами. Производитель Tordon 101 ( Dow AgroSciences , принадлежит Dow Chemical Company ) заявил, что Tordon 101 не оказывает никакого воздействия на животных и насекомых, несмотря на доказательства сильной канцерогенной активности активного ингредиента, пиклорама , в исследованиях на крысах.

Было показано, что риск болезни Паркинсона возрастает при профессиональном воздействии гербицидов и пестицидов . Предполагается, что гербицид паракват является одним из таких факторов.

Все коммерчески продаваемые, органические и неорганические гербициды должны быть тщательно протестированы до утверждения для продажи и маркировки Агентством по охране окружающей среды . Однако из-за большого количества используемых гербицидов серьезная обеспокоенность по поводу воздействия на здоровье. Помимо воздействия на здоровье самих гербицидов, коммерческие смеси гербицидов часто содержат другие химические вещества, в том числе неактивные ингредиенты , которые оказывают негативное воздействие на здоровье человека.

Экологические эффекты

Коммерческое использование гербицидов, как правило, оказывает негативное воздействие на популяции птиц, хотя воздействие сильно варьируется и часто требует полевых исследований для точного прогнозирования. Лабораторные исследования иногда переоценивали негативное воздействие на птиц из-за токсичности, предсказывая серьезные проблемы, которые не наблюдались в полевых условиях. Большинство наблюдаемых эффектов вызвано не токсичностью, а изменениями среды обитания и уменьшением численности видов, от которых птицы полагаются в качестве пищи или убежища. Использование гербицидов в лесоводстве , используемых для стимулирования определенных типов роста после сплошных рубок , может привести к значительному сокращению популяций птиц. Даже когда используются гербициды, которые обладают низкой токсичностью для птиц, они уменьшают численность многих типов растительности, от которых зависят птицы. Использование гербицидов в сельском хозяйстве Великобритании связано с сокращением числа видов птиц, питающихся семенами, которые зависят от сорняков, уничтоженных гербицидами. Интенсивное использование гербицидов в неотропических сельскохозяйственных районах было одним из многих факторов, ограничивающих полезность таких сельскохозяйственных земель для зимующих перелетных птиц.

Использование гербицидов также может негативно сказаться на популяциях лягушек . Хотя некоторые исследования показали, что атразин может быть тератогеном , вызывающим демаскулинизацию у самцов лягушек, EPA и его независимая научная консультативная группа (SAP) изучили все доступные исследования по этой теме и пришли к выводу, что «атразин не оказывает отрицательного воздействия на развитие гонад амфибий. обзор лабораторных и полевых исследований ".

Научная неопределенность полной степени действия гербицидов

Воздействие многих гербицидов на здоровье и окружающую среду неизвестно, и даже научное сообщество часто не соглашается с риском. Например, 1995 панель 13 ученых , обзор исследований по канцерогенности из 2,4-Д разделил мнение о вероятности 2,4-Д вызывает рак у людей. По состоянию на 1992 г. исследований феноксигербицидов было слишком мало, чтобы точно оценить риск многих типов рака, вызванных этими гербицидами, хотя доказательства были более убедительными, что воздействие этих гербицидов связано с повышенным риском саркомы мягких тканей и неходжкинской лимфомы . Кроме того, есть некоторые предположения, что гербициды, такие как атразин , могут играть роль в изменении пола определенных организмов, которые определяют пол в зависимости от температуры , что теоретически может изменить соотношение полов.

Сопротивление

Устойчивость сорняков к гербицидам стала серьезной проблемой в растениеводстве во всем мире. Устойчивость к гербицидам часто объясняется отсутствием программ ротации гербицидов и постоянным применением гербицидов на одних и тех же участках действия. Таким образом, правильное понимание участков действия гербицидов необходимо для стратегического планирования борьбы с сорняками на основе гербицидов.

У растений выработалась устойчивость к атразину и ингибиторам БАС, а в последнее время и к гербицидам глифосата . Marestail - это сорняк, у которого выработалась устойчивость к глифосату. Устойчивые к глифосату сорняки присутствуют на подавляющем большинстве ферм по выращиванию сои, хлопка и кукурузы в некоторых штатах США. Распространяются сорняки, которые могут противостоять множеству других гербицидов. Немногие новые гербициды находятся на стадии коммерциализации, и ни один из них не обладает молекулярным механизмом действия, к которому нет устойчивости. Поскольку большинство гербицидов не могут уничтожить все сорняки, фермеры меняют посевы и гербициды, чтобы остановить развитие устойчивых сорняков. В первые годы своего существования глифосат не имел устойчивости и позволил фермерам сократить использование севооборота.

Семейство сорняков , которое включает waterhemp ( амарант Rudis ) является самым большим беспокойством. Обследование 144 популяций водяной конопли в 41 округе Миссури в 2008–2009 гг. Выявило устойчивость к глифосату у 69%. Сорняки с примерно 500 участков по всей Айове в 2011 и 2012 годах показали устойчивость к глифосату примерно в 64% образцов водяной конопли. Использование других убийц для борьбы с «остаточными» сорняками стало обычным явлением, и может быть достаточно, чтобы остановить распространение устойчивости. С 2005 по 2010 годы исследователи обнаружили 13 различных видов сорняков, у которых развилась устойчивость к глифосату. Но с тех пор было обнаружено только два. Растет число сорняков, устойчивых ко многим гербицидам с совершенно разными режимами биологического действия. В Миссури 43% образцов были устойчивы к двум разным гербицидам; 6% сопротивлялись троим; и 0,5% сопротивлялись четырем. В Айове 89% образцов водяной конопли устойчивы к двум или более гербицидам, 25% - к трем, а 10% - к пяти.

Для южного хлопка стоимость гербицидов выросла с 50 до 75 долларов за гектар несколько лет назад до примерно 370 долларов за гектар в 2013 году. Устойчивость способствует массовому отказу от выращивания хлопка; за последние несколько лет посевные площади под хлопком уменьшились на 70% в Арканзасе и на 60% в Теннесси. Стоимость сои в Иллинойсе выросла с 25 до 160 долларов за гектар.

По состоянию на 2013 год Dow AgroSciences , Bayer CropScience , Syngenta и Monsanto разрабатывали сорта семян, устойчивые к гербицидам, отличным от глифосата, что упростит для фермеров использование альтернативных убийц сорняков. Несмотря на то, что сорняки уже выработали некоторую устойчивость к этим гербицидам, Паулс говорит, что новые комбинации семян и гербицидов должны хорошо работать при правильном севообороте.

Биохимия устойчивости

Устойчивость к гербицидам может быть основана на одном из следующих биохимических механизмов:

  • Устойчивость к участку-мишени: это происходит из-за пониженной (или даже утраченной) способности гербицида связываться с целевым белком. Эффект обычно относится к ферменту, выполняющему решающую функцию в метаболическом пути, или к компоненту системы транспорта электронов . Устойчивость к участку-мишени также может быть вызвана сверхэкспрессией целевого фермента (посредством амплификации гена или изменений в промоторе гена ).
  • Устойчивость к нецелевым участкам: это вызвано механизмами, которые снижают количество гербицидного активного соединения, достигающего целевого участка. Одним из важных механизмов является усиленная метаболическая детоксикация гербицида в сорняках, что приводит к недостаточному количеству активного вещества, достигающего целевого участка. Снижение поглощения и транслокации или секвестрации гербицида также может привести к недостаточному транспорту гербицида к целевому участку.
  • Перекрестная устойчивость: в этом случае один механизм устойчивости вызывает устойчивость к нескольким гербицидам. Термин перекрестная резистентность к сайту-мишени используется, когда гербициды связываются с одним и тем же сайтом-мишенью, тогда как перекрестная резистентность нецелевого сайта обусловлена ​​единственным механизмом нецелевого сайта (например, усиленная метаболическая детоксикация), который влечет за собой устойчивость. среди гербицидов с разными участками действия.
  • Множественная устойчивость: в этой ситуации два или более механизма устойчивости присутствуют в отдельных растениях или в популяции растений.

Управление сопротивлением

Мировой опыт показывает, что фермеры, как правило, мало делают для предотвращения развития устойчивости к гербицидам и принимают меры только тогда, когда это проблема на их собственной ферме или у соседей. Тщательное наблюдение важно, чтобы можно было обнаружить любое снижение эффективности гербицида. Это может указывать на растущее сопротивление. Жизненно важно, чтобы сопротивление было обнаружено на ранней стадии, как если бы оно превратилось в острую проблему для всей фермы, варианты более ограничены, а большие расходы почти неизбежны. В таблице 1 перечислены факторы, позволяющие оценить риск резистентности. Важным условием подтверждения устойчивости является хороший диагностический тест. В идеале это должно быть быстрым, точным, дешевым и доступным. Было разработано множество диагностических тестов, включая тесты в тепличных горшках, тесты в чашках Петри и флуоресценцию хлорофилла. Ключевым компонентом таких тестов является то, что реакцию подозреваемой популяции на гербицид можно сравнить с ответом известных стандартов чувствительности и устойчивости в контролируемых условиях. Большинство случаев устойчивости к гербицидам является следствием многократного использования гербицидов, часто в сочетании с монокультурами сельскохозяйственных культур и ограниченными методами выращивания. Следовательно, необходимо изменить эти методы, чтобы предотвратить или отсрочить возникновение устойчивости или контролировать существующие устойчивые популяции. Ключевой целью должно быть снижение давления отбора. Требуется комплексный подход к борьбе с сорняками (IWM), при котором для борьбы с сорняками используется как можно больше тактик. Таким образом, гербициды будут меньше полагаться на гербициды и, следовательно, давление отбора следует снизить.

Оптимизация внесения гербицидов до экономического порогового уровня должна исключить ненужное использование гербицидов и снизить давление отбора. Гербициды следует использовать с максимальным потенциалом, обеспечивая оптимальные сроки, дозу, метод применения, почвенные и климатические условия для хорошей активности. В Великобритании с частично устойчивыми травяными сорняками, такими как Alopecurus myosuroides (черная трава) и род Avena (дикий овес), часто можно адекватно бороться, если гербициды применяются на стадии 2-3 листьев, тогда как более поздние применения на стадии 2-3 ростков могут плохо провалиться. Опрыскивание участков или нанесение гербицида только на сильно зараженные участки полей - еще одно средство сокращения общего использования гербицидов.

Агрономические факторы, влияющие на риск развития устойчивости к гербицидам
Фактор Низкий риск Высокий риск
Система посева Хорошая ротация Монокультура сельскохозяйственных культур
Система выращивания Ежегодная вспашка Непрерывная минимальная обработка почвы
Борьба с сорняками Только культурный Только гербицид
Использование гербицидов Множество способов действия Одиночные способы действия
Контроль в предыдущие годы Превосходно Бедных
Заражение сорняками Низкий Высокий
Сопротивление поблизости Неизвестный Общий

Подходы к борьбе с устойчивыми сорняками

Альтернативные гербициды

При первом подозрении или подтверждении устойчивости в первую очередь, вероятно, будет обращать внимание на эффективность альтернатив. Использование альтернативных гербицидов, которые остаются эффективными в отношении устойчивых популяций, может быть успешной стратегией, по крайней мере, в краткосрочной перспективе. Эффективность альтернативных гербицидов будет сильно зависеть от степени перекрестной устойчивости. Если есть устойчивость к одной группе гербицидов, то использование гербицидов из других групп может обеспечить простое и эффективное решение, по крайней мере, в краткосрочной перспективе. Например, со многими устойчивыми к триазину сорняками можно легко бороться с помощью альтернативных гербицидов, таких как дикамба или глифосат. Если устойчивость распространяется на более чем одну группу гербицидов, выбор будет более ограниченным. Не следует предполагать, что устойчивость будет автоматически распространяться на все гербициды с одинаковым механизмом действия, хотя разумно предполагать это, пока не будет доказано обратное. У многих сорняков степень перекрестной резистентности между пятью группами ингибиторов БАС значительно различается. Многое будет зависеть от имеющихся механизмов устойчивости, и не следует предполагать, что они обязательно будут одинаковыми в разных популяциях одного и того же вида. Эти различия обусловлены, по крайней мере частично, существованием различных мутаций, придающих устойчивость сайта-мишени. Следовательно, отбор на разные мутации может привести к разным моделям перекрестной устойчивости. Повышенный метаболизм может в разной степени влиять даже на близкородственные гербициды. Например, популяции Alopecurus myosuroides (черная трава) с усиленным механизмом метаболизма проявляют устойчивость к пендиметалину, но не к трифлуралину, несмотря на то, что оба являются динитроанилинами . Это связано с различиями в уязвимости этих двух гербицидов к окислительному метаболизму. Следовательно, при попытке предсказать эффективность альтернативных гербицидов необходимо проявлять осторожность.

Смеси и последовательности

Использование двух или более гербицидов, которые имеют разные механизмы действия, может уменьшить выбор устойчивых генотипов. В идеале каждый компонент смеси должен:

  • Будьте активны на разных целевых сайтах
  • Имеют высокий уровень эффективности
  • Детоксикация с помощью различных биохимических путей
  • Имеют аналогичную стойкость в почве (если это остаточный гербицид)
  • Оказывают отрицательную перекрестную резистентность
  • Синергизируйте активность другого компонента

Вероятно, ни одна смесь не будет обладать всеми этими атрибутами, но первые два из перечисленных являются наиболее важными. Существует риск того, что смеси будут выбирать по устойчивости к обоим компонентам в долгосрочной перспективе. Одним из практических преимуществ последовательностей двух гербицидов по сравнению со смесями является то, что возможна лучшая оценка эффективности каждого компонента гербицида при условии, что между каждым нанесением проходит достаточно времени. Недостатком последовательностей является то, что необходимо проводить два отдельных применения, и возможно, что последующее нанесение будет менее эффективным для сорняков, выживших после первого применения. Если они устойчивы, то второй гербицид в последовательности может повысить селекцию устойчивых особей, убивая восприимчивые растения, которые были повреждены, но не убиты при первом применении, но позволяя выживать более крупным, менее пораженным, устойчивым растениям. Это было названо одной из причин того, почему в последнее время в Шотландии (2000 г.) возникла устойчивая к БАС среда Stellaria , несмотря на регулярное использование последовательности, включающей мекопроп, гербицид с другим механизмом действия.

Чередование гербицидов

Ротация гербицидов из разных химических групп в последовательные годы должна снизить селекцию по устойчивости. Это ключевой элемент в большинстве программ профилактики резистентности. Ценность этого подхода зависит от степени перекрестной резистентности и от того, возникает ли множественная резистентность из-за наличия нескольких различных механизмов резистентности. Практической проблемой может быть неосведомленность фермеров о различных группах гербицидов, которые существуют. В Австралии была введена схема, в которой идентифицирующие буквы включаются на этикетку продукта как средство, позволяющее фермерам различать продукты с различными способами действия.

Практика ведения сельского хозяйства и сопротивление: тематическое исследование

Устойчивость к гербицидам стала критической проблемой в сельском хозяйстве Австралии после того, как в 1970-х годах многие австралийские овцеводы начали выращивать исключительно пшеницу на своих пастбищах. Представленные сорта райграса , хотя и подходят для выпаса овец, активно конкурируют с пшеницей. Райграс дает так много семян, что, если их не остановить, они могут полностью заглушить поле. Гербициды обеспечивали отличный контроль, уменьшая разрушение почвы из-за меньшей необходимости вспашки. Менее чем через десять лет у райграса и других сорняков появилась устойчивость. В ответ австралийские фермеры изменили методы. К 1983 году участки райграса стали невосприимчивыми к Hoegrass, семейству гербицидов, которые ингибируют фермент под названием ацетилкофермент карбоксилаза .

Популяции райграсса были большими и имели значительное генетическое разнообразие, потому что фермеры посадили множество разновидностей. Райграсс опыляется ветром, поэтому гены часто меняются. Чтобы контролировать его распространение, фермеры опрыскивали недорогой Hoegrass, создавая давление отбора . Кроме того, фермеры иногда разбавляли гербицид, чтобы сэкономить деньги, что позволяло некоторым растениям выжить после внесения. Когда появилась устойчивость, фермеры обратились к группе гербицидов, блокирующих ацетолактатсинтазу . И снова райграс в Австралии развил своего рода «перекрестную устойчивость», которая позволила ему быстро разрушать различные гербициды. Четыре класса гербицидов становятся неэффективными в течение нескольких лет. В 2013 году только два класса гербицидов, названные « Фотосистема II» и ингибиторы длинноцепочечных жирных кислот , были эффективны против райграса.

Список распространенных гербицидов

Химические гербициды

  • 2,4-D (2,4-дихлорфеноксиуксусная кислота ) представляет собой широколистный гербицид феноксигруппы, используемый при выращивании дерновых культур и при нулевой обработке почвы. Теперь он в основном используется в смеси с другими гербицидами, что позволяет использовать более низкие дозы гербицидов; это наиболее широко применяемый гербицид в мире и третий по частоте использования в Соединенных Штатах. Это пример синтетического ауксина (растительного гормона).
  • Аминопиралид - это широколиственный гербицид из группы пиридина, используемый для борьбы с сорняками на пастбищах, такими как доки, чертополох и крапива. Он известен своей способностью сохраняться в компосте.
  • Атразин , триазиновый гербицид, используется в кукурузе и сорго для борьбы с широколистными сорняками и травами. По-прежнему используется из-за своей низкой стоимости и из-за того, что он хорошо работает с широким спектром сорняков, распространенных в кукурузном поясе США, атразин обычно используется с другими гербицидами для снижения общего количества атразина и снижения вероятности загрязнения грунтовых вод; это ингибитор фотосистемы II.
  • Клопиралид - это широколиственный гербицид из группы пиридина, используемый в основном на газонах, пастбищах и для борьбы с ядовитым чертополохом. Известный своей способностью сохраняться в компосте, это еще один пример синтетического ауксина.
  • Дикамба , послевсходовый широколистный гербицид, обладающий некоторой почвенной активностью, используется на дерне и полевой кукурузе. Это еще один пример синтетического ауксина.
  • Глюфосинат аммония , контактный гербицид широкого спектра действия, используется для борьбы с сорняками после всходов урожая или для полного контроля над растительностью на земле, не используемой для выращивания.
  • Флуазифоп (Fuselade Forte), послевсходовый, абсорбируемый листвой, транслоцированный гербицид селективного действия на травах с незначительным остаточным действием. Он используется на очень широком спектре широколиственных культур для борьбы с однолетними и многолетними травами.
  • Флуроксипир , системный селективный гербицид, используется для борьбы с широколистными сорняками на мелкозерновых злаках, кукурузе, пастбищах, пастбищах и дерне. Это синтетический ауксин. При выращивании зерновых культур ключевое значение флуроксипира имеет в борьбе с тесаками, Galium aparine . Также ведется борьба с другими основными широколистными сорняками.
  • Глифосат , системный неселективный гербицид, используется для выжигания методом нулевой обработки почвы и для борьбы с сорняками в культурах, генетически модифицированных, чтобы противостоять его воздействию. Это пример ингибитора ВПСП.
  • Имазапир - неселективный гербицид, используемый для борьбы с широким спектром сорняков, включая наземные однолетние и многолетние травы и широколистные травы, древесные виды, а также прибрежные и новые водные виды.
  • Имазапик , селективный гербицид для пред- и послевсходовой борьбы с некоторыми однолетними и многолетними травами и некоторыми широколистными сорняками, убивает растения, подавляя выработку аминокислот с разветвленной цепью ( валин , лейцин и изолейцин ), которые необходимы для синтеза белка. и рост клеток.
  • Имазамокс , имидазолинон, производимый BASF для послевсходового применения, является ингибитором ацетолактатсинтазы (ALS). Продается под торговыми марками Raptor, Beyond и Clearcast.
  • Линурон - это неселективный гербицид, используемый для борьбы с травами и широколистными сорняками. Он работает, подавляя фотосинтез.
  • MCPA (2-метил-4-хлорфеноксиуксусная кислота) представляет собой феноксигербицид, селективный для широколистных растений и широко используемый в зерновых культурах и на пастбищах.
  • Метолахлор - это гербицид перед всходами, широко используемый для борьбы с однолетними травами кукурузы и сорго; он вытеснил часть атразина в этих применениях.
  • Паракват - это неселективный контактный гербицид, используемый для сжигания почвы при нулевой обработке почвы и для уничтожения с воздуха посевов марихуаны и коки. Он более токсичен для людей, чем любой другой широко распространенный коммерческий гербицид.
  • Пендиметалин , предвсходовой гербицид, широко используется для борьбы с однолетними травами и некоторыми широколистными сорняками в широком диапазоне сельскохозяйственных культур, включая кукурузу, сою, пшеницу, хлопок, многие деревья и виноградные культуры, а также многие виды дерновых трав.
  • Пиклорам , гербицид на основе пиридина, в основном используется для борьбы с нежелательными деревьями на пастбищах и краях полей. Это еще один синтетический ауксин.
  • Хлорат натрия (изъятый ​​из употребления / запрещенный в некоторых странах) , неселективный гербицид, считается фитотоксичным для всех частей зеленых растений. Он также может убить через абсорбцию корней.
  • Триклопир , системный гербицид для листвы из группы пиридина, используется для борьбы с широколистными сорняками, не затрагивая травы и хвойные деревья.
  • Некоторые сульфонилмочевины , в том числе флазасульфурон и метсульфурон-метил , действуют как ингибиторы БАС и в некоторых случаях поступают из почвы через корни.

Органические гербициды

В последнее время термин «органический» стал обозначать продукты, используемые в органическом земледелии . Согласно этому определению, органический гербицид - это гербицид, который можно использовать в фермерском хозяйстве, которое было классифицировано как органическое. В зависимости от области применения они могут быть менее эффективными, чем синтетические гербициды, и обычно используются вместе с культурными и механическими методами борьбы с сорняками .

К домашним органическим гербицидам относятся:

  • Кукурузная глютеновая мука (CGM) является естественным довсходовым средством борьбы с сорняками, используемым в газоне, которое снижает прорастание многих широколистных и злаковых сорняков.
  • Уксус эффективен для 5–20% -ных растворов уксусной кислоты, при этом наиболее эффективны более высокие концентрации, но он в основном разрушает поверхностный рост, поэтому для лечения отрастания необходимо повторное опрыскивание. Устойчивые растения обычно гибнут, если их ослабить повторным опрыскиванием.
  • Пар применялся в коммерческих целях, но в настоящее время считается неэкономичным и неадекватным. Он контролирует поверхностный рост, но не подземный рост, поэтому для лечения отрастания многолетних растений необходима повторная обработка.
  • Пламя считается более эффективным, чем пар, но страдает теми же трудностями.
  • D- лимонен ( цитрусовое масло) - натуральное обезжиривающее средство, которое очищает восковую кожу или кутикулу от сорняков, вызывая обезвоживание и, в конечном итоге, смерть.
  • Соленая вода или соль, нанесенная на корневую зону с соответствующей концентрацией, убьет большинство растений.

Исторический интерес и другие

  • 2,4,5-Трихлорфеноксиуксусная кислота (2,4,5-Т) была широко используемым широколистным гербицидом, пока ее использование не прекратилось в конце 1970-х годов. В то время как 2,4,5-Т сам по себе обладает лишь умеренной токсичностью, процесс производства 2,4,5-Т загрязняет это химическое вещество следовыми количествами 2,3,7,8-тетрахлордибензо-п-диоксина (ТХДД). TCDD чрезвычайно токсичен для человека. При надлежащем контроле температуры во время производства 2,4,5-T уровни TCDD могут поддерживаться на уровне примерно 0,005 ppm. До того, как риск TCDD был хорошо понят, на ранних производственных предприятиях не было надлежащего контроля температуры. В отдельных партиях, протестированных позже, было обнаружено, что в них содержится до 60 частей на миллион ТХДД. 2,4,5-Т был изъят из употребления в США в 1983 году, когда общественность стала проявлять повышенную чувствительность к химическим опасностям в окружающей среде. Общественная обеспокоенность по поводу диоксинов была высокой, а производство и использование других (негербицидных) химикатов, потенциально содержащих загрязнение ТХДД, также было прекращено. К ним относятся пентахлорфенол (консервант для древесины) и ПХД (в основном используемые в качестве стабилизаторов в трансформаторном масле). 2,4,5-Т с тех пор в значительной степени заменен дикамбой и триклопиром .
  • Agent Orange - смесь гербицидов, которую использовали британские военные во время чрезвычайной ситуации в Малайзии и военные США во время войны во Вьетнаме с января 1965 года по апрель 1970 года в качестве дефолианта. Это была смесь 50/50 н- бутиловых эфиров 2,4,5-Т и 2,4-Д. Из-за загрязнения ТХДД компонентом 2,4,5-Т он был причиной серьезных заболеваний у многих людей, подвергшихся его воздействию.
  • Известно, что дизельное топливо и другие производные тяжелой нефти иногда неофициально используются, но обычно запрещены для этой цели.

Смотрите также

использованная литература

дальнейшее чтение

внешние ссылки

Общая информация
Нормативная политика