Гербицид

"Weedkiller" перенаправляет здесь. Для альбома Ashnikko см. Weedkiller (альбом) .

Поле после применения гербицида

Сорняки контролируются гербицидом

Гербициды ( США : / ˈ ɜːr b ɪ s aɪ d z / , Великобритания : / ˈ H ɜːr - / ), также известная как убийцы сорняков , являются веществами, используемыми для контроля нежелательных растений , также известных как сорняки . Селективные гербициды контролируют специфические виды сорняков, оставляя желаемую культуру относительно невредимым, в то время как не селективные гербициды (иногда называемые «общими убийцами») убивают растения без разбора. Комбинированные эффекты гербицидов, азотных удобрений и улучшенных сортов увеличивают урожайность (на акр) основных культур в 3 раза до 6x с 1900 по 2000 год.

В Соединенных Штатах в 2012 году около 91% всего использования гербицидов, определяемое применением веса, было в сельском хозяйстве. В 2012 году мировые расходы на пестициды составили почти 24,7 миллиарда долларов; Гербициды составляли около 44% этих продаж и представляли собой самую большую часть, за которой следуют инсектициды , фунгициды и фумиганты . Гербицид также используется в лесном хозяйстве, Если было обнаружено, что определенные составы подавляют сорта лиственных пород в пользу хвойных деревьев после очистки , а также системы пастбищ.

История

Перед широким использованием гербицидов культурные контроли , такие как изменение рН почвы , соленость или уровни фертильности, использовались для контроля сорняков. Механический контроль , включая обработку почвы и наводнения, также использовались для контроля сорняков. В конце 19 -го и начале 20 -го веков неорганические химические вещества, такие как серная кислота , мышьяк, медные соли, керосин и хлорат натрия , использовались для борьбы с сорняками, но эти химические вещества были либо токсическими, легковоспламеняющимися или коррозионными и были дорогими и неэффективными при контролирующих сорняках.

Первые гербициды

2,4-D , первый селективный химический гербицид, был обнаружен во время Второй мировой войны .

Основные прорывы произошли во время Второй мировой войны в результате исследования, проведенных независимо в Соединенном Королевстве и Соединенных Штатах, в отношении потенциального использования гербицидов в войне . Соединение 2,4-D было сначала синтезировано WG Templeman в Imperial Chemical Industries . В 1940 году его работа с индоолеаковой кислотой и нафтальенекаковой кислотой указывала на то, что «применяемые надлежащим образом вещества роста будут убивать определенные широколистые сорняки в злаках, не нанося вреда культурам». Хотя эти вещества были слишком дорогими и слишком недолгими в почве из-за деградации микроорганизмами , чтобы иметь практическое использование в сельском хозяйстве; К 1941 году его команде удалось синтезировать широкий спектр химических веществ, чтобы достичь того же эффекта при более низких затратах и ​​лучшей эффективности, в том числе 2,4-D. В том же году Р. Покорни в США также достиг. Независимо от команды под руководством Иуды Хирш Квастел , работающая на экспериментальной станции Ротамстеда, сделала то же открытие. Квастел был поручен Советом по сельскохозяйственным исследованиям (ARC), чтобы обнаружить методы повышения урожая. Анализируя почву как динамическую систему, а не инертное вещество, он смог применить такие методы, как перфузия . Квастел смог количественно оценить влияние различных гормонов растений , ингибиторов и других химических веществ на активность микроорганизмов в почве и оценить их прямое влияние на рост растений . В то время как полная работа подразделения оставалась в секрете, некоторые открытия были разработаны для коммерческого использования после войны, включая 2,4-D.

Когда 2,4-D был коммерчески выпущен в 1946 году, он стал первым успешным селективным гербицидом, вызвав мировую революцию в сельскохозяйственном производстве. Это позволило значительно улучшить контроль сорняков в пшенице , кукурузе (кукуруза), риса и аналогичных зерновых травяных культур, потому что он убивает дикоты (широкие растения), но не большинство монокотов (травы). Низкая стоимость 2,4-D привела к продолжению использования сегодня, и это остается одним из наиболее часто используемых гербицидов в мире. Как и другие кислотные гербициды, текущие составы используют либо аминную соль (часто триметиламин ), либо один из многих эфиров родительского соединения.

Дальнейшие открытия

Семейство триазинов гербицидов, которое включает в себя атразин , была введена в 1950 -х годах; Они имеют нынешнее различие в том, чтобы быть семью гербицидов, которая является наибольшей заботой о загрязнении подземных вод . Атразин не легко ломается (в течение нескольких недель) после того, как наносится к почвам выше-нейтрального pH . В щелочных условиях почвы атразин может переносить в профиль почвы до стола воды почвой водой после осадков, вызывая вышеупомянутое загрязнение. Таким образом, атразин имеет «перенос», в целом нежелательное свойство для гербицидов.

Глифосат был впервые подготовлен в 1950 -х годах, но его гербицидная активность была признана только в 1960 -х годах. Он был продан как Roundup в 1971 году. Развитие глифосат-резистентных сельскохозяйственных растений, в настоящее время очень широко используется для селективного контроля сорняков в выращивании сельскохозяйственных культур. Сочетание гербицида с устойчивыми семенами способствовало консолидации индустрии семян и химии в конце 1990 -х годов.

Многие современные гербициды, используемые в сельском хозяйстве и садоводстве , специально разработаны для разложения в течение короткого периода времени после подачи заявления.

Терминология

Гербициды могут быть классифицированы/сгруппированы по -разному; Например, в соответствии с их деятельностью время применения, метод применения, механизм их действия и их химические структуры.

Селективность

Химическая структура гербицида имеет первичное влияние на эффективность. 2,4-D, Mecoprop и Dicamba контролируют многие широколистные сорняки, но остаются неэффективными в отношении газонных трав.

Химические добавки влияют на селективность. Сервант -активные вещества изменяют физические свойства раствора распыления и общую фитотоксичность гербицида, увеличивая транслокацию. Гербициды Safeners повышают селективность за счет повышения устойчивости к гербицидам урожаем, но позволяя гербициду повредить сорняки.

Селективность определяется обстоятельствами и техникой применения. Климатические факторы влияют на поглощение, включая влажность , свет, осадки и температуру. Гербициды, нанесенные листвой, будут более легко попасть в лист при высокой влажности, удлиняя время сушки капли распыления и увеличивая гидратацию кутикулы. Свет высокой интенсивности может разрушить некоторые гербициды и привести к загущению листовой кутикулы, что может мешать поглощению. Осадки могут смыть или удалить некоторые гербициды, применяемые листвами, но это увеличит поглощение корней гербицидов, приложенных к почве. Растения, испытывающие стресс, с меньшей вероятностью перемещают гербициды. По мере повышения температуры производительность гербицидов может уменьшаться. Поглощение и транслокация могут быть уменьшены в очень холодную погоду.

Не селективные гербициды

Не селективные гербициды, обычно известные как дефолианты , используются для очистки промышленных площадок, отходов, железных дорог и железнодорожных набережных. Паракват , глюфозинат и глифосат являются не селективными гербицидами.

Время применения

• Предварительно : гербициды представляют собой неселективные гербициды, нанесенные на почву перед посадкой. Некоторые гербициды с подготовкой могут быть механически включены в почву. Целью включения является предотвращение рассеивания посредством фотодепсуализации и/или волатильности . Гербициды убивают сорняки, когда они растут через зону, обработанную гербицидом. Летучие гербициды должны быть включены в почву перед посадкой пастбища. Посевы, выращенные в почве, обработанных с помощью гербицида с подготовкой, включают помидоры, кукурузу, сою и клубнику. Фумиганты почвы, такие как метам-сидиум и Dazomet, используются в качестве гербицидов.
• Предварительная добыча : гербициды до переемки наносятся до того, как саженцы сорняков появятся через поверхность почвы. Гербициды не препятствуют прорастанию сорняков, но они убивают сорняки по мере того, как они растут через зону, обработанную гербицидом, затронув деление клеток в появляющемся проростке. Дитиопир и Пендиметалин являются гербицидами до передемения. На сорняки, которые уже появились до применения или активации, не влияют до-сербициды, поскольку их первичная точка выращивания ускользает от лечения.
• Постемерсия : эти гербициды наносятся после того, как саженцы сорняков появляются через поверхность почвы. Они могут быть листы или поглощены корнем, селективным или неселективным, и контактным или системным. Применение этих гербицидов избегается во время дождя, так как вымывание из почвы делает его неэффективным. 2,4-D является селективным, системным, поглощенным лидированием гербицидам.

Метод применения

• Применяется почва : гербициды, применяемые к почве, обычно поднимаются корнем или побегом появляющихся саженцев и используются в качестве преобразования или обработки с предварительной обработкой. Несколько факторов влияют на эффективность гербицидов, приложенных к почве. Сорняки поглощают гербициды как пассивными, так и активными механизмами. Адсорбция гербицидов для коллоидов почвы или органического вещества часто уменьшает количество, доступное для поглощения сорняков. Позиционирование гербицида в правильном слое почвы очень важно, что можно достичь механически и дождя. Гербициды на поверхности почвы подвергаются нескольким процессам, которые снижают их доступность. Волатильность и фотолиз - это два распространенных процесса, которые снижают доступность гербицидов. Многие гербициды, приложенные на почву, поглощаются через растительные побеги, в то время как они все еще находятся под землей, ведущие к их смерти или травме. EPTC и Triflururin -это гербициды, приложенные на почву.
• Применяемый лист : они применяются к части растения над землей и поглощаются открытыми тканями. Как правило, это гербициды для последовательности и могут быть либо перемещены (системными) по всему растению, либо оставаться на определенном месте (контакт). Внешние барьеры растений, таких как кутикулы , воски, клеточные стенки и т. Д., Влияют поглощение и действие гербицидов. Глифосат, 2,4-D и Дикамба-это прилагаемые листы гербициды.

Упорство

Гербицид описывается как имеет низкую остаточную активность, если он нейтрализован в течение короткого времени после применения (в течение нескольких недель или месяцев) - обычно это связано с количеством осадков или реакциями в почве. Гербицид, описанный как обладающий высокой остаточной активностью, останется мощным в течение длительного времени в почве. Для некоторых соединений остаточная активность может оставить землю почти навсегда бесплодной.

Механизм действия

Гербициды, классифицированные по их механизму действий

Гербициды мешают биохимическому оборудованию, который поддерживает рост растений. Гербициды часто имитируют природные растительные гормоны , ферментные субстраты и кофакторы . Они мешают метаболизму в целевых растениях. Гербициды часто классифицируются в соответствии с их местом действия, потому что, как правило, гербициды в одном и том же месте действия дают сходные симптомы на восприимчивых растениях. Классификация, основанная на месте действия гербицида, предпочтительнее, поскольку управление устойчивостью к гербицидам может быть более эффективно обрабатываться. Классификация по механизму действия (MOA) указывает на первый фермент, белок или биохимический этап, затронутый на растении после применения:

• Ингибиторы ACCASE : ацетил -коэнзимент А карбоксилаза (ACCASE) является частью первой стадии синтеза липидов . Таким образом, ингибиторы ACCASE влияют на выработку клеточных мембраны в меристемах травяного растения. Акципсы трав чувствительны к этим гербицидам, в то время как уступки растений дикота не являются.
• Ингибиторы ALS : ацетолактат-синтаза (ALS; также известная как ацетогидроксисинтаза, или AHAS), является частью первого этапа синтеза аминокислот разветвленной цепи ( валин , лейциновый и изолецин ). Эти гербициды медленно голодают затронутыми растениями этих аминокислот , что в конечном итоге приводит к ингибированию синтеза ДНК . Они влияют как на травы, так и дикоты. Семейство ингибиторов ALS включает в себя различные сульфонилюреазы (SUS) (такие как флазасульфурон и метсульфурон-метил ), имидазолиноны (IMIS), триазолопиримидины (TPS), пиримидиниловые оксибензоты (POBS) и сульфониламино-карбонил триазолиноны (SCTS). Биологический путь ALS существует только у растений и микроорганизмов (но не животных), что делает ингибиторы ALS среди самых безопасных гербицидов.
• Ингибиторы EPSPS : Enolpyruvylshikimate 3-фосфат-синтаза (EPSP) используется в синтезе аминокислот триптофан , фенилаланин и тирозин . Они влияют как на травы, так и дикоты. Глифосат (обзор) - это системный ингибитор EPSPS, инактивированный контактом почвы.
• Ауксин -подобные гербициды : открытие синтетических ауксинов открыло эпоху органических гербицидов. Они были обнаружены в 1940 -х годах после долгого изучения регулятора роста растений. Синтетические ауксины каким -то образом имитируют этот гормон растения. Они имеют несколько точек действия на клеточной мембране и эффективны в контроле растений DICOT. 2,4-D , 2,4,5-T и аминопиралид являются примерами синтетических ауксин-гербицидов.
• фотосистемы II Ингибиторы уменьшают поток электронов от воды в NADP ⁺ На фотохимическом шаге фотосинтеза . Они связываются с сайтом QB на белке D1 и предотвращают связывание хинона с этим сайтом. Следовательно, эта группа соединений заставляет электроны накапливаться на хлорофилла молекулах . Как следствие, возникают реакции окисления , превышающие те, которые обычно переносятся клеткой, убивая растение. Гербициды триазина (включая симазин , цианазин , атразин ) и производные мочевины ( диурон ) являются ингибиторами фотосистемы II. Другими членами этого класса являются хлорбромурон, пиразон, изопротурон, бромацил и тербацил.
• Ингибиторы фотосистемы I крадут электроны из ферредоксинов , в частности, нормальный путь через FES к FDX к NADP ⁺ , приводя к прямому разряду электронов на кислороде. В результате образуются реактивные формы кислорода , а реакции окисления превышают те, которые обычно переносятся клеткой, что приводит к гибели растений. Бипиридиниевые гербициды (такие как дикват и паракват ) ингибируют FES на стадию FDX этой цепи, в то время как дифенил -эфирные гербициды (такие как нитрофен , нитрорфен и ацифлуорфен ) ингибируют FDX для NADP и NADP. ⁺ шаг.
• Ингибиторы HPPD ингибируют 4-гидроксифенилпируват диоксигеназу , которые участвуют в разрушении тирозина . Продукты расщепления тирозина используются растениями для изготовления каротиноидов , которые защищают хлорофилл у растений от разрушения солнечным светом. Если это произойдет, растения становятся белыми из -за полной потери хлорофилла, и растения умирают. Мезотрион и сулькотрион - гербициды в этом классе; Препарат, нититинон , был обнаружен в процессе развития этого класса гербицидов.

Дополнительные к механизмы классификации, гербициды часто классифицируются в соответствии с их химическими структурами или мотивами. Подобные структурные типы работают аналогичным образом. Например, арилоксфеноксипропионаты гербициды ( диклопоп хлоразифоп , флуазифоп ), по -видимому, действуют как ингибиторы Accase. Так называемые гербициды циклогексанедиона, которые используются против трав, включают в себя следующие коммерческие продукты циклоксидим , клетодим , трикоксидим , бутуксидим , сетоксидим , профиксидим и мезотрион . Знание о гербицидах химической группировке семьи служит краткосрочной стратегией для управления сопротивлением участку действий. Феноксиксусная кислота имитирует натуральную ауксин -индолеаковую кислоту (IAA). Эта семья включает в себя MCPA , 2,4-D и 2,4,5-T , Picloram , Dicamba , Clopyralid и Triclopyr .

Классификация WSSA и HRAC

Используя системы Устойчивости Научного общества сорняков (WSSA), а также систем устойчивости к гербицидам и мировым зернам (HRAC), гербициды классифицируются по способу действий. В конце концов Комитет по действию по устойчивости к гербицидам (HRAC) и Научное общество сорняков Америки (WSSA) разработал систему классификации. Группы в WSSA и системах HRAC обозначены числами и письмами, информируют пользователи, осознанные о режиме действий гербицида и дают более точные рекомендации для управления сопротивлением.

Использовать и применение

Дополнительная информация: применение пестицидов

Гербициды распыляются с брызг на тракторе в Северной Дакоте.

Большинство гербицидов наносятся в качестве брызг на водной основе с использованием наземного оборудования. Наземное оборудование варьируется в зависимости от дизайна, но большие площади можно опрыскиваться с использованием самоходных опрыскивателей , оснащенных длинными бумами, от 60 до 120 футов (от 18 до 37 м) с распылительными соплами, расположенными каждые 20–30 дюймов (510–760 мм) друг от друга. Также используются буксируемые, портативные и даже конные распылители. На больших областях гербициды также могут иногда применяться в воздухе с использованием вертолетов или самолетов или через ирригационные системы (известные как химига ).

Также можно использовать сорняки, когда фитиль смачивается гербицидом, подвешивается от бума и перетаскивается или катится по верхам более высоких растений сорняков. Это позволяет обрабатывать более высокие пастбищные сорняки путем прямого контакта, не влияя на связанные, но желательные более короткие растения в пастбище . Метод имеет преимущество в том, чтобы избежать дрейфа спрея. В Уэльсе в 2015 году была запущена схема, предлагающая бесплатный прокат сорняков сорняков с целью снижения уровня MCPA на водных курсах.

существует небольшая разница в лесном хозяйстве На ранних стадиях роста , когда сходство роста между растущими деревьями и растущей годовой культурной культурой дает аналогичную проблему с конкуренцией сорняков. Однако, в отличие от годовых, применение в основном ненужнее после этого и, таким образом, в основном используется для снижения задержки между продуктивными экономическими циклами пиломатериалов.

Неправильное использование и неправильное применение

Улечений гербицидов или дрейф распыления могут привести к тому, что гербициды, влияющие на соседние поля или растения, особенно в ветреных условиях. Иногда неверное поле или растения могут быть распылены из -за ошибки.

Используйте политическое, военное и в конфликте

Основные статьи: радужный гербицид и гербицидная война

Дети с ограниченными возможностями во Вьетнаме , большинство из которых жертвы агента Orange , 2004

Хотя гербицидная война использует химические вещества , ее основной целью является нарушение производства сельскохозяйственных продуктов питания или уничтожить растения, которые обеспечивают покров или сокрытие для врага. Во время малайской чрезвычайной ситуации в малазийской сельской местности , британские силы Содружества развернули гербициды и дефолианты чтобы лишить повстанцев национальной армии национальной освободительной армии (MNLA), потенциальных источников пищи и вымыть их из джунглей. Развертывание гербицидов и дефолиантов служило двойной цели прореживания троп джунглей, чтобы предотвратить засады и уничтожать поля урожая в регионах, где MNLA активно лишала их потенциальных источников пищи. В рамках этого процесса гербициды и дефолианты были также опрыскиваны с Королевских ВВС . самолетов

Использование гербицидов в качестве химического оружия военных США во время войны во Вьетнаме оставило осязаемые долгосрочные воздействия на вьетнамский народ и солдаты США, которые обращались с химическими веществами. Более 20% лесов Южного Вьетнама и 3,2% ее культивируемой земли были распылены, по крайней мере, один раз между войной. Правительство Вьетнама заявляет, что до четырех миллионов человек во Вьетнаме подвергались дефолианту, и до трех миллионов человек пострадали из -за агента Оранж, В то время как Общество Красного Креста Вьетнам оценивает, что до одного миллиона человек были инвалидом или имеют проблемы со здоровьем в результате воздействия агента Orange. Правительство Соединенных Штатов назвало эти цифры ненадежными.

Влияние на здоровье и окружающая среда

См. Также: Эффект от пестицидов на окружающую среду и воздействие на здоровье пестицидов

Здоровье человека

В целом, существует много вопросов о влиянии многих гербицидов на здоровье и окружающую среду из -за большого количества гербицидов и множества потенциальных целей, в основном непреднамеренных. Например, группа из 13 ученых, проведенных в 1995 году, в рассмотрении исследований канцерогенности 2,4 - D имела разделение мнений на вероятность 2,4-D вызывает рак у людей. По состоянию на 1992 Исследования фенокси-гербицидов были слишком мало, чтобы точно оценить риск многих видов рака из этих гербицидов, даже несмотря на то, что доказательства были сильнее, что воздействие этих гербицидов связано с повышенным риском саркомы мягких тканей и неходжкинской лимфомы .

Гербициды имеют широко изменчивую токсичность в дополнение к острой токсичности , возникающей в результате быстрого приема значительного количества, и хронической токсичности , возникающей в результате экологического и профессионального воздействия в течение длительных периодов. Большое общественное подозрение на гербициды вращается вокруг путаницы между действительными заявлениями о острой токсичности, а не одинаково достоверным утверждениям отсутствия хронической токсичности на рекомендуемых уровнях использования. Например, в то время как составы глифосата с адъювантами талловамина остро токсичны, было обнаружено, что их использование не коррелировано с любыми проблемами со здоровьем, такими как рак в массовом исследовании Министерства здравоохранения США 90 000 членов фермерских семей в течение более 23 лет. То есть исследование показывает отсутствие хронической токсичности, но не может подвергать сомнению острой токсичности гербицида.

Некоторые гербициды вызывают ряд последствий для здоровья, начиная от кожной сыпи до смерти. Путь атаки может возникнуть в результате преднамеренного или непреднамеренного прямого потребления, ненадлежащего применения, приводящего к гербицидам, вступившим в прямой контакт с людьми или дикой природой, вдыхание воздушных спреев или потребление пищи до маркированного интервала перед предварительным тестированием. В некоторых условиях определенные гербициды могут быть транспортированы через выщелачивание или поверхностное сток, чтобы загрязнять подземные воды или отдаленные источники поверхности. Как правило, условия, способствующие транспортировке гербицидов, включают интенсивные штормовые явления (особенно вскоре после применения) и почвы с ограниченной способностью к адсорбированию или удержанию гербицидов. Гербицидные свойства, которые увеличивают вероятность транспорта, включают в себя устойчивость (сопротивление деградации) и высокую растворимость воды.

Сообщалось о случаях, где фенокси -гербициды загрязнены диоксинами, такими как TCDD ; Исследования показали, что такое загрязнение приводит к небольшому росту риска рака после профессионального воздействия этих гербицидов. Воздействие триазина было вовлечено в вероятную связь с повышенным риском рака молочной железы , хотя причинно -следственная связь остается неясной.

Производители гербицидов порой делали ложные или вводящие в заблуждение заявления о безопасности своей продукции. Производитель химических веществ Monsanto Company согласилась изменить свою рекламу после давления со стороны генерального прокурора Нью -Йорка Денниса Вакко ; Vacco пожаловался на вводящие в заблуждение заявления о том, что его гербициды на основе глифосата, в том числе Раундап, были более безопасными, чем столовая соль, и «практически нетоксичными» для млекопитающих, птиц и рыбы (хотя доказательства того, что об этом когда-либо было сказано, трудно найти) Полем Roundup является токсичным и привел к гибели после проглатывания в количествах в диапазоне от 85 до 200 мл, хотя он также принимал в количествах 500 мл с лишь легкими или умеренными симптомами. Производитель Tordon 101 ( Dow Agrosciences , принадлежащий Dow Chemical Company ), утверждал, что Tordon 101 не влияет на животных и насекомых, несмотря на признаки сильной канцерогенной активности активного ингредиента, Picloram , в исследованиях на крысах.

Экологические последствия

Использование гербицидов, как правило, оказывает негативное влияние на многие аспекты окружающей среды. Насекомые, нецелевые растения, животные и водные системы подвержены серьезным повреждениям гербицидов. Воздействия сильно варьируются.

Водная жизнь

Атразин часто обвиняют в влиянии репродуктивного поведения водной жизни, но данные не подтверждают это утверждение.

Популяции птиц

Популяции птиц являются одним из многих показателей повреждения гербицидов. Наиболее наблюдаемые эффекты не связаны с токсичностью, но для изменений среды обитания и уменьшения численности видов, на которые птицы полагаются на пищу или укрытие. Использование гербицидов в силвикультуре , используемое в благоприятии определенных типов роста после очистки , может вызвать значительные падения популяций птиц. Даже когда используются гербициды, которые имеют низкую токсичность для птиц, они уменьшают изобилие многих типов растительности, на которые полагаются птицы. Использование гербицидов в сельском хозяйстве в Великобритании было связано с снижением видов птиц, питающихся, которые полагаются на сорняки, убитые гербицидами. Тяжелое использование гербицидов в неотропических сельскохозяйственных районах было одним из многих факторов, связанных с ограничением полезности таких сельскохозяйственных земель для зимних перелетных птиц.

Сопротивление

Одним из серьезных осложнений использования гербицидов для контроля сорняков является способность растений развивать устойчивость к гербицидам , что делает гербициды неэффективными в отношении целевых растений. Из 31 известных гербицидных способов действия сорняки эволюционировали устойчивость к 21. 268 видов растений, как известно, эволюционировали устойчивость к гербицидам, по крайней мере, один раз. Устойчивость к гербицидам впервые наблюдалась в 1957 году, и с тех пор неоднократно развивалась у видов сорняков из 30 семей по всему миру. Сопротивление сорняков гербицидам стало серьезной проблемой в производстве сельскохозяйственных культур во всем мире.

Сопротивление гербицидам часто объясняется чрезмерным использованием, а также сильным эволюционным давлением на пораженные сорняки. Три сельскохозяйственных практики объясняют эволюционное давление на сорняки для развития сопротивления: монокультура , пренебрежение неербицидными практиками борьбы с сорняками и зависимость от одного гербицида для борьбы с сорняками. Чтобы минимизировать сопротивление, программы ротации применения гербицидов, где используются гербициды с несколькими способами действия, широко продвигаются. В частности, устойчивость к глифосату быстро развивалась отчасти, потому что, когда началось использование глифосата , на нее постоянно и сильно полагалось на контроль сорняков. Это вызвало невероятно сильное селективное давление на сорняки, поощряя мутации, придающие устойчивость к глифосату сохранять и распространяться.

Однако в 2015 году экспансивное исследование показало увеличение устойчивости к гербицидам в результате вращения, а вместо этого рекомендовало смешать несколько гербицидов для одновременного применения. По состоянию на 2023 год также подвергается сомнению эффективность комбинирования гербицидов, особенно в свете роста нецелевого сопротивления участка.

Растения развивали устойчивость к атразину и ингибиторам ALS относительно рано, но в последнее время устойчивость к глифосату резко возросла. Marestail - это одна из сорняков, которая разработала устойчивость к глифосату. Устойчивые к глифосату сорняки присутствуют в подавляющем большинстве соевых, хлопковых и кукурузных ферм в некоторых штатах США. Сорняки, которые могут противостоять нескольким другим гербицидам, распространяются. Немногие новые гербициды находятся вблизи коммерциализации, и ни один с молекулярным способом действия, для которого нет никакого сопротивления. Поскольку большинство гербицидов не могли убить все сорняки, фермеры вращают культуры и гербициды, чтобы остановить развитие устойчивых сорняков.

Обследование 2008–2009 гг. 144 популяции Waterhemp в 41 округах Миссури выявило устойчивость к глифосату в 69%. Сорняки из примерно 500 участков по всему Айове в 2011 и 2012 годах выявили устойчивость к глифосату примерно в 64% образцов воды. По состоянию на 2023 год у 58 видов сорняков развились устойчивость к глифосату. Сорняки, устойчивые к множественным гербицидам с совершенно разными способами биологического действия, находятся на подъеме. В Миссури 43% образцов водопровода были устойчивы к двум различным гербицидам; 6% сопротивлялись три; и 0,5% сопротивлялись четырем. В Айове 89% образцов воды сопротивляются двум или более гербицидам, 25% сопротивляются три и 10% сопротивляются пять.

По состоянию на 2023 год появился Палмер Амарант с сопротивлением шести различным режимам действия. Ежегодный блюграсс, собранной с поля для гольфа в штате Теннесси в США, был обнаружен в 2020 году, чтобы он был устойчив к семи гербицидам одновременно. Жесткий риграс и годовой блюграсс разделяют различие видов с подтвержденной устойчивостью к наибольшему количеству гербицидов -режимов действия, как с подтвержденным сопротивлением 12 различным способам действия; Тем не менее, это число ссылается на то, сколько форм устойчивости к гербицидам, как известно, появилось у этого вида в какой -то момент, а не сколько было найдено одновременно на одном растении.

В 2015 году Monsanto выпустила сорта семян сельскохозяйственных культур, устойчивые как к дикамбе, так и глифосату, что позволило использовать большее разнообразие гербицидов на полях, не нанося вреда сельскому хозяйству. К 2020 году, через пять лет после освобождения устойчивого к дикамбе семян, первый пример устойчивого к дикамбе Палмер Амарант был найден в одном месте.

Эволюционные идеи

Когда мутации происходят в генах, ответственных за биологические механизмы, с которыми мешают гербициды, эти мутации могут привести к тому, что режим действия гербицида работает менее эффективно. Это называется сопротивлением целевого сайта. Было показано, что специфические мутации, которые оказывают наиболее полезный эффект для растения, возникают в отдельных случаях и доминируют во всех устойчивых популяциях сорняков. Это пример сходящейся эволюции . Некоторые мутации, обеспечивающие устойчивость к гербицидам, могут иметь затраты на пригодность, снижая способность растения выживать другими способами, но со временем наименее затратные мутации имеют тенденцию доминировать в популяциях сорняков.

В последнее время возникают случаи нецелевой устойчивости участка, такие как примеры, когда растения способны производить ферменты, которые нейтрализуют гербициды, прежде чем они смогут войти в клетки растения- устойчивость к метаболике . Эта форма сопротивления особенно сложна, поскольку растения могут развивать нецелевую стойкость к гербицидам, с которыми их предки никогда не подвергались напрямую.

Биохимия сопротивления

Сопротивление гербицидам может быть основана на одном из следующих биохимических механизмов:

• Устойчивость к целевым сайтам: при резистентности на месте целевого уровня генетическое изменение, которое вызывает устойчивость напрямую изменяет химический механизм, гербицидные мишени. Мутация может относиться к ферменту с решающей функцией в метаболическом пути или с компонентом системы транспорта электронов . Например, ALS-устойчивые сорняки, разработанные генетическими мутациями, приводящими к измененному ферменту. Такие изменения делают гербицид импотентом. Устойчивость к целевым сайтам также может быть вызвана чрезмерной экспрессией целевого фермента (посредством амплификации генов или изменений в генном промоторе ). Связанный механизм заключается в том, что адаптируемый фермент, такой как цитохром P450, переработана для нейтрализации самого пестицида.
• Устойчивость к нецелевым сайтам: при устойчивости к нецелевым сайтам генетическое изменение, дающее сопротивление, не связано напрямую с целевым сайтом, но приводит к тому, что растение будет менее восприимчивым каким-либо другим способом. Некоторые механизмы включают метаболическую детоксикацию гербицида в сорняках, уменьшение поглощения и транслокации, секвестрацию гербицида или уменьшение проникновения гербицида в поверхность листа. Все эти механизмы вызывают меньше активного ингредиента гербицида для достижения целевого участка в первую очередь.

Следующие термины также используются для описания случаев, когда растения устойчивы к множественным гербицидам одновременно:

• Поперечная резистентность: в этом случае один механизм сопротивления вызывает устойчивость к нескольким гербицидам. Термин перекрестный устойчивость к целевому сайту используется, когда гербициды связываются с одним и тем же целевым сайтом, тогда как перекрестная резистентность без целевого сайта обусловлено единым нецелевым механизмом сайта (например, усиленной метаболической детоксикации), который влечет за собой устойчивость через гербициды с разными местами действия.
• Многочисленное сопротивление: в этой ситуации два или более механизмы сопротивления присутствуют в отдельных растениях или в популяции растений.

Управление сопротивлением

См. Также: Интегрированное управление вредителями

Из -за устойчивости к гербицидам - ​​серьезной проблеме в сельском хозяйстве - ряд продуктов объединяют гербициды с различными средствами действия. Интегрированное управление вредителями может использовать гербициды наряду с другими методами борьбы с вредителями.

Интегрированное подход управления сорняками (IWM) использует несколько тактик для борьбы с сорняками и сопротивлением предотвращения. Этот подход меньше зависит от гербицидов, и поэтому давление отбора должно быть уменьшено. Полагаясь на различные методы контроля сорняков, в том числе неербицидные методы контроля сорняков, давление отбора на сорняки для развития сопротивления может быть снижено. Исследователи предупреждают, что если сопротивление гербицидам будет бороться только с большим количеством гербицидов, «эволюция, скорее всего, победит». В 2017 году USEPA выпустила пересмотренное уведомление о регистрации пестицидов (PRN 2017-1), которое предоставляет рекомендации для регистраций партицидов на требуемой маркировке управления устойчивостью к пестицидам. Это требование относится ко всем обычным пестицидам и предназначено для того, чтобы предоставить конечным пользователям руководство по управлению устойчивостью к пестицидам. Пример полностью выполненной метки, соответствующего руководству по маркировке управления сопротивлением, можно увидеть на метке для образца для гербицида, клорансалам-метила, обновленного в 2022 году.

Оптимизация вклада гербицидов на уровне экономического порога должна избежать ненужного использования гербицидов и снизить давление отбора. Гербициды следует использовать для их наибольшего потенциала, гарантируя, что время, метод применения, доза, применение, почва и климатические условия оптимальны для хорошей активности. В Великобритании частично устойчивые травяные сорняки, такие как алопекурус-миосуроиды (черные фрагменты) и род Avena (дикий ов), часто можно контролировать адекватно, когда гербициды применяются на стадии 2-3 листьев, тогда как применение на 2-3 стадии Tumper может неудача плохо. Распыление патча или применение гербицидов только к сильно зараженным районам областей, является еще одним средством снижения общего использования гербицидов.

Агрономические факторы, влияющие на риск развития устойчивости к гербицидам

Фактор	Низкий риск	Высокий риск
Система обрезки	Хорошее вращение	Урожай монокультура
Система культивирования	Годовая вспашка	Непрерывная минимальная обработка почвы
Контроль сорняков	Только культурный	Только гербицид
Использование гербицидов	Много способов действия	Единые режимы действия
Контроль в предыдущие годы	Отличный	Бедный
Заражение сорняками	Низкий	Высокий
Сопротивление поблизости	Неизвестный	Общий

Подходы к лечению устойчивых сорняков

Альтернативные гербициды

Когда сопротивление впервые подозревается или подтверждается, эффективность альтернатив, вероятно, будет первым соображением. 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, многие устойчивые к триазину сорняки легко контролировались использованием альтернативных гербицидов, таких как дикамба или глифосат.

Смеси и последовательности

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

• Быть активным на разных целевых сайтах
• Иметь высокий уровень эффективности
• Детоксифицировать различными биохимическими путями
• Иметь аналогичную упорство в почве (если это остаточный гербицид)
• Оказывать отрицательное перекрестное устойчивость
• Синергируйте активность другого компонента

Никакая смесь, вероятно, не будет иметь все эти атрибуты, но первые два перечисленных являются наиболее важными. Существует риск, что смеси выберут для сопротивления обоим компонентам в долгосрочной перспективе. Одно практическое преимущество последовательностей двух гербицидов по сравнению со смесями заключается в том, что возможна лучшая оценка эффективности каждого компонента гербицидов, при условии, что между каждым применением достаточно времени. Недостатком с последовательностями является то, что необходимо сделать два отдельных приложения, и возможно, что более позднее приложение будет менее эффективным для сорняков, переживших первое приложение. Если они устойчивы, то второй гербицид в последовательности может увеличить отбор для устойчивых людей, убивая восприимчивые растения, которые были повреждены, но не убиты в результате первого применения, но позволяя большим, менее пораженным, устойчивым растениям выжить. Это было названо одной из причин, почему ALS-устойчивые к Stellaria Media развивались в Шотландии в последнее время (2000), несмотря на регулярное использование последовательности, включающей, включающую Mecoprop , гербицид с другим способом действия.

Натуральный гербицид

Термин органический гербицид стал означать гербициды, предназначенные для органического сельского хозяйства . Немногие натуральные гербициды конкурируют с эффективностью синтетики. Некоторые растения также производят свои собственные гербициды, такие как род Juglans ( грецкие орехи ) или дерево небес ; Такие действия естественных гербицидов и других связанных химических взаимодействий называются аллелопатией . Применимость этих агентов неясна.

Практика сельского хозяйства и сопротивление: тематическое исследование

Устойчивость к гербицидам стала критической проблемой в австралийском сельском хозяйстве, после того, как многие австралийские фермеры овец начали исключительно выращивать пшеницу на своих пастбищах в 1970 -х годах. Введите разновидности Rygrass , хотя и хорошо для пасущихся овец, интенсивно конкурируют с пшеницей. Райграсы производят так много семян, что, если их не контролировать, они могут полностью задушить поле. Гербициды обеспечивали отличный контроль, уменьшая разрушение почвы из -за меньшего количества необходимости парить. Через чуть более десяти лет у Райграса и других сорняков начали развиваться сопротивление. В ответ австралийские фермеры изменили методы. К 1983 году участки Райграса стали невосприимчивыми к мочеигранию ( диклофоп-метил ), семейству гербицидов, которые ингибируют фермент, называемый ацетил-коэнзим карбоксилазой .

Популяции Rygrass были большими и имели существенное генетическое разнообразие, потому что фермеры посадили много сортов. Райграс перекрестно скользируется ветром, поэтому гены часто перемещаются. Чтобы контролировать его распределение, фермеры распыляли недорогой Hoegrass, создавая давление отбора . Кроме того, фермеры иногда разбавляли гербицид, чтобы сэкономить деньги, что позволило некоторым заводам выжить. Когда сопротивление появилось, фермеры обратились к группе гербицидов, которые блокируют ацетолакат -синтазу . Еще раз, Rygrass в Австралии разработал своего рода «межстойчивость», которая позволила ему быстро разрушить различные гербициды. Четыре класса гербицидов становятся неэффективными в течение нескольких лет. В 2013 году только два урока гербицидов, называемые ингибиторами с фотосистемой II и длинноцепочечными жирными кислотами , были эффективны против Rygrass.

Смотрите также

Дополнительная информация: список гербицидов

• Биохербицид
• Оценка воздействия на окружающую среду
• Индекс статей пестицидов
• Интегрированное управление вредителями
• Список опасностей для здоровья окружающей среды
• Предварительный гербицид
• Загрязнение почвы
• Поверхностный сток
• Сорняк
• Контроль сорняков
• Дефолиант

Дальнейшее чтение

• Краткая история контроля над сорняками в NSW SRA во время Steam Era Longworth, Бюллетень Исторического общества Железного дороги Джима , апрель 1996 г., стр. 99–116

Внешние ссылки

Общая информация

• Национальный информационный центр пестицидов , информация о темах, связанных с пестицидами
• Национальная служба сельскохозяйственной статистики

Нормативно -правовая политика

• США EPA
• Управление безопасности британских пестицидов
• Информация о пестицидах Европейской комиссии
• ПМРА ПРИЗНАЯ ПРЕДОСТАВЛЕНИЯ КАНАЛИЯ