OKOLO 10 ROKOV, v prudkom horúčave kansaského leta sa mnoho škodlivých burín napadnutých výskumnými oblasťami Phillipa Stahlmana jednoducho nezastavilo, keby boli postriekané zmesou dvoch široko používaných herbicídov, glyfosátu a dicamby. Len o pár mesiacov skôr, v chladnejšom jarnom počasí, herbicídna zmes ľahko spôsobila, že sa malé tenké listy buriny stočili a zhnedli, čo signalizovalo zánik rastliny.
Teraz, keď bola vytrvalá burina zatiahnutá Stahlmanom. Stahlman, vtedajší vedec na burinu na Kansas State University, sa s herbicídmi nikdy predtým nestretol. Spočiatku predpokladal, že agrochemikálie použil nesprávne. Ale rok čo rok sa stalo to isté. Stahlman vedel, že sa niečo deje. Dôsledne sledoval burinu na svojich poliach. Radil sa aj s miestnymi farmármi, ktorí uvádzali podobné problémy. "Svetlo sa na chvíľu nerozsvietilo, kým sa problém stále opakoval." Bolo to ako poskladať puzzle, “hovorí Stahlman.
Stahlman, ktorý medzitým odišiel do dôchodku, sa nakoniec rozhodol, že problémom je pravdepodobne teplota: Vďaka postreku pri vysokej teplote sa herbicídy stali menej účinnými.
Stahlman nie je sám, kto urobil toto pozorovanie. Dnes pribúdajúce dôkazy naznačujú, že teploty okolo 90 stupňov Fahrenheita alebo vyššie môžu zvýšiť odolnosť niektorých burín odolných voči herbicídom ešte viac a spôsobiť, že iné buriny budú menej citlivé na určité chemikálie.
Niektorí poľnohospodári tvrdia, že vedia, že vysoké teploty môžu narúšať niektoré herbicídy, a preto sa snažia vyhnúť postrekom v denných horúčavách. "Dobrým pravidlom je, ak je 85 až 90 stupňov Fahrenheita, len nestriekajte," hovorí Curt Gottschalk, manažér farmy v Hays v Kansase.
Nie všetci odborníci súhlasia s tým, že tento vzorec, ktorý sa vo veľkej miere preukázal v laboratórnych experimentoch, predstavuje pre poľnohospodárov problém. A zdá sa, že niektoré herbicídy pôsobia pri vysokých teplotách ešte lepšie. Ale ak teplo zvyšuje odolnosť mnohých burín voči hlavným herbicídom, dôsledky môžu byť značné. Ak sa burina nekontroluje, môže zničiť úrodu a príjem - ak by sa poľnohospodári nepokúsili burinu potlačiť, mohli by zničiť zhruba polovicu všetkých výnosov kukurice a sóje v USA a Kanade, podľa Weed Science Society of America, nezisková spoločnosť akademických a priemyselných vedcov. Strata by mohla farmárov stáť ročne asi 43 miliárd dolárov.
Poľnohospodári už dnes bojujú proti epidémiám burín, u ktorých sa vyvinula genetická rezistencia voči viacerým herbicídom vrátane glyfosátu a dicamby. Stahlman a ďalší výskumníci buriny tvrdia, že teplota by mohla byť prehliadnutým druhým faktorom posilňujúcim obranu burín proti herbicídom. Aj keď väčšina poľnohospodárov dnes chápe, že teplota ovplyvňuje herbicídy, pre netrénované oko by to mohlo vyzerať ako odolnosť voči herbicídom, tvrdí Stahlman.
Títo vedci sa tiež obávajú, že by sa problém mohol v budúcnosti zhoršiť, pretože zmena podnebia zvyšuje teploty a čoraz častejšie sa vyskytujú extrémne poveternostné javy vrátane vĺn horúčav.
"Už vieme, že rezistencia na herbicídy je najproblematickejšou záležitosťou pri regulácii chemickej buriny," napísal Maor Matzrafi, vedecký pracovník v oblasti buriny v izraelskej Národnej organizácii pre poľnohospodársky výskum. "Možno je na rade znížená citlivosť v dôsledku zmeny podnebia."
POĽNOHOSPODÁRI POUŽÍVANÍ menej sa spoliehajú na herbicídy, ako na ničenie buriny namáhavými metódami, ako je obrábanie pôdy a ručné odstraňovanie. Avšak od polovice 1990. rokov začali biotechnologické spoločnosti debutovať o geneticky modifikovaných plodinách, ktoré boli odolné voči bežným silným herbicídom. Nové semená umožnili poľnohospodárom slobodne postriekať ich polia agrochemikáliami, aby ničili burinu, zatiaľ čo ich GM plodina prekvitala. Vďaka tejto technológii bola väčšina ručného odstraňovania buriny zbytočná a používanie herbicídov globálne vzrástlo. Ale burina sa vyvinula ako reakcia a objavili sa odrody rezistentné na herbicídy. To spustilo nový boj medzi farmármi a burinou, keď farmári čoraz viac používajú kombinácie chemikálií a ďalších dávok, aby sa pokúsili burinu odbúrať.
Po skúsenostiach Stahlmana s kochiou burinou však začal skúmať, či môže teplota ovplyvňovať výkon herbicídu viac, ako sa všeobecne uznáva. (Stahlman, rovnako ako mnoho akademických vedcov o burine, v minulosti získal financovanie výskumu od agrochemických spoločností.)
S cieľom dešifrovať, ako teplo pomáha burinám odraziť herbicídy, sa Stahlman spojil s kolegami z KSU Mithilou Jugulam, fyziologom buriny, a Junjun Ou, výskumným asistentom. Tím pestoval sadenice z populácií kochia, ktoré pochádzali z Kansasu, v komorách udržiavaných pri teplotách v rozmedzí od 63.5 do 90.5 stupňov Fahrenheita - predstaviteľa jarných a letných denných horúčav štátu. Teplota v komorách klesala každých 12 hodín, aby sa napodobnili chladnejšie nočné časy. Keď sadenice dosiahli výšku asi 4 palce, vedci dávkovali niektorým glyfosát a iným dicambu. V týždenných intervaloch tím skúmal buriny na príznaky poranenia. Po jednom mesiaci burinu pokosili a usušili a zvážili.
Tím zistil, že pri vysokých teplotách potrebujú na ničenie buriny viac ako dvojnásobné množstvo glyfosátu a dicamby. Oni zverejnená ich výsledky v roku 2016.
Aby pochopili, prečo tepelne znížená citlivosť, vedci sledovali cesty herbicídov burinami pomocou mierne rádioaktívnych verzií glyfosátu a dicamby. Prvé, ktoré predtým vyrábala spoločnosť Monsanto, a druhé, ktoré vyrábala spoločnosť BASF Corp. (spoločnosť BASF Corp. poskytovala postgraduálne študentské asistentstvo spoločnosti Ou pre iný projekt.)
Tím zistil, že listy pri vyšších teplotách absorbovali menej glyfosátu. Nie sú si istí prečo, ale Jugulam si myslí, že horúčava môže povzbudiť kochiu k tomu, aby vyvinula hrubšie kutikuly - ochrannú vrstvu na povrchu listov - čo potom zvýši obranyschopnosť buriny proti herbicídu. Tím objavil v práci iný proces, keď sa burina stretla s dicambou. Teplota neovplyvnila množstvo dikamby, ktoré burina absorbovala, ale prekážala pohybu herbicídu cez rastlinu, takže menej dosiahlo svoj cieľ - tkanivo vyvíjajúce sa na špičkách nových výhonkov a listov.
V inej štúdii uverejnené minulý rok, Jugulam upriamila svoju pozornosť na herbicíd 2,4-D, jednu zo zložiek látky oranžová, ktorá je neslávne známym defoliantom používaným vo vojne vo Vietname. Dnes je to jeden z najbežnejšie používaných herbicídov. Jugulam testoval, ako teplota ovplyvňovala schopnosť herbicídu riadiť obyčajný vodný rias, pričom širokolistá burina zasahovala do stredozápadných polí kukurice a sóje.
Pri testoch skúmal Jugulam niektoré bežné vodné hempy, ktoré si vyvinuli genetickú odolnosť voči 2,4-D, a niektoré nie. Zistila, že zabiť rezistentnú burinu za horúcich a suchých podmienok trvalo viac ako trikrát toľko herbicídu ako pri nižších teplotách. Podobný, ale menší účinok, našla u náchylných burín.
Vodu odolnú voči herbicídom prežije expozícia 2,4-D rýchlym rozložením chemikálie na netoxické látky skôr, ako dosiahne svoje ciele na konci koreňov, stoniek a listov. Keď je teplota vysoká, zistil Jugulam, že vodné molekúl tieto molekuly rozkladá rýchlejšie.
Jugulam tiež poznamenal, že pri vysokých teplotách sa zdá, že niektoré buriny rezistentné na herbicídy sa stávajú odolnejšie a niektoré náchylné buriny môžu na svoju kontrolu vyžadovať viac herbicídu.
Nie všetky buriny a herbicídy reagujú na teplotu rovnako. Napríklad spoločnosť Jugulam tiež zistila, že 2,4-D a glyfosát fungujú lepší pri vyšších teplotách proti obyčajnej a obrovskej ambrózii, ďalším dvom burinám bežným na poliach amerických farmárov. Jugulam tiež hovorí, že aj v prípadoch, keď teplo bráni herbicídom, sa účinky javia väčšinou obmedzené na suché podmienky. V oblastiach s vysokou vlhkosťou a zrážkami sa nemusia prejaviť rovnaké účinky.
Niektorí odborníci však tvrdia, že pribúdajú dôkazy o rôznych druhoch a agrochemikáliách, že teplota a v niektorých prípadoch vysoké hladiny oxidu uhličitého ovplyvňujú ničenie buriny, minimálne v laboratóriu.
V testoch zverejnená v roku 2016 Matzrafi zistil, že pri vysokých teplotách sa štyri rôzne druhy trávnych burín postavili proti diklofop-metylu, zložke herbicídu vyrábaného spoločnosťou Bayer, podstatne lepšie ako pri nižších teplotách. Matzrafi tiež zistil, že vysoké teploty spôsobili, že ďalší herbicíd, pinoxaden, bol menej schopný potlačiť rast falošného brómu invazívnej trávy. Tráve sa navyše darilo, aj keď bola do dvoch dní po ošetrení herbicídom prepnutá z chladnejších podmienok na teplejšie prostredie. (Výskum bol čiastočne financovaný agrochemickou spoločnosťou ADAMA Agricultural Solutions so sídlom v Izraeli.)
„Naše objavy a mnoho ďalších štúdií od 90. rokov naznačujú, že podmienky prostredia po aplikácii môžu tiež ovplyvniť citlivosť na herbicíd,“ vysvetlil Matzrafi v e-maile. Aj keď poľnohospodári postrekujú počas chladnejších teplôt, nemusí to stačiť, aby sa zabránilo účinkom tepla.Napriek zvyšujúcim sa dávkam diklofop-metylu sa tejto rašelinisku citlivej na herbicídy darí v teplejšom podnebí. Na každej fotografii je herbicíd aplikovaný vo väčšom množstve zľava doprava. Na úplne ľavej rastline sa neaplikuje žiadny herbicíd. Na ľavej fotografii sa ríbezľa pestuje pri nižších teplotách (50 - 61 stupňov Fahrenheita), zatiaľ čo na pravej fotografii sa ríbezľa pestuje pri vyšších teplotách (82 - 93 stupňov Fahrenheita). vizuálne: S láskavým dovolením Maor Matzrafi
Odborníci sa obávajú, že tieto podmienky sa pri zmene podnebia zhoršia. Mnoho amerických štátov dôležitých pre poľnohospodárstvo, ako aj ďalšie významné oblasti výroby potravín na celom svete už pravidelne majú počas vegetačného obdobia teploty dosahujúce 90 stupňov Fahrenheita. Niektorí vedci tvrdia, že problémy s účinkami tepla a herbicídov sa dostávajú do popredia teraz čiastočne kvôli častejším epizódam extrémneho tepla za posledných niekoľko desaťročí.
Je však ťažké pripísať účinky, ktoré sa dnes dajú pozorovať na nedávne klimatické zmeny, napísal v e-maile Undarkovi Lewis Ziska, fyziolog z rastlín na Kolumbijskej univerzite v New Yorku. Ziska však upozorňuje, že burina je „najväčšou prekážkou pre výrobu potravín“, varuje Ziska, „že pre poľnohospodárov v extrémnejšom prostredí bude hrozivou výzvou.“
Napríklad na Stredozápade by mohli teploty do konca storočia stúpať v priemere o 8.5 stupňa Fahrenheita, podľa dlhších a častejších úsekov extrémnych horúčav. projekcie federálnej vlády. A v južnej Ázii vrátane Indie - globálne dôležitého regiónu na produkciu ryže, strukovín, orechov a bavlny - Medzivládny panel pre zmenu podnebia. projekty že priemerné ročné teploty stúpnu do roku 6 takmer o 2100 stupňov Fahrenheita.
V prvom experimente tohto druhu boli jeho výsledky hlásené minulý rokMatzrafi študoval spoločný účinok tepla a zvýšenia hladín oxidu uhličitého na dva rôzne druhy burín a zistil, že táto kombinácia zvyšuje obranyschopnosť burín proti herbicídom nad rámec týchto faktorov.
Nie je jasné, či sú výrobcovia herbicídov pripravení na prichádzajúce výzvy otepľujúcej sa planéty. Mnohí neodporúčajú optimálne teploty postreku, aby sa zabezpečila účinnosť v pokynoch, ktoré distribuujú poľnohospodárom.
V písomnom vyhlásení Clark Ouzts, hovorca spoločnosti Sygenta, výrobcu pinoxadenu, tvrdí, že spoločnosť neskúmala potenciálne účinky zmeny podnebia na činnosť herbicídu, ale že „terénny výskum a komerčné aplikácie nepreukázali výrazný vplyv teploty vplyv na činnosť Pinoxadenu. “
Charla Lord, hovorca spoločnosti Bayer, uviedol vo vyhlásení, že herbicídy spoločnosti sú „rozsiahle testované, aby vyhovovali všetkým požiadavkám regulačných orgánov“ a „označené, aby ich aplikátori vedeli, ako o ne požiadať, aby dosiahli optimálnu kontrolu a úspech“. Spoločnosť nereagovala na konkrétne otázky týkajúce sa účinnosti svojich výrobkov pri vysokých teplotách, aj keď spoločnosť má posted o výzvach vysokoteplotného striekania na svojej webovej stránke. Spoločnosť Corteva, ktorá vyrába herbicídy obsahujúce 2,4-D, neodpovedala na žiadosti o komentár o tom, ako vysoké teploty ovplyvňujú výkon herbicídu.
NIE JE KAŽDÝ presvedčený, že tieto experimentálne zistenia spôsobujú poľnohospodárom problémy. Niektorí vedci a odborníci na burinu tvrdia, že laboratórne podmienky sa radikálne líšia od terénu, takže výsledky sú menej relevantné. "Nemyslím si, že by sme mohli s istotou povedať, že to má dopad v skutočnom meradle," napísal Brad Hanson, odborník na burinu z Kalifornskej univerzity v Davise, v e-maile spoločnosti Undark. Hanson pracoval s Matzrafim na výskume zverejnenom minulý rok.
Hanson, ktorý pracuje s kalifornskými farmármi ako výskumný pracovník a špecialista na rozšírenie, tiež napísal, že poľnohospodári zvyčajne používajú dostatok herbicídu na prekonanie akýchkoľvek malých zmien citlivosti buriny vyvolaných teplom.
Kassim Al-Khatib, fyziológ plodín na Kalifornskej univerzite v Davise, ktorý skúmal, ako fungujú herbicídy za tepla a vlhkosti, napísal v e-maile pre Undark, že štúdie sa uskutočňujú za starostlivo kontrolovaných laboratórnych podmienok, ktoré by poľnohospodári nikdy nenašli vo svojich polia. „To, čo sa deje za kontrolovaných podmienok, vo všeobecnosti nepodporuje to, čo sa deje v poľných podmienkach,“ napísal.
Al-Khatib vo svojom výskume skúmal vplyv teploty a vlhkosti na malý počet druhov herbicídov a druhov burín. V prípadoch, ktoré podľa neho študoval, sa herbicídna účinnosť všeobecne zlepšuje pri vyššej teplote a vlhkosti, pokiaľ teploty nepresiahnu 100 stupňov Fahrenheita. Matzrafi a Jugulam súhlasia s tým, že laboratórium neodráža zložitejšie prostredie farmy.
"Ale nemyslím si, že to znižuje dôležitosť výsledkov," napísal Matzrafi. On, Stahlman a ďalší hovoria, že sami videli účinok v teréne. „Myslím, že niečo vidíme. Myslím si, že v priebehu nasledujúcich 10 rokov toho uvidíme viac. Bude to veľký problém, “hovorí Chuck Otte, agent spoločnosti K-State Research and Extension v okrese Geary v Kansase, ktorý primárne pracuje s farmármi.
Zistenia z výskumu skúšajú novinky pre poľnohospodárov, ktorí sa spoliehajú na herbicídy, aby držali na uzde čoraz viac burín. Niektorí poľnohospodári sa nateraz snažia zabrániť účinkom tepla postrekom herbicídmi počas chladnejších období dňa. V srdci leta Carie Moore hovorí, že sa niekedy prebudí pred svitaním, aby postriekala svoju farmu s rozlohou 650 akrov v Severnej Dakote predtým, ako horúčava vystúpi príliš vysoko, príležitostne až na 100 stupňov Celzia. Ale ako sa bude zemeguľa otepľovať, poľnohospodári budú čeliť užším oknám, počas ktorých sú teploty dosť nízke na to, aby postriekali, hovorí Ziska. A Matzrafiho výskum naznačuje, že postrekovanie počas chladnejších období nezaručuje, že účinnosť herbicídu nebude ovplyvnená návalmi tepla, ktoré sa vyskytnú neskôr alebo dokonca nasledujúci deň.
Poľnohospodári sa niekedy nemôžu vyhnúť postreku herbicídmi v teple, najmä na obrovských farmách s rozlohou niekoľko tisíc akrov.
Otte hovorí, že skeptici si možno neuvedomujú, že ich herbicídy nefungujú, pretože teplo pomohlo burine. Najprv by mohli predpokladať, že je na vine celá rada ďalších bežných faktorov, ako napríklad odolnosť voči herbicídom, nedostatok zrážok alebo príliš málo herbicídov. "Existuje toľko mätúcich faktorov, že je ťažké vyriešiť všetko," hovorí.
Z dlhodobého hľadiska budú musieť poľnohospodári znížiť závislosť od herbicídov a namiesto toho použiť na udržanie buriny v šachu iné techniky, ktoré sa dnes v ekologickom poľnohospodárstve používajú častejšie. Napríklad výsadba krycích plodín, ako je jarný ovos alebo karmínová ďatelina, pomáha zabrániť zakoreneniu buriny v holej pôde a pestovaniu rôznych plodín v rotácii, čo môže burinu pomôcť potlačiť. Moore sa už uberá týmto smerom. Strieda sóju s pšenicou, jačmeňom a niekoľkými ďalšími plodinami a zasadzuje rôzne doplnkové krycie plodiny vrátane raže a hrachu.
Príležitostne tiež obrába pôdu, aby pomohla potlačiť rast buriny. "Čím menej musíme postrekovať chemikáliami, tým lepšie," hovorí. Napriek tomu, aby sa udržali výnosy, nemôže poľnohospodárstvo úplne opustiť herbicídy, hovorí Ziska. Keďže je v ponuke len veľmi málo nových chemikálií, poľnohospodári budú musieť byť opatrnejší pri používaní herbicídov, ktoré majú v súčasnosti, aby zabezpečili, že budú pracovať aj v budúcnosti. Výrobcovia musia poľnohospodárom poskytnúť lepšie rady o tom, kedy a ako používať herbicídy, dodáva Matzrafi.
„Poľnohospodári už nemôžu len postrekovať a modliť sa,“ hovorí Otte.