Umbes 10 aastat tagasi, Kansase suve ägedas kuumuses ei läinud paljud Phillip Stahlmani uurimisvaldkondadesse tunginud kahjulikud kochia umbrohud lihtsalt laiali, kui neid pihustati kahe laialdaselt kasutatava herbitsiidi, glüfosaadi ja dicamba seguga. Vaid mõni kuu varem, jahedama kevadise ilma korral, oli herbitsiidide segu kergelt käivitanud umbrohu väikesed õhukesed lehed kõverduma ja pruunistuma, andes märku taime hukkumisest.
Nüüd oli see rikkalik umbrohi Stahlmani kännud. Stahlman, tollane Kansase osariigi ülikooli umbrohuteadlane, ei olnud herbitsiididega selle probleemiga varem kokku puutunud. Esialgu arvas ta, et on agrikemikaale valesti rakendanud. Kuid aasta-aastalt juhtus sama. Stahlman teadis, et midagi on lahti. Ta jälgis hoolikalt oma põldude umbrohtu. Ta pidas nõu ka kohalike põllumeestega, kes teatasid sarnaste probleemide nägemisest. "Valgus ei põlenud mõnda aega, kuni teema kordus. See oli nagu pusle kokku panemine, ”räägib Stahlman.
Lõpuks otsustas Stahlman, kes on sellest ajast pensionile jäänud, et probleemiks on tõenäoliselt temperatuur: midagi kõrgel kuumusel pihustamisest muudab herbitsiidid vähem efektiivseks.
Stahlman pole selle tähelepaneku tegemisel üksi. Täna kinnitavad tõendid, et umbes 90 kraadi Fahrenheiti või kõrgem temperatuur võib muuta mõned herbitsiidikindlad umbrohud veelgi vastupidavamaks ja põhjustada teiste umbrohtude tundlikkust teatud kemikaalide suhtes.
Mõned talupidajad ütlevad, et nad teavad, et kõrged temperatuurid võivad mõne herbitsiidiga segi ajada, seetõttu püüavad nad vältida päevase kuumusega pihustamist. "Hea rusikareegel on see, et kui temperatuur on 85 kuni 90 kraadi Fahrenheiti, siis lihtsalt ärge pihustage," ütleb Curt Gottschalk, farmijuht Hays, Kansas.
Kõik eksperdid pole nõus, et selline laborikatsetes suuresti demonstreeritud muster kujutab põllumajandustootjatele probleemi. Ja mõned herbitsiidid näivad töötavat kõrgel temperatuuril veelgi paremini. Kuid kui kuumus suurendab paljude umbrohtude vastupidavust peamistele herbitsiididele, võib selle mõju olla märkimisväärne. Kontrollimata võivad umbrohud hävitada saagi ja sissetuleku - kui põllumehed ei pingutaks umbrohtude tõrjeks, võivad nad hävitada umbes poole kogu maisist ja sojaubadest USA-s ja Kanadas. järgi Ameerika Weed Science Society of America, akadeemiliste ja tööstusteadlaste mittetulundusühing. Kahju võib põllumajandustootjatele maksta umbes 43 miljardit dollarit aastas.
Põllumajandustootjad võitlevad juba umbrohu epideemiate vastu, millel on tekkinud geneetiline resistentsus mitme herbitsiidi, sealhulgas glüfosaadi ja dicamba suhtes. Stahlman ja teised umbrohuteadlased väidavad, et temperatuur võib olla tähelepanuta jäetud teine tegur, mis tugevdab umbrohtude kaitset herbitsiidide vastu. Ehkki enamik põllumajandustootjaid mõistab nüüd, et temperatuur mõjutab herbitsiide, võib Stahlman öelda, et see on koolitamata silmadele just nagu resistentsus herbitsiidide vastu.
Need teadlased kardavad ka, et probleem võib tulevikus süveneda, kui kliimamuutused tõstavad temperatuuri ja ekstreemsed ilmastikunähtused, sealhulgas kuumalained, sagenevad.
"Me juba teame, et herbitsiidiresistentsus on keemiliste umbrohtude tõrjumisel kõige problemaatilisem probleem," kirjutas Iisraeli riikliku põllumajandusuuringute organisatsiooni umbrohuteadlane Maor Matzrafi Undarkile saadetud e-kirjas. "Võib-olla on järgmine rida kliimamuutustest tingitud tundlikkuse vähenemine."
PÕLLUMAJAD KASUTATUD tugineda vähem herbitsiididele, selle asemel et umbrohtusid tõrjuda töömahukate meetodite abil, nagu harimine ja käsitsi eemaldamine. Kuid alates 1990. aastate keskpaigast hakkasid biotehnoloogiaettevõtted debüteerima geneetiliselt muundatud põllukultuure, mis olid resistentsed tavaliste, võimsate herbitsiidide suhtes. Uued seemned võimaldasid põllumeestel rohkelt oma põlde pritsida põllumajanduskemikaalidega, et umbrohtu hävitada, kui nende GM saak õitses. See tehnoloogia muutis enamiku käsitsi rohimiseks ebavajalikuks ja herbitsiidide kasutamine kasvas kogu maailmas. Kuid umbrohud arenesid vastusena ja tekkisid herbitsiididele vastupidavad sordid. See on alustanud uut võitlust põllumeeste ja umbrohu vahel, kusjuures põllumehed kasutavad umbrohu mahavõtmiseks üha enam kemikaalide kombinatsioone ja ka täiendavaid annuseid.
Pärast Stahlmani kogemust kohiumi umbrohtudega hakkas ta uurima, kas temperatuur võib herbitsiidide toimet mõjutada rohkem kui laialdaselt tunnustatud. (Stahlman, nagu paljud akadeemilised umbrohuteadlased, on minevikus saanud agrokeemiatööstuse uurimistöö rahastamist.)
Selgitamaks, kuidas kuumus aitab umbrohtudel herbitsiide tõrjuda, tegi Stahlman koostööd KSU kolleegide umbrohufüsioloogi Mithila Jugulami ja teadusassistendi Junjun Ouga. Meeskond kasvatas seemikud Kansasest pärit kochia populatsioonidest kambrites, mille temperatuur oli vahemikus 63.5–90.5 kraadi Fahrenheiti - osariigi kevadise ja suvise päevase kuumuse esindaja. Temperatuur kambrites langes iga 12 tunni tagant, et jäljendada jahedamaid öiseid aegu. Kui seemikud jõudsid umbes 4 tolli kõrgusele, andsid teadlased ühele glüfosaati ja teistele dicambat. Nädalaste intervallidega uuris meeskond umbrohtu vigastuse tunnuste suhtes. Kuu aja pärast lõikasid nad umbrohud maha ja kuivatasid ning kaalusid.
Meeskond leidis, et kõrgel temperatuuril vajavad nad umbrohtude tõrjeks enam kui kahekordset glüfosaadi ja dicamba kogust. Nemad avaldatud nende tulemused 2016. aastal.
Et mõista, miks kuumus tundlikkust vähendas, jälgisid teadlased herbitsiidide teed umbrohu kaudu, kasutades glüfosaadi ja dicamba kergelt radioaktiivseid versioone. Esimest on varem valmistanud Monsanto ja teist BASF Corp. (BASF Corp. pakkus Oule teise projekti jaoks kraadiõppurite assistenti).
Töörühm leidis, et lehed neelavad kõrgematel temperatuuridel vähem glüfosaati. Nad pole kindlad, miks, kuid Jugulam arvab, et kuumus võib julgustada košiat tekitama paksemaid küünenahke - kaitsekihti lehe pinnal -, mis seejärel tugevdavad umbrohtude kaitset herbitsiidi vastu. Meeskond avastas tööl teistsuguse protsessi, kui umbrohud kohtusid dicambaga. Temperatuur ei mõjutanud umbrohtude imendunud dicamba hulka, kuid takistas herbitsiidi liikumist taime kaudu, nii et vähem jõudis eesmärk - uute võrsete ja lehtede otstes arenev kude.
Teises uuringus avaldatud eelmisel aastal, Pööras Jugulam oma tähelepanu herbitsiidile 2,4-D, mis on Vietnami sõjas kasutatud kurikuulsa roojaaine üks koostisosa apelsin. Tänapäeval on see üks enimkasutatavaid herbitsiide. Jugulam testis, kuidas temperatuur mõjutas herbitsiidi võimet tõrjuda tavalist veekanepit - laialehelist umbrohtu, mis leidis tungimist Kesk-Lääne maisi- ja sojapõldudele.
Testides uuris Jugulam mõnda tavalist veekanepit, millel oli tekkinud 2,4-D suhtes geneetiline resistentsus, ja mõnda, millel seda ei olnud. Ta leidis, et vastupidava umbrohu hävitamine kuumades ja kuivades tingimustes võttis rohkem kui kolm korda rohkem herbitsiidi kui jahedamal temperatuuril. Ta leidis sarnase, kuid väiksema efekti vastuvõtlikes umbrohtudes.
Herbitsiidikindel veekanep elab 2,4-D kokkupuute üle, lagundades kemikaali kiiresti mittetoksilisteks aineteks, enne kui see jõuab oma eesmärkideni juurte, varte ja lehtede otstes. Kui temperatuur on kõrge, leidis Jugulam, et vesikanep lagundab need molekulid kiiremini.
Jugulam märkis ka, et kõrgel temperatuuril näivad mõned herbitsiidiresistentsed umbrohud resistentsemad ja mõned vastuvõtlikud umbrohud võivad nende tõrjeks vajada rohkem herbitsiide.
Kõik umbrohud ja herbitsiidid ei reageeri temperatuurile ühtemoodi. Näiteks on Jugulam leidnud ka, et 2,4-D ja glüfosaat toimivad parem kõrgematel temperatuuridel tavalise ja hiid-ambroosia, USA põllumeeste põldudel levinud kahe teise umbrohu vastu. Jugulam ütleb ka, et isegi juhtudel, kui soojus tõkestab herbitsiide, näib mõju olevat enamasti piiratud kuivade tingimustega. Suure niiskuse ja sademetega aladel ei pruugi olla samu mõjusid.
Kuid mõnede ekspertide sõnul kasvab tõendeid mitmesuguste liikide ja agrokemikaalide kohta, mille temperatuur ja mõnel juhul kõrge süsinikdioksiidi tase mõjutab umbrohutõrjet vähemalt laboris.
Testides avaldatud 2016. aastal leidis Matzrafi, et kõrgel temperatuuril seisid neli erinevat kõrreliste umbrohuliiki diklofopmetüüli vastu, mis on Bayeri toodetud herbitsiidi koostisosa, oluliselt parem kui madalamatel temperatuuridel. Matzrafi leidis ka, et kõrged temperatuurid muudavad teise herbitsiidi pinoksadeeni vähem võimeliseks pidurdama invasiivse rohu valebroomi kasvu. Veelgi enam, rohi õitses isegi siis, kui see vahetati jahedamatest oludest kuumamasse keskkonda kuni kaks päeva pärast herbitsiididega töötlemist. (Uuringut rahastas osaliselt Iisraelis asuv agrokeemiaettevõte ADAMA Agricultural Solutions.)
"Meie järeldused ja paljud muud uuringud alates 90ndatest viitavad sellele, et pealekandmisjärgsed keskkonnatingimused võivad mõjutada ka herbitsiidide tundlikkust," selgitas Matzrafi e-kirjas. Isegi kui põllumajandustootjad pihustavad jahedamal temperatuuril, ei pruugi see soojuse mõju vältimiseks olla piisav.Vaatamata diklofop-metüüli suurenevatele annustele areneb see herbitsiiditundlik rukkirohi soojemas kliimas. Igal fotol kasutatakse herbitsiidi suuremates kogustes vasakult paremale. Vasakpoolsel vasakpoolsel taimel ei kasutata herbitsiidi. Vasakpoolsel fotol kasvatatakse rukkirohtu madalamal temperatuuril (50–61 kraadi Fahrenheiti järgi), paremal fotol aga rukkirohtu kõrgemate temperatuuride (82–93 kraadi Fahrenheiti) all. Visuaalne: Maor Matzrafi nõusolek
Eksperdid kardavad, et need tingimused halvenevad kliimamuutuste tõttu. Juba praegu on paljudes põllumajanduse jaoks olulistes USA osariikides, nagu ka teistes maailma suursetes toidutootmispiirkondades, temperatuur kasvuperioodil regulaarselt üle 90 kraadi Fahrenheiti. Mõned teadlased ütlevad, et kuumuse ja herbitsiidide toimimisega seotud probleemid on nüüd esile kerkimas osaliselt seetõttu, et viimastel aastakümnetel on sagedasemad äärmuslikud kuumuse episoodid.
Täna nähtavate mõjude hiljutistele kliimamuutustele on aga raske kindlaks teha, kirjutas New Yorgi Columbia ülikooli taimefüsioloog Lewis Ziska meilisõnumina Undarkile. Kuid märkides, et umbrohud on "suurim piirang toiduainete tootmisel", hoiatab Ziska, et "need on äärmuslikus keskkonnas põllumeestele tohutu väljakutse".
Näiteks Kesk-Läänes võivad temperatuurid sajandi lõpuks tõusta keskmiselt 8.5 kraadi Fahrenheiti võrra, pikemate ja sagedasemate äärmuslike kuumusega, vastavalt andmetele. föderaalvalitsuse prognoosid. Ja Lõuna-Aasias, sealhulgas Indias - ülemaailmselt olulises piirkonnas riisi, kaunviljade, pähklite ja puuvilla tootmiseks - valitsustevaheline kliimamuutuste paneel projektid aasta keskmine temperatuur tõuseb aastaks 6 peaaegu 2100 kraadi Fahrenheiti võrra.
Esimeses omalaadses katses, mille tulemused olid teatas eelmisel aastal, Uuris Matzrafi soojuse ja süsinikdioksiidi taseme ühist mõju kahele erinevale umbrohuliigile ning leidis, et see kombinatsioon suurendab umbrohtude herbitsiidide kaitsevõimet kaugemale kui kumbagi teguri poolt.
Pole selge, kas herbitsiidide tootjad on valmis soojeneva planeedi tulevasteks väljakutseteks. Paljud ei soovita põllumajandustootjatele levitatavates juhistes efektiivsuse tagamiseks optimaalseid pihustamistemperatuure.
Pinoksadeeni tootja Sygenta pressiesindaja Clark Ouzts ütles kirjalikus avalduses, et ettevõte ei ole uurinud kliimamuutuste võimalikke mõjusid herbitsiidi aktiivsusele, kuid et „väliuuringud ja kaubanduslikud rakendused ei ole näidanud, et temperatuuril oleks märkimisväärset mõju mõju Pinoxadeni tegevusele. "
Bayeri pressiesindaja Charla Lord kirjutas avalduses, et ettevõtte herbitsiide on „põhjalikult testitud kõigi reguleerivate asutuste nõuete täitmiseks“ ja „märgistatud, et aplikaatorid teaksid, kuidas neid optimaalse kontrolli ja edu saavutamiseks taotleda“. Ettevõte ei vastanud konkreetsetele küsimustele, mis puudutasid nende toodete efektiivsust kõrgel temperatuuril, kuigi ettevõte on seda teinud postitanud oma veebisaidil kõrgel temperatuuril pihustamise väljakutsetest. Corteva, mis valmistab 2,4-D sisaldavaid herbitsiide, ei vastanud kommentaaritaotlustele selle kohta, kuidas kõrged temperatuurid mõjutavad herbitsiidi toimet.
KÕIK EI OLE olles veendunud, et need eksperimentaalsed leiud tekitavad põllumeestele probleeme. Mõned teadlased ja umbrohueksperdid ütlevad, et laboritingimused erinevad valdkonnast radikaalselt, muutes tulemused vähem asjakohaseks. "Ma ei usu, et me võiksime kindlalt öelda, et sellel on mõju reaalses maailmas," kirjutas Davisi California ülikooli umbrohuekspert Brad Hanson meilisõnumile Undarkile. Hanson töötas koos Matzrafiga eelmisel aastal avaldatud uuringute kallal.
Hanson, kes töötab California põllumeestega teadlase ja pikendusspetsialistina, kirjutas ka, et põllumehed kasutavad tavaliselt piisavalt herbitsiide, et ületada kõik kuumuse põhjustatud umbrohutundlikkuse muutused.
California ülikooli Davisi põllukultuuride füsioloog Kassim Al-Khatib, kes on uurinud, kuidas herbitsiidid toimivad kuumuse ja niiskuse all, kirjutas Undarkile saadetud e-kirjas, et uuringud viiakse läbi hoolikalt kontrollitud laboritingimustes, mida põllumehed ei leia kunagi väljad. "See, mis toimub kontrollitud tingimustes, ei toeta üldjuhul seda, mis juhtub välitingimustes," kirjutas ta.
Oma uurimistöös on Al-Khatib uurinud temperatuuri ja niiskuse mõju vähestele herbitsiiditüüpidele ja umbrohuliikidele. Tema sõnul paraneb herbitsiidide efektiivsus tema sõnul kõrgema temperatuuri ja niiskuse korral, välja arvatud juhul, kui temperatuur ületab 100 kraadi Fahrenheiti. Matzrafi ja Jugulam nõustuvad, et labor ei kajasta põllumajanduse keerukamat keskkonda.
"Kuid ma ei usu, et see vähendaks tulemuste olulisust," kirjutas Matzrafi. Tema, Stahlman ja teised ütlevad, et on selles valdkonnas mõju ise näinud. „Ma arvan, et me näeme midagi. Järgmise kümne aasta jooksul arvan, et näeme veel. See saab olema suur probleem, ”ütleb Chuck Otte, K-osariigi uurimis- ja laiendusagent Geary maakonnas Kansases ja töötab peamiselt talunikega.
Uurimistulemused proovivad uudiseid põllumeestele, kes toetuvad herbitsiididele, et hoida üha relvastatud umbrohtu eemal. Praegu püüavad mõned põllumehed osa kuumuse mõjusid eemale hoida, pihustades herbitsiide jahedamal ajal päeval. Suve keskel ärkab Carie Moore enda sõnul mõnikord enne koidikut, et pritsida oma 650 aakri suurust talu Põhja-Dakotas, enne kui kuumus liiga kõrgele ronib, ületades aeg-ajalt 100 kraadi Fahrenheiti. Kuid maakera soojenedes seisavad põllumajandustootjad silmitsi kitsamate akendega, mille ajal on pihustamiseks piisavalt jahedad temperatuurid, ütleb Ziska. Ja Matzrafi uuringud viitavad sellele, et pihustamine jahedamatel perioodidel ei taga, et herbitsiidi efektiivsust ei mõjuta hiljem või isegi järgmisel päeval tekkivad kuumapuhangud.
Ja mõnikord ei saa põllumehed vältida herbitsiidide pihustamist kuumuses, eriti suurtes mitme tuhande aakri suurustes farmides.
Otte ütleb, et skeptikud ei pruugi aru saada, et nende herbitsiidid ei toimi, sest kuumus on umbrohtudele abikäe andnud. Esmalt võivad nad eeldada, et selles on süüdi mitmesugused muud tavalised tegurid, näiteks resistentsus herbitsiidide vastu, sademete vähesus või liiga väike herbitsiid. "Segavaid tegureid on nii palju, et seda kõike on raske korda saata," ütleb ta.
Pikemas perspektiivis peavad põllumehed vähendama oma sõltuvust herbitsiididest ja selle asemel kasutama umbrohtude hoidmiseks muid meetodeid, mida tänapäeval mahepõllunduses sagedamini kasutatakse, väidavad paljud eksperdid. Näiteks kattekultuuride, näiteks kevadkaera või karmiinpunase ristiku istutamine aitab peatada umbrohtude juurdumist paljas mullas ja mitmesuguste põllukultuuride kasvatamist kordamööda võib valejalgne umbrohi aidata populatsiooni pärssida. Moore juba liigub selles suunas. Ta pöörleb sojaube nisu, odra ja paari muu põllukultuuriga ning istutab mitmesuguseid täiendavaid kattekultuure, sealhulgas rukist ja herneid.
Samuti harib ta aeg-ajalt mulda, et aidata umbrohu kasvu pärssida. "Mida vähem peame kemikaale pihustama, seda parem," ütleb ta. Kuid saagi säilitamiseks ei saa põllumajandus herbitsiididest täielikult loobuda, ütleb Ziska. Kuna pakutakse väga vähe uusi kemikaale, peavad põllumajandustootjad olema herbitsiididega ettevaatlikumad, et tagada nende edaspidine töö. Tootjad peavad andma põllumajandustootjatele paremat nõu herbitsiidide kasutamise aja ja kasutamise kohta, lisab Matzrafi.
"Põllumehed ei saa enam lihtsalt pritsida ja palvetada," ütleb Otte.