Sissejuhatus
Globaalses põllumajandusteatris peetakse iga päev lakkamatut ja vaikset sõda. Erinevalt putukapuhangutest või seeneepideemiatest, mis võivad olenevalt hooajalisest ilmast metsikult kõikuda, on umbrohusurve matemaatiline kindlus. Alates põllukultuuri seemnete külvamisest peab see konkureerima üliagressiivsete, sügavalt juurdunud ja kiiresti{2}}kasvavate umbrohuliikidega piiratud ressursside – päikesevalguse, mulla niiskuse, ruumi ja elutähtsate makro-toitainete pärast. Kui umbrohutõrjet ei võeta, domineerivad põllul kiiresti umbrohutaudid, mis lämmatavad ära tulusaagi, nakatavad saagikoristusmasinaid, vähendavad saagikust nullini ja saastavad koristatud teravilja mürgiste või soovimatute umbrohuseemnetega.
Selle vegetatiivse konkurentsi vaos hoidmiseks toetub kaasaegne põllumajandus suuresti herbitsiidide{0}}keemilistele ühenditele, mis on loodud spetsiaalselt taimede kasvu häirimiseks ja taimede surma põhjustamiseks. Need tööriistad on muutnud toidutootmise revolutsiooniliseks, vähendades drastiliselt vajadust käsitsitöö järele ja võimaldades laialdaselt kasutusele võtta säästvaid mullaharimistavasid, mis kaitsevad mulla struktuure erosiooni eest.
Kuid ajastu, mil põlde puhastamiseks kasutati ühte keemilist ühendit, on möödas. Umbrohud on uskumatult kohanemisvõimelised organismid ja nende võime arendada vastupanuvõimet keemiliste sisendite suhtes on muutnud kaasaegse umbrohutõrje biokeemiateaduse ülimalt keerukaks haruks. Põllumeeste, agronoomide ja põllukultuuride jaemüüjate nõustajate jaoks ei sõltu edukas umbrohutõrje saavutamine enam pelgalt umbrohtu hävitava toote valimisest. Selle asemel nõuab see põhjalikku ja operatiivset arusaamist herbitsiidide toimeviisidest. Teades täpselt, kuidas need kemikaalid taimebioloogiaga interakteeruvad, on ülim eeltingimus tõhusate pritsimisprogrammide kavandamiseks, põllukultuuride ohutuse kaitsmiseks ja nende hindamatute keemiliste tööriistade säilitamiseks tulevikus.
Terminoloogia määratlemine: tegevusviis vs. tegevuskoht
Umbrohuteaduse keerulises maailmas navigeerimiseks tuleb kõigepealt omandada põhiterminoloogia, mida kasutatakse nende keemiliste tööriistade klassifitseerimiseks. Tööstusalases kirjanduses kasutatakse termineid "toimeviis" ja "toimekoht" sageli sünonüümidena, kuid need kirjeldavad täiesti erinevaid bioloogilisi sündmusi sihttehases.
Tegevusviis vs. tegevuskoht
Toimeviis viitab kogu sündmuste jadale, mis toimub taimes alates kemikaali esmasest imendumisest kuni organismi lõpliku surmani. See hõlmab laia makrotasandi mehhanismi, mille abil herbitsiid häirib taimede ainevahetust või kasvu. Näiteks võib toimeviisi laias laastus kirjeldada kui "kasvu reguleerimist" või "aminohapete sünteesi inhibeerimist".
Vastupidi, toimekoht (või toimemehhanism) on väga spetsiifiline. See määrab kindlaks täpse biokeemilise asukoha, tavaliselt teatud ensüümi, valgu või retseptori molekuli metaboolses rajas, millega herbitsiidimolekul seondub ja mille deaktiveerib. Näiteks kui glüfosaadi laialdane toimeviis on aminohapete sünteesi inhibeerimine, siis selle spetsiifiliseks toimekohaks on EPSP süntaasi ensüüm. Täpse tegevuskoha mõistmine on ülioluline, kuna see on rahvusvaheliste klassifikatsioonisüsteemide, nagu Ameerika Weed Science Society (WSSA) ja herbitsiidiresistentsuse tegevuskomitee (HRAC) nummerdamiskoodide aluseks.
Mobiilsus: kontakt vs süsteemsed teed
Herbitsiidide füüsiline liikumine taimekoes mõjutab tugevalt nende toimimise kiirust ja nende kasutamise põhjalikkust.
Kontaktkemikaalid kahjustavad ainult konkreetset taimekudet, mida nad füüsiliselt puudutavad. Nad ei liigu kogu taime veresoonkonnas. Kui kontaktpihusti tilk satub lehele, põletab see selle lehe, kuid see ei mõjuta juuri ega külgnevaid lehti. Sel põhjusel vajavad kontakttooted erakordset pihustamist ja on kõige tõhusamad väikeste üheaastaste umbrohtude vastu.
Süsteemsed herbitsiidid seevastu imenduvad juurtesse või lehtedesse ja kanduvad ümber kogu taime veresoonte võrgustikku (ksüleem ja floeem). Nad liiguvad kasutuskohast otse aktiivsetesse kasvupunktidesse-tippmeristeemidesse-nii võrsetes kui ka juurtes. See liikuvus muudab süsteemsed tooted ainulaadseks võimeliseks hävitama suuri umbrohtu ja tugevaid, mitmeaastaseid liike, millel on sügav ja talvitumine.
Selektiivsus: sihipärane hävitamine
Teine oluline erinevus on keemiline selektiivsus. Selektiivsed herbitsiidid kasutavad taimeliikidevahelisi erinevusi füsioloogias, anatoomias või ainevahetuse kiirustes. See võimaldab neil hävitada konkreetseid umbrohutüüpe, kahjustamata samas reas kasvavat kaaskultuuri. Klassikaline näide on selektiivne laialeheline herbitsiid, mida saab pihustada otse rohukultuuride, näiteks maisi või nisu, põllule, hävitades umbrohu, nagu sametleht, jättes saagi täiesti terveks.
Teisest küljest on mitte-selektiivsed tooted laia-spektriga tapjad. Neil on toimimisviis, mis on suunatud peaaegu kogu rohelise taimestiku jaoks olulistele bioloogilistele protsessidele. Järelikult vigastavad või hävitavad nad kõiki taimi, millega nad kokku puutuvad, mistõttu on need ideaalsed -istutuseelseteks põletus-operatsioonideks või sihipäraseks tööstuslikuks puhastamiseks.
Peamised herbitsiidi toimeviisid ja nende visuaalsed sümptomid
Põlluprobleemide diagnoosimiseks, keemilise triivi äratundmiseks või pihustamise õnnestumise hindamiseks peavad põllumajandusspetsialistid tutvuma esmaste kemikaalide klassidega ja ainulaadsete visuaalsete sümptomitega, mida nad sihttaimedes tekitavad.
Aminohapete sünteesi inhibiitorid
Taimed peavad sünteesima oma asendamatud aminohapped, et luua valke ja säilitada elu. Mitmed suuremad herbitsiidide perekonnad töötavad selektiivselt blokeerides nende radade eest vastutavad ensüümid.
Klassikalised näited on atsetolaktaadi süntaasi (ALS) inhibiitorid (WSSA rühm 2) ja EPSP süntaasi inhibiitorid (WSSA rühm 9, mis sisaldab glüfosaati). Kui umbrohtu töödeldakse aminohapete inhibiitoriga, peatub uute valkude tootmine koheselt. Kuna taim peab enne struktuurse kollapsi tekkimist oma olemasolevad valguvarud ammendama, arenevad visuaalsed sümptomid väga aeglaselt, sageli kulub nende ilmnemiseks üks kuni kolm nädalat.
Esialgne sümptom on noorimate lehtede iseloomulik kollaseks muutumine, mida nimetatakse kloroosiks, samas kui vanemad lehed jäävad ajutiselt roheliseks. Kui kasvukoht nälgib, lakkab kasv täielikult, lehtede veenid võivad muutuda sügavpunaseks või lillaks ning taim läbib aeglaselt täieliku nekroosi ja sureb.
Fotosünteetilised ja rakumembraani rikkujad
Mõned keemiaklassid annavad taimebioloogiale palju kiirema ja ägedama löögi, võttes sihikule päikesevalguse poolt juhitava rakusüsteemi.
Photosystem II (PSII) inhibiitorid (WSSA rühm 5, näiteks atrasiin) seonduvad kloroplastides spetsiifiliste valkudega, blokeerides fotosünteesiks vajaliku elektronide transpordiahela. See ummistus põhjustab suure-energiaga molekulide ohtlikku kogunemist, mis hävitavad rakumembraane.
Protoporfürinogeeni oksüdaasi (PPO) inhibiitorid (WSSA rühm 14) häirivad klorofülli sünteesis olulist ensüümi, põhjustades ühendite katastroofilist kuhjumist, mis valguse käes rebivad rakuseinad laiali.
Nende membraani lõhkujate visuaalsed sümptomid on kiired ja selged. Mõne tunni jooksul pärast päikesevalguse käes viibimist omandavad töödeldud lehed vees{1}}leotatud ja tumeda välimuse. Kude muutub kiiresti pruuniks, kuivab ja põleb krõbedaks. Kuna need tooted on sageli kontakti või piiratud süsteemse liikuvusega, jätavad need selged lokaalsed põletuskohad kõikjal, kus pihustustilk kokku puutub.
Kasvuregulaatorid ja auksiini jäljendajad
Sünteetilised auksiinid (WSSA rühm 4, sealhulgas 2,4-D ja dikamba) on ajaloos ühed vanimad ja enim kasutatud selektiivsed herbitsiidid. Need ühendid jäljendavad looduslikke taimede kasvuhormoone, kuid need on loodud olema väga stabiilsed, mis tähendab, et taim ei saa neid kergesti lagundada.
Kui laialeheline umbrohi neelab auksiinimiimika, muutub selle sisemine kasvusignaal täiesti koordineerimata. Varres ja lehesoontes olevad rakud hakkavad kiiresti ja ebaühtlaselt pikenema, samas kui teised rakuprotsessid seiskuvad.
Sellest tulenevad visuaalsed sümptomid on dramaatilised ja neid nimetatakse epinastiaks. Varred keerduvad korgitseri kujuliseks, lehed tõmbuvad üles või alla ja kogu taim kõverdub moonutatud mutatsioonideks. See kaootiline, kontrollimatu kasv variseb mõne päeva jooksul taime veresoonkonna kokku, takistades vee transportimist ja põhjustades surma.
Seemnete kasvu ja lipiidide sünteesi inhibiitorid
Teatud tooted sihivad umbrohtu juba enne, kui need isegi mullapinnast välja tulevad. Mitoosi inhibiitorid (WSSA rühm 3) ja väga pika -ahelaga rasvhapete (VLCFA) inhibiitorid (WSSA rühm 15) on suunatud idanevate umbrohtude seemnetele. Need häirivad rakkude jagunemist või blokeerivad lipiidide sünteesi, mis on hädavajalikud uute raku küünenahade ja membraanide ehitamiseks tärkavates võrsetes ja juurtes.
Nendest tärkamiseelsetest toodetest{0}}mõjutatud umbrohi sureb sageli maa all ega ilmu kunagi pinnale. Kui neil õnnestub mulda rikkuda, on neil tõsine kängumine. Kõrrelised ei pruugi keerisest lahti rullida, omandades sibulakujulise välimuse, samal ajal kui laialehelistel seemikutel on kortsus lehed ja tugevalt lühendatud, hariliku-juuresüsteemid.
Tõhususe maksimeerimine strateegilise rakenduse kaudu
Täiusliku toimeviisiga molekuli valimine on vaid struktuurne plaan; erakordse umbrohutõrje saavutamine põllul nõuab selle keemia vastavusse viimist täpsete rakendusstrateegiate ja soodsate keskkonnaakendega.
Tekkimiseelne-tekkimisjärgne-ajastamine
Põhiline strateegiline otsus on see, kas kasutada pinnasele -kasutatud tärkamiseelset tõket- või lehtedele -kasutatud tärkamisjärgset-pihustit.
Tärkamiseelset-töötlust rakendatakse otse paljale pinnasele enne põllukultuuride ja umbrohtude idanemist. Needherbitsiididistuvad mullamaatriksi ülemises kihis, moodustades keemilise barjääri. Kuna umbrohuseemned imavad idanemiseks mulla niiskust, võtavad nad endasse samaaegselt kemikaali, mis tapab nad enne, kui nad jõuavad tärgata ja saagiga konkureerida. Tärkamiseelsete toodete toimimiseks peavad nad kohe pärast pealekandmist aktiveerima vihmasaju või kastmist, et viia kemikaal ühtlaselt paari tolli ülemisse pinnasesse, kus asuvad umbrohuseemned.
Tärkamisjärgsed-rakendused teostatakse pärast seda, kui nii saak kui ka umbrohi on maapinnast tõusnud. See strateegia võimaldab kasvatajal täpselt kindlaks teha olemasolevad umbrohuliigid ja valida sihipärase keemilise retsepti. Tärkamisjärgne-edu langeb aga plahvatuslikult, kui umbrohi kasvab. Kemikaal, mis tõrjub 99% kahe-tollise umbrohu vastu, võib anda 6-tollise umbrohu tõrje alla 50%, kuna suurematel taimedel on toksiini lagundamiseks suuremad metaboolsed varud.
Keskkonnadünaamika
Ilmastikutingimused määravad suuresti, kui tõhusalt taim neelab ja metaboliseerib herbitsiidi kasutamist. Taimed on väga dünaamilised organismid; kui ilmastikutingimused on soojad, päikesepaistelised ja mulla niiskust on palju, hakkavad taimed aktiivselt transpireerima ja kasvama. Nendes optimaalsetes tingimustes imavad umbrohud lehepihustusi kiiresti ja viivad süsteemsed tooted kiiresti juurteni, suurendades tõhusust.
Vastupidi, kui umbrohtudele avaldatakse tõsist keskkonnastressi,{0}}nagu pikaajaline põud, äärmuslik kuumus või ebatavaliselt külm temperatuur-, lülituvad nad kaitse-, ellujäämisrežiimi. Niiskuse säilitamiseks sulgevad nad oma stoomi ja paksendavad lehtedel olevat vahajas küünenahakihti. Lisaks aeglustub nende veresoonte translokatsioon kuni roomamiseni. Kui põua ajal kasutatakse -tärkamisjärgset süsteemset herbitsiidi, on kemikaalil raskusi, et tungida läbi paksenenud lehepinna, ja see, mis vähegi siseneb, ripub pigem seisma, kui ei jõua kasvukohta, mille tulemuseks on halb tõrje.
Vee kvaliteet ja abiained
Pihusti paagis olev vesi moodustab enam kui 99% lõplikust pihustuslahusest, mistõttu on vee kvaliteet oluline muutuja. Kare vesi sisaldab suures kontsentratsioonis magneesiumi ja kaltsiumi katioone. Need positiivselt laetud ioonid seonduvad tihedalt negatiivselt laetud herbitsiidimolekulidega (nagu glüfosaat või glufosinaat), neutraliseerides need enne, kui need pihustusotsikust väljuvad. Selle vastu võitlemiseks peavad kasvatajad enne kemikaali segamist kõva vee mineraalide sidumiseks lisama veekonditsioneere, nagu ammooniumsulfaat (AMS).
Lisaks, kuna paljud umbrohulehed on kaetud väga hüdrofoobse, vahajas küünenahaga, mis on loodud vett tõrjuma, ei ole spetsiaalsete abiainete lisamine-vaikeldav. Pindaktiivsed ained vähendavad veepiiskade pindpinevust, pannes selle pigem lamedaks ja lehed katma, mitte maha veerema. Põllukultuuride õlikontsentraadid (COC) ja metüülitud seemneõlid (MSO) lähevad sammu kaugemale, pehmendavad ja tungivad aktiivselt vahajas küünenahasse, kandes aktiivsed herbitsiidimolekulid otse taimerakkudesse.
Resistentsuse juhtimine ja säästev umbrohutõrje
Herbitsiidiresistentsuse kiire ja laiaulatuslik areng on vaieldamatult kahekümne{0}}esimese sajandi kõige tõsisem agronoomiline väljakutse. Kui põllumehed toetuvad aastast aastasse ainult ühele tegevuskohale, avaldavad nad põllule tugevat evolutsioonilist survet. Miljarditest umbrohtudest koosnevast populatsioonist on väikesel osal loomulik geneetiline mutatsioon, mis võimaldab neil selle konkreetse kemikaali toimel ellu jääda. Kui sama kemikaali kasutatakse korduvalt, hävitatakse vastuvõtlikud umbrohud, jättes muteerunud ellujäänutele ristu-tolmlema, paljunema ja maastiku täielikult üle võtma.
Koodi dekodeerimine: keemilise pöörlemise jõud
Et vältida nende "superumbrohtude" levikut, peavad kasvatajad loobuma toodete hindamisest oma kaubanduslike kaubamärkide järgi ja keskenduma rangelt erinevate tegevuskohtade vahetamisele. Selle protsessi lihtsustamiseks kohustavad rahvusvahelised reguleerivad asutused, et kõikide kaubanduslike pakendite esisildil oleks selgelt märgitud WSSA grupi number või HRAC rühma täht.
Tõeline keemiline vaheldumine tähendab selle tagamist, et järjestikused rakendused kogu külvitsükli jooksul-ja külvikorraaastatel-toetuvad täiesti erinevatele rühmanumbritele. Kui kevadel kasutatakse ALS-i inhibiitorit (2. rühm), peab järelrakendus kasutama teistsugust mehhanismi, nagu PPO inhibiitor (14. rühm) või glufosinaattoode (10. rühm).
Lisaks on mitmel{0}}kohal tankisegude kasutamine erakordne kaitsestrateegia. Kasutades pihustuslahust, mis ühendab korraga kahte või enamat erinevat rühmanumbrit, mis on suunatud erinevatele ensüümidele, kõrvaldab rühm B kiiresti kõik umbrohu variandid, mis on loomulikult A-rühma suhtes resistentsed, vältides resistentse geeni edasikandumist järgmisele põlvkonnale.
Integreeritud umbrohutõrje (IWM)
Kemikaalid ei tohiks kunagi olla ainus kaitseliin umbrohu leviku vastu. Kaasaegse taimekaitse ülim areng on integreeritud umbrohutõrje (IWM)-terviklik raamistik, mis ühendab keemilise täpsuse kultuuriliste, mehaaniliste ja bioloogiliste taktikatega, et vähendada üldist sõltuvust sünteetilistest sisenditest.
Kattekultuurid: istutage tihedad sügisesed kattekultuurid, nagu teraviljarukis, et katta mulda füüsiliselt, takistades päikesevalguse jõudmist umbrohuseemneteni ja pärssides varajast{0}}kevadist idanemist.
Kitsas reavahe: istutusmasina konfiguratsioonide kohandamine kitsamatele ridadele võimaldab sulatatud põllukultuuride võra kiiresti sulgeda, varjutades umbrohu ja eemaldades nende juurdepääsu päikesevalgusele.
Mehaaniline kultiveerimine: täppis-, GPS{0}}juhitud ridadevaheliste-kultivaatorite kasutamine, et füüsiliselt häirida põllukultuuride ridadevahelisi juuresteid, ilma et see häiriks mulla tervist otse viljasaagi all.
Seemne hävitajad: kasutavad kaasaegseid saagikoristus{0}}seemnete löökveskeid, mis pulbristavad umbrohuseemneid, kui need läbivad kombaini, takistades nende naasmist mulla seemnepangale.
Kasutades mitmesuguseid mitte-keemilisi taktikaid, vähendavad kasvatajad üldist umbrohuseemnepanga tihedust, minimeerides keemiliste sekkumiste sagedust ja intensiivsust. See tasakaalustatud lähenemisviis leevendab meie olemasolevatele keemilistele sisenditele avaldatavat evolutsioonilist valikusurvet, tagades nende elujõulisuse tulevastele põlvkondadele.
Järeldus
Kaasaegse põllumajandustööstuse ülesandeks on monumentaalne eesmärk: toita kiiresti kasvavat maailma elanikkonda, vähendades samal ajal aktiivselt selle keskkonnajalajälge ja säilitades majanduslikku elujõulisust. Selle õrna võrrandi raames jäävad herbitsiidid toiduga kindlustatuse põhisambaks, mis on asendamatu kaitse umbrohukonkurentsi hävitava ja saaki rööviva potentsiaali vastu.
Kuid lihtsa ja laia spektriga{0}}keemilise umbrohutõrje ajad on kindlalt minevik. Järjepidev, kuluefektiivne ja ohutu umbrohutõrje saavutamine nõuab üleminekut põhirakenduselt täiustatud biokeemilisele juhtimisele. See nõuab, et põllumajandusspetsialistid mõistaksid põhjalikult toimeviiside ja toimekohtade vahelisi peeneid nüansse, tunneksid ära erinevate kemikaalide perekondade visuaalsed allkirjad ja arvestaksid hoolikalt kasutusaja, vee konditsioneerimise ja keskkonnastressi muutujatega.
Lõppkokkuvõttes seisneb säästva umbrohutõrje tulevik keemia säilitamises muutmise kaudu. WSSA/HRAC-i gruppide arvu aktiivselt vahetades, mitmel-kohal paakide segusid kavandades ja nende keemiliste rakenduste paigutamisel tugevasse ja mitmekülgsesse integreeritud umbrohutõrje raamistikku, saab ülemaailmne põllumajanduskogukond edukalt resistentsuse ohust üle saada. See tasakaalustatud, teaduslikult põhjendatud lähenemisviis tagab, et meie põllud jäävad puhtaks, meie toiduvarud on külluslikud ja meie põllumajanduslikud ökosüsteemid püsivad vastupidavana veel aastakümneteks.
