Въведение
В глобалния театър на селското стопанство всеки ден се води безмилостна и тиха война. За разлика от епидемиите от насекоми или гъбичните епидемии, които могат да варират бурно в зависимост от сезонното време, натискът от плевели е математическа сигурност. От момента, в който дадена култура се зароди, тя трябва да се конкурира със силно агресивни, дълбоко вкоренени и бързо-растящи видове плевели за ограничени ресурси: слънчева светлина, почвена влага, пространство и жизненоважни макро-хранителни вещества. Оставени без контрол, нападенията от плевели бързо доминират в полето, задушавайки стоковите култури, блокирайки машините за жътва, намалявайки добивите до нула и замърсявайки събраното зърно с токсични или нежелани семена от плевели.
За да спре тази вегетативна конкуренция, съвременното земеделие разчита в голяма степен на хербициди-химични съединения, предназначени специално да нарушат растежа на растенията и да причинят гибел на растенията. Тези инструменти направиха революция в производството на храни, като драстично намалиха необходимостта от тежък ръчен труд и позволиха широкото приемане на практики за консервираща обработка на почвата, които предпазват почвените структури от ерозия.
Обаче ерата на разчитането на едно единствено химическо съединение за лесно почистване на поле е приключила. Плевелите са невероятно адаптивни организми и способността им да развиват резистентност към химикали превърна съвременното управление на плевелите в изключително сложен клон на биохимичната наука. За фермери, агрономи и консултанти по културите на дребно постигането на успешен контрол на плевелите вече не зависи само от избора на продукт, който твърди, че убива плевели. Вместо това изисква задълбочено, оперативно разбиране на начините на действие на хербицидите. Познаването как точно тези химикали взаимодействат с растителната биология е крайната предпоставка за проектиране на ефективни програми за пръскане, защита на безопасността на културите и запазване на тези безценни химически инструменти за бъдещето.
Дефиниране на терминологията: начин на действие срещу място на действие
За да се ориентирате в сложния свят на науката за плевелите, първо трябва да овладеете фундаменталната терминология, използвана за класифициране на тези химически инструменти. В индустриалната литература термините "начин на действие" и "място на действие" често се използват взаимозаменяемо, но те описват напълно различни биологични събития в целевото растение.
Начин на действие срещу място на действие
Начинът на действие се отнася до цялата последователност от събития, които се случват в растението от първоначалното усвояване на химикала до крайната смърт на организма. Той обхваща широкия механизъм на макро-ниво, чрез който хербицидът нарушава метаболизма или растежа на растенията. Например, начинът на действие може да бъде описан широко като "регулиране на растежа" или "инхибиране на синтеза на аминокиселини".
Обратно, мястото на действие (или механизмът на действие) е силно специфично. Той определя точното биохимично местоположение, обикновено специфичен ензим, протеин или рецепторна молекула в рамките на метаболитен път, с който хербицидната молекула се свързва и деактивира. Например, докато широкият начин на действие на глифозата е инхибиране на синтеза на аминокиселини, неговото специфично място на действие е ензимът EPSP синтаза. Разбирането на точното място на действие е от решаващо значение, тъй като то формира основата на международни класификационни системи, като номерационните кодове на Американското научно общество за плевели (WSSA) и Комитета за действие за устойчивост на хербициди (HRAC).
Мобилност: контактни срещу системни пътища
Физическото движение на хербицидите в растителната тъкан оказва силно влияние върху това колко бързо действат и колко старателно трябва да се прилагат.
Контактните химикали увреждат само специфичната растителна тъкан, която физически докосват. Те не се движат в цялата съдова система на растението. Ако капка от контактно пръскане попадне върху лист, тя ще изгори това листо, но няма да има ефект върху корените или съседните листа. Поради тази причина продуктите за контакт изискват изключително покритие при пръскане и са най-ефективни срещу малки, едногодишни плевели.
Системните хербициди, напротив, се абсорбират от корените или листата и се преместват в съдовата мрежа на растението (ксилема и флоема). Те пътуват от мястото на приложение директно до активните точки на растеж-апикалните меристеми-както в издънките, така и в корените. Тази мобилност прави системните продукти уникално способни да убиват големи плевели и жилави, многогодишни видове с дълбоки, презимуващи коренови системи.
Селективност: Целенасочено унищожаване
Друго важно отличие е химическата селективност. Селективните хербициди използват разликите във физиологията, анатомията или скоростта на метаболизма между видовете растения. Това им позволява да унищожават определени видове плевели, без да причиняват вреда на придружаващата култура, растяща в същия ред. Класически пример е селективен широколистен хербицид, който може да се напръска директно върху поле с тревни култури като царевица или пшеница, унищожавайки плевели като кадифено листо, като същевременно оставя културата напълно здрава.
Не-селективните продукти, от друга страна, са широкоспектърни убийци. Те притежават начин на действие, който е насочен към биологични процеси, основни за почти цялата зелена растителност. Следователно те ще наранят или унищожат всяко растение, с което се докоснат, което ги прави идеални за-предварителни{5}}операции за изгаряне или целенасочено индустриално разчистване.
Първичните начини на действие на хербицидите и техните визуални симптоми
За да диагностицират полеви проблеми, да разпознаят химическо отклонение или да преценят дали едно пръскане е било успешно, селскостопанските специалисти трябва да се запознаят с основните химични класове и уникалните визуални симптоми, които произвеждат в целевите растения.
Инхибитори на синтеза на аминокиселини
Растенията трябва да синтезират свои собствени основни аминокиселини, за да изградят протеини и да поддържат живота. Няколко основни семейства хербициди работят чрез селективно дезактивиране на ензимите, отговорни за тези пътища.
Инхибиторите на ацетолактат синтаза (ALS) (WSSA група 2) и инхибиторите на EPSP синтаза (WSSA група 9, която включва глифозат) са класически примери. Когато един плевел се третира с аминокиселинен инхибитор, производството на нови протеини спира незабавно. Тъй като растението трябва да изчерпи съществуващите си протеинови резерви, преди да настъпи структурен колапс, визуалните симптоми се развиват много бавно, често отнема една до три седмици, за да се появят.
Първоначалният симптом е отличително пожълтяване на най-младите листа, известно като хлороза, докато по-старите листа временно остават зелени. Тъй като точката на растеж гладува, растежът спира напълно, вените в листата могат да станат наситено червени или лилави и растението бавно претърпява пълна некроза и умира.
Разрушители на фотосинтезата и клетъчната мембрана
Някои химически класове нанасят много по-бърз и по-силен удар върху биологията на растенията, като се насочват към клетъчните машини, задвижвани от слънчевата светлина.
Инхибиторите на фотосистема II (PSII) (WSSA група 5, като атразин) се свързват със специфични протеини в хлоропластите, блокирайки електронната транспортна верига, необходима за фотосинтезата. Това блокиране причинява опасно натрупване на високо-енергийни молекули, които разрушават клетъчните мембрани.
Инхибиторите на протопорфириноген оксидазата (PPO) (WSSA група 14) нарушават решаващ ензим в синтеза на хлорофил, което води до катастрофално натрупване на съединения, които, когато са изложени на светлина, разкъсват стените на клетките.
Визуалните симптоми на тези разрушители на мембраната са бързи и безпогрешни. В рамките на часове след излагане на слънчева светлина, третираните листа придобиват-напоен с вода, тъмен вид. Тъканта бързо става кафява, изсъхва и изгаря до хрупкавост. Тъй като тези продукти често имат контакт или ограничена системна подвижност, те оставят отчетливи, локализирани петна от изгаряне навсякъде, където капчица спрей е имала контакт.
Регулатори на растежа и имитатори на ауксин
Синтетичните ауксини (WSSA група 4, включително 2,4-D и дикамба) представляват едни от най-старите и най-широко използвани селективни хербициди в историята. Тези съединения имитират естествените хормони на растежа на растенията, но са проектирани да бъдат много стабилни, което означава, че растението не може да ги разгради лесно.
Когато широколистен плевел абсорбира мимик на ауксин, неговият вътрешен сигнал за растеж става напълно некоординиран. Клетките в стъблата и вените на листата започват да се удължават бързо и неравномерно, докато други клетъчни процеси спират.
Получените зрителни симптоми са драматични и се наричат епинастия. Стъблата се извиват във формата на тирбушон, листата се извиват нагоре или надолу и цялото растение се изкривява в изкривени мутации. В рамките на дни този хаотичен, неконтролиран растеж срива съдовата система на растението, предотвратявайки водния транспорт и водещ до смърт.
Инхибитори на растежа на разсада и липидния синтез
Някои продукти са насочени към плевелите, преди те дори да излязат от повърхността на почвата. Инхибиторите на митозата (WSSA група 3) и инхибиторите на много дълго{2}}верижни мастни киселини (VLCFA) (WSSA група 15) са насочени към покълналите плевелни семена. Те нарушават клетъчното делене или блокират синтеза на липиди, които са от съществено значение за изграждането на нови клетъчни кутикули и мембрани в новопоявилите се издънки и корени.
Плевелите, засегнати от тези-продукти преди поникване, често умират под земята и никога не излизат на повърхността. Ако успеят да пробият почвата, те показват силно забавяне на растежа. Тревите може да не успеят да се развият от вихъра и да придобият вид на лук-, докато широколистните разсад показват набръчкани листа и силно скъсени коренови системи, подобни на-бухалки.
Максимизиране на ефикасността чрез стратегическо приложение
Избирането на молекула с перфектния начин на действие е просто структурен план; постигането на изключителен контрол на плевелите на полето изисква съгласуване на тази химия с прецизни стратегии за приложение и благоприятни екологични прозорци.
Време преди-поникване срещу-поникване
Основно стратегическо решение е дали да се приложи-преграда преди поникване, -приложена в почвата, или листно{2}}приложено пръскане след-поникване.
Обработките преди поникване се прилагат директно върху оголената почва, преди културата и плевелите да покълнат. Тезихербицидиседят в горния слой на почвената матрица, образувайки химическа бариера. Тъй като семената на плевелите абсорбират влагата от почвата, за да покълнат, те едновременно приемат химикала, който ги убива, преди да могат да поникнат и да се конкурират с културата. За-за да работят продуктите преди поникване, те изискват активиране на валежи или напояване малко след прилагането, за да се придвижи химикалът равномерно в горните няколко инча почва, където се намират семената на плевелите.
Приложенията след-поникване се извършват след като културата и плевелите са изникнали от земята. Тази стратегия позволява на производителя да идентифицира точните видове плевели и да избере целева химическа рецепта. Успехът след-поникването обаче спада експоненциално с нарастването на плевелите. Химикал, който осигурява 99% контрол върху дву-инчов плевел, може да осигури по-малко от 50% контрол върху шест-инчов плевел, тъй като по-големите растения притежават по-големи метаболитни резерви за разграждане на токсина.
Динамика на околната среда
Метеорологичните условия силно диктуват колко ефективно едно растение абсорбира и метаболизира приложение на хербицид. Растенията са силно динамични организми; когато метеорологичните условия са топли, слънчеви и почвената влага е в изобилие, растенията активно се транспирират и растат. При тези оптимални условия, плевелите абсорбират листните спрейове бързо и преместват системните продукти бързо надолу към корените си, като по този начин увеличават максимално ефикасността.
Обратно, когато плевелите са подложени на силен стрес от околната среда-като продължителна суша, екстремни горещини или необичайно ниски температури-те влизат в защитен режим, режим на оцеляване. За да запазят влагата, те затварят устицата си и удебеляват восъчния слой кутикула върху листата си. Освен това, тяхната съдова транслокация се забавя до пълзене. Ако по време на суша се приложи системен хербицид след поникване, химикалът ще се бори да проникне през удебелената повърхност на листата и малкото, което навлезе, ще остане в застой, вместо да достигне точките на растеж, което води до лош контрол.
Качество на водата и адюванти
Водата в резервоара на пръскачката представлява повече от 99% от крайния разтвор за пръскане, което прави качеството на водата жизненоважна променлива. Твърдата вода съдържа високи концентрации на магнезиеви и калциеви катиони. Тези положително заредени йони се свързват здраво с отрицателно заредени хербицидни молекули (като глифозат или глуфозинат), неутрализирайки ги, преди изобщо да напуснат дюзата за пръскане. За да се борят с това, производителите трябва да добавят водни кондиционери като амониев сулфат (AMS), за да свържат минералите от твърдата вода, преди да смесят химикала.
Освен това, тъй като много листа на плевелите са покрити със силно хидрофобна, восъчна кутикула, предназначена да отблъсква водата, добавянето на специализирани адюванти не-подлежи на обсъждане. Повърхностноактивните вещества намаляват повърхностното напрежение на водната капка, което я кара да се изравни и да покрие листата, вместо да се търкаля. Маслените концентрати (COC) и метилираните масла от семена (MSO) отиват една крачка напред, като активно омекотяват и проникват във восъчната кутикула, за да пренесат активните хербицидни молекули директно в растителните клетки.
Управление на устойчивостта и устойчив контрол на плевелите
Бързото и широко разпространено развитие на устойчивостта към хербициди е може би най-сериозното агрономическо предизвикателство на двадесет-първи век. Когато фермерите разчитат изключително на едно място на действие година след година, те прилагат интензивен еволюционен натиск върху полето. От популация от милиарди плевели, малка част ще притежава естествена, генетична мутация, която им позволява да оцелеят срещу този специфичен химикал. Ако същият химикал се прилага многократно, податливите плевели се унищожават, оставяйки мутиралите оцелели да се кръстосат-да се опрашват, размножават и напълно да превземат пейзажа.
Декодиране на кода: силата на химическата ротация
За да предотвратят разпространението на тези „суперплевели“, производителите трябва да се отдалечат от оценката на продуктите по техните търговски марки и да се съсредоточат стриктно върху редуването на различни места на действие. За да се опрости този процес, международните регулаторни органи изискват всички търговски опаковки ясно да показват номера на WSSA Group или буквата на HRAC Group върху предния етикет.
Истинското химическо сеитбообращение означава да се гарантира, че последователните приложения през целия цикъл на културите-и през годините на ротация на културите-разчитат на напълно различни номера на групите. Ако инхибитор на ALS (група 2) се използва през пролетта, последващото- приложение трябва да използва различен механизъм, като инхибитор на PPO (група 14) или глюфозинатен продукт (група 10).
Освен това използването на резервоарни смеси за много -места е изключителна отбранителна стратегия. Чрез прилагане на разтвор за пръскане, който комбинира две или повече различни групови номера, които са насочени към различни ензими едновременно, всеки вариант на плевел, който е естествено устойчив на Група А, бързо се елиминира от Група Б, предотвратявайки предаването на резистентния ген на следващото поколение.
Интегрирано управление на плевелите (IWM)
Химикалите никога не трябва да бъдат единствената линия на защита срещу навлизането на плевели. Крайната еволюция на съвременната защита на културите е интегрираното управление на плевелите (IWM)-холистична рамка, която обединява химическата прецизност с културни, механични и биологични тактики, за да намали цялостната зависимост от синтетични вложени материали.
Покривни култури: Засаждане на гъсти есенни покривни култури като зърнена ръж, за да покрият физически почвата, блокирайки слънчевата светлина да достигне до семената на плевелите и потискайки ранното-пролетно поникване.
Тесни разстояния между редовете: Регулирането на конфигурациите на сеялката към по-тесни редове позволява бързо затваряне на куполната култура, засенчвайки плевелите и премахвайки достъпа им до слънчева светлина.
Механично култивиране: Използвайки прецизни, GPS-насочвани междуредови-култиватори, за да разрушат физически кореновите системи между редовете на културите, без да нарушават здравето на почвата директно под паричната култура.
Унищожаватели на семена: Използване на модерни ударни мелници-за прибиране на семена, които пулверизират семената на плевелите, докато преминават през комбайна, предотвратявайки връщането им в почвената банка със семена.
Чрез внедряването на разнообразен набор от не-химични тактики, производителите намаляват общата гъстота на семената на плевелите, минимизирайки честотата и интензивността на химическите интервенции. Този балансиран подход облекчава еволюционния селективен натиск върху нашите съществуващи химикали, като гарантира тяхната жизнеспособност за бъдещите поколения.
Заключение
Съвременната селскостопанска индустрия е натоварена с монументална цел: да изхрани бързо нарастващото глобално население, като същевременно активно намалява отпечатъка си върху околната среда и поддържа икономическа жизнеспособност. В рамките на това деликатно уравнение хербицидите остават основен стълб на продоволствената сигурност, служейки като незаменима защита срещу разрушителния потенциал-ограбващ добивите на конкуренцията с плевелите.
Дните на неусложнения, широко{0}}спектърен химически контрол на плевелите обаче са твърдо в миналото. Постигането на последователно, разходно{2}}ефективно и безопасно управление на плевелите изисква преход от основно приложение към напреднало биохимично управление. Това изисква земеделските професионалисти да разбират напълно фините нюанси между начините на действие и местата на действие, да разпознават визуалните сигнатури на различни групи химикали и щателно да отчитат времето на прилагане, кондиционирането на водата и променливите на стреса в околната среда.
В крайна сметка, бъдещето на устойчивия контрол на плевелите е в запазването на химията чрез вариации. Чрез активна ротация на номерата на групите на WSSA/HRAC, проектиране на много-местни резервоарни смеси и поместване на тези химически приложения в рамките на стабилна, много-интегрирана рамка за управление на плевелите, глобалната селскостопанска общност може успешно да надхитри заплахата от резистентност. Този балансиран, научно обоснован подход гарантира, че нашите полета остават чисти, нашите хранителни запаси остават в изобилие и нашите земеделски екосистеми остават устойчиви за десетилетия напред.
