Ievads
Globālajā lauksaimniecības teātrī katru dienu notiek nerimstošs un kluss karš. Atšķirībā no kukaiņu uzliesmojumiem vai sēnīšu epidēmijām, kas var ievērojami svārstīties atkarībā no sezonas laikapstākļiem, nezāļu spiediens ir matemātiska pārliecība. No sēklu rašanās brīža tai jākonkurē ar ļoti agresīvām, dziļi iesakņojušām un ātri augošām nezāļu sugām par ierobežotiem resursiem: saules gaismu, augsnes mitrumu, telpu un vitāli svarīgām makro-elementiem. Neapsaimniekotas nezāļu invāzijas ātri dominē laukā, izslāpē ražas, aizķerot ražas novākšanas tehniku, samazinot ražu līdz nullei un piesārņojot novāktos graudus ar toksiskām vai nevēlamām nezāļu sēklām.
Lai saglabātu šo veģetatīvo konkurenci, mūsdienu lauksaimniecība lielā mērā paļaujas uz herbicīdiem{0}}ķīmiskiem savienojumiem, kas īpaši izstrādāti, lai traucētu augu augšanu un izraisītu augu nāvi. Šie rīki ir radījuši apvērsumu pārtikas ražošanā, krasi samazinot vajadzību pēc nepārvaramas roku darba un ļaujot plaši izmantot saglabājošas augsnes apstrādes metodes, kas aizsargā augsnes struktūras no erozijas.
Tomēr laikmets, kad paļāvās uz vienu ķīmisku savienojumu, lai viegli notīrītu lauku, ir beidzies. Nezāles ir neticami pielāgojami organismi, un to spēja attīstīt izturību pret ķīmiskām vielām ir pārvērtusi mūsdienu nezāļu apkarošanu par ļoti sarežģītu bioķīmiskās zinātnes nozari. Lauksaimniekiem, agronomiem un mazumtirdzniecības ražas konsultantiem veiksmīga nezāļu apkarošana vairs nav atkarīga tikai no tāda produkta izvēles, kas apgalvo, ka iznīcina nezāles. Tā vietā ir nepieciešama dziļa, operatīva izpratne par herbicīdu darbības veidiem. Precīzi zināt, kā šīs ķīmiskās vielas mijiedarbojas ar augu bioloģiju, ir galvenais priekšnoteikums, lai izstrādātu efektīvas smidzināšanas programmas, aizsargātu ražas drošību un saglabātu šos nenovērtējamos ķīmiskos rīkus nākotnē.
Terminoloģijas definēšana: darbības veids salīdzinājumā ar darbības vietu
Lai orientētos sarežģītajā nezāļu zinātnes pasaulē, vispirms ir jāapgūst fundamentālā terminoloģija, kas izmantota šo ķīmisko rīku klasificēšanai. Nozares literatūrā termini "darbības veids" un "darbības vieta" bieži tiek lietoti kā sinonīmi, tomēr tie apraksta pilnīgi atšķirīgus bioloģiskos notikumus mērķa augā.
Darbības veids salīdzinājumā ar darbības vietu
Darbības veids attiecas uz visu notikumu secību, kas notiek augā no sākotnējās ķīmiskās vielas uzsūkšanās līdz pilnīgai organisma nāvei. Tas ietver plašu makro{1}līmeņa mehānismu, ar kura palīdzību herbicīds izjauc augu metabolismu vai augšanu. Piemēram, darbības veidu var plaši raksturot kā "augšanas regulēšanu" vai "aminoskābju sintēzes kavēšanu".
Un otrādi, darbības vieta (vai darbības mehānisms) ir ļoti specifisks. Tas precīzi nosaka precīzu bioķīmisko atrašanās vietu, parasti konkrēta enzīma, proteīna vai receptora molekula vielmaiņas ceļā, ar kuru herbicīda molekula saistās un deaktivizējas. Piemēram, lai gan glifosāta plašais darbības veids ir aminoskābju sintēzes inhibīcija, tā specifiskā darbības vieta ir EPSP sintāzes enzīms. Precīzas darbības vietas izpratne ir ļoti svarīga, jo tā veido starptautisko klasifikācijas sistēmu, piemēram, Amerikas Nezāļu zinātnes biedrības (WSSA) un Herbicīdu rezistences rīcības komitejas (HRAC) numerācijas kodu, pamatu.
Mobilitāte: kontakts pret sistēmiskiem ceļiem
Herbicīdu fiziskā kustība augu audos lielā mērā ietekmē to darbības ātrumu un to, cik rūpīgi tie jāpielieto.
Saskare ar ķimikālijām tikai traumē konkrētos augu audus, kuriem tās fiziski pieskaras. Tie nepārvietojas visā auga asinsvadu sistēmā. Ja kontakta aerosola piliens nokļūst uz lapas, tas sadedzinās šo lapu, bet tas neietekmēs saknes vai blakus esošās lapas. Šī iemesla dēļ kontaktproduktiem ir nepieciešams izcils izsmidzināšanas pārklājums, un tie ir visefektīvākie pret mazām viengadīgām nezālēm.
Turpretim sistēmiskos herbicīdus absorbē saknes vai lapas un pārvieto visā auga asinsvadu tīklā (ksilēma un floēma). Tie pārvietojas no aplikācijas vietas tieši uz aktīvajiem augšanas punktiem-apikālajām meristēmām-gan dzinumos, gan saknēs. Šī mobilitāte padara sistēmiskus produktus unikāli spējīgus iznīcināt lielas nezāles un izturīgas, daudzgadīgas sugas ar dziļām, ziemojošām sakņu sistēmām.
Selektivitāte: mērķtiecīga iznīcināšana
Vēl viena būtiska atšķirība ir ķīmiskā selektivitāte. Selektīvie herbicīdi izmanto augu sugu atšķirības fizioloģijā, anatomijā vai vielmaiņas ātrumā. Tas ļauj tiem iznīcināt noteiktus nezāļu veidus, nenodarot nekādu kaitējumu blakusaugiem, kas aug tajā pašā rindā. Klasisks piemērs ir selektīvs platlapju herbicīds, ko var izsmidzināt tieši virs zālāju, piemēram, kukurūzas vai kviešu, lauka, iznīcinot nezāles, piemēram, samtenes, vienlaikus atstājot ražu pilnīgi veselu.
No otras puses, ne-selektīvie produkti ir plaša spektra-slepkavas. Viņiem ir darbības veids, kas ir vērsts uz bioloģiskajiem procesiem, kas ir būtiski gandrīz visā zaļajā veģetācijā. Līdz ar to tie ievainos vai iznīcinās jebkuru augu, ar kuru tie saskaras, padarot tos ideāli piemērotus pirmsstādīšanas sadedzināšanas-operācijām vai mērķtiecīgai rūpnieciskai likvidēšanai.
Primārie herbicīdu darbības veidi un to vizuālie simptomi
Lai diagnosticētu lauka problēmas, atpazītu ķīmisko novirzi vai novērtētu, vai izsmidzināšana bija veiksmīga, lauksaimniecības speciālistiem ir jāiepazīstas ar primārajām ķīmiskajām klasēm un unikālajiem vizuālajiem simptomiem, ko tie rada mērķa augiem.
Aminoskābju sintēzes inhibitori
Augiem ir jāsintezē savas neaizstājamās aminoskābes, lai veidotu olbaltumvielas un uzturētu dzīvību. Vairākas galvenās herbicīdu grupas darbojas, selektīvi atspējojot fermentus, kas ir atbildīgi par šiem ceļiem.
Klasiski piemēri ir acetolaktāta sintāzes (ALS) inhibitori (WSSA 2. grupa) un EPSP sintāzes inhibitori (WSSA 9. grupa, kas ietver glifosātu). Ja nezāle tiek apstrādāta ar aminoskābju inhibitoru, jaunu proteīnu ražošana nekavējoties apstājas. Tā kā augam ir jāizsmeļ esošās olbaltumvielu rezerves, pirms notiek struktūras sabrukums, vizuālie simptomi attīstās ļoti lēni, bieži vien, lai parādītu vienu līdz trīs nedēļas.
Sākotnējais simptoms ir jaunāko lapu izteikta dzeltenība, kas pazīstama kā hloroze, savukārt vecākās lapas īslaicīgi paliek zaļas. Tā kā augšanas vieta badās, augšana pilnībā apstājas, lapu dzīslas var kļūt tumši sarkanas vai purpursarkanas, un augs lēnām iziet pilnīgu nekrozi un iet bojā.
Fotosintētiskie un šūnu membrānas traucētāji
Dažas ķīmisko vielu klases sniedz daudz ātrāku un vardarbīgāku triecienu augu bioloģijai, vēršoties pret šūnu iekārtām, ko darbina saules gaisma.
Fotosistēmas II (PSII) inhibitori (WSSA 5. grupa, piemēram, atrazīns) saistās ar specifiskiem proteīniem hloroplastos, bloķējot fotosintēzei nepieciešamo elektronu transportēšanas ķēdi. Šis aizsprostojums izraisa bīstamu augstas-enerģijas molekulu uzkrāšanos, kas iznīcina šūnu membrānas.
Protoporfirinogēnoksidāzes (PPO) inhibitori (WSSA 14. grupa) izjauc svarīgu enzīmu hlorofila sintēzē, izraisot katastrofālu savienojumu uzkrāšanos, kas, pakļaujoties gaismai, sadala šūnu sienas.
Šo membrānu traucētāju vizuālie simptomi ir ātri un nepārprotami. Dažu stundu laikā pēc saules gaismas iedarbības apstrādātās lapas iegūst ūdeni{1}}piemirkušas, tumšas. Audumi ātri kļūst brūni, izžūst un sadedzina līdz kraukšķīgam. Tā kā šiem produktiem bieži ir saskare vai ierobežota sistēmiskā mobilitāte, tie atstāj atšķirīgus, lokalizētus apdeguma punktus visur, kur saskaras aerosola piliens.
Augšanas regulatori un auksīna imitācijas
Sintētiskie auksīni (WSSA 4. grupa, tostarp 2,4-D un dikamba) ir daži no senākajiem un visplašāk izmantotajiem selektīvajiem herbicīdiem vēsturē. Šie savienojumi atdarina dabiskos augu augšanas hormonus, taču tie ir izstrādāti tā, lai tie būtu ļoti stabili, kas nozīmē, ka augs nevar tos viegli sadalīt.
Kad platlapju nezāle absorbē auksīna imitāciju, tās iekšējās augšanas signāli kļūst pilnīgi nekoordinēti. Šūnas kātos un lapu dzīslās sāk strauji un nevienmērīgi izstiepties, kamēr citi šūnu procesi apstājas.
Iegūtie vizuālie simptomi ir dramatiski un tiek saukti par epinastiju. Kāti sagriežas korķviļķa formās, lapas virzās uz augšu vai uz leju, un viss augs deformējas izkropļotās mutācijās. Dažu dienu laikā šī haotiskā, nekontrolētā augšana sabrūk auga asinsvadu sistēma, novēršot ūdens transportēšanu un izraisot nāvi.
Stādi augšanas un lipīdu sintēzes inhibitori
Daži produkti ir vērsti pret nezālēm, pirms tās var izaugt no augsnes virsmas. Mitozes inhibitori (WSSA 3. grupa) un ļoti garas -ķēdes taukskābju (VLCFA) inhibitori (WSSA 15. grupa) ir vērsti uz dīgstošām nezāļu sēklām. Tie traucē šūnu dalīšanos vai bloķē lipīdu sintēzi, kas ir būtiska jaunu šūnu kutikulu un membrānu veidošanai topošajos dzinumos un saknēs.
Nezāles, ko skāruši šie pirmsdīgšanas produkti,{0}}bieži iet bojā pazemē un nekad neizvirzās. Ja viņiem izdodas ielauzties augsnē, tiem ir nopietna augu augšana. Zāle var neizritināties no spirāles, iegūstot sīpoliem līdzīgu izskatu, savukārt platlapju stādiem ir krokotas lapas un stipri saīsināta sakņu sistēma.
Efektivitātes palielināšana, izmantojot stratēģisku pielietojumu
Molekulas ar ideālu darbības veidu izvēle ir tikai struktūras projekts; Lai panāktu izcilu nezāļu kontroli uz lauka, šī ķīmija ir jāsaskaņo ar precīzām lietošanas stratēģijām un labvēlīgiem vides logiem.
Pirms-izcelšanās un pēc-izcelšanās laiks
Būtisks stratēģisks lēmums ir, vai izmantot augsnes -predirninga barjeru-vai lapotnes-pēc-izdīgšanas aerosolu.
Apstrāde pirms dīgšanas tiek uzklāta tieši uz kailas augsnes, pirms raža un nezāles dīgst. Šieherbicīdisēdēt augsnes matricas augšējā slānī, veidojot ķīmisku barjeru. Tā kā nezāļu sēklas absorbē augsnes mitrumu, lai dīgtu, tās vienlaikus uzņem ķīmisko vielu, kas tās nogalina, pirms tās var parādīties un konkurēt ar ražu. Lai pirmsdīgšanas produkti darbotos, tiem neilgi pēc uzklāšanas ir jāaktivizē nokrišņi vai apūdeņošana, lai ķīmiskā viela vienmērīgi pārvietotos augsnes augšējās dažās collās, kur atrodas nezāļu sēklas.
Pēc-dīgšanas aplikācijas tiek veiktas pēc tam, kad gan kultūraugs, gan nezāles ir izaugušas no zemes. Šī stratēģija ļauj audzētājam noteikt precīzas esošās nezāļu sugas un izvēlēties mērķtiecīgu ķīmisko recepti. Tomēr panākumi pēc rašanās- samazinās eksponenciāli, nezālēm augot lielākai. Ķīmiskā viela, kas nodrošina 99% kontroli uz 2-collu nezāles, var nodrošināt mazāk nekā 50% kontroli uz sešu-collu nezāles, jo lielākiem augiem ir lielākas vielmaiņas rezerves toksīna noārdīšanai.
Vides dinamika
Laika apstākļi lielā mērā nosaka, cik efektīvi augs absorbē un metabolizē herbicīdu. Augi ir ļoti dinamiski organismi; kad laikapstākļi ir silti, saulaini un augsnes mitrums ir bagātīgs, augi aktīvi pāriet un aug. Šādos optimālos apstākļos nezāles ātri uzsūc lapotnes izsmidzinājumu un ātri pārvieto sistēmiskos produktus līdz saknēm, tādējādi palielinot efektivitāti.
Un otrādi, ja nezāles ir pakļautas nopietnam vides stresam,{0}}piemēram, ilgstošam sausumam, ārkārtējam karstumam vai nesezonāli aukstai temperatūrai-, tās pāriet aizsardzības, izdzīvošanas režīmā. Lai saglabātu mitrumu, tie aizver stomatu un sabiezina vaskainu kutikulas slāni uz savām lapām. Turklāt to asinsvadu translokācija palēninās līdz rāpošanai. Ja sausuma laikā tiek lietots pēcdzemdību sistēmiskais herbicīds, ķīmiskajai vielai būs grūti iekļūt sabiezinātajā lapu virsmā, un tas, kas nedaudz iekļūst, nokarās, nevis sasniegs augšanas punktus, tādējādi izraisot sliktu kontroli.
Ūdens kvalitāte un palīgvielas
Ūdens smidzinātāja tvertnē veido vairāk nekā 99% no galīgā izsmidzināšanas šķīduma, padarot ūdens kvalitāti par būtisku mainīgo. Ciets ūdens satur augstu magnija un kalcija katjonu koncentrāciju. Šie pozitīvi lādētie joni cieši saistās ar negatīvi lādētām herbicīdu molekulām (piemēram, glifosātu vai glufosinātu), neitralizējot tās, pirms tās iziet no smidzināšanas sprauslas. Lai to novērstu, audzētājiem pirms ķīmiskās vielas sajaukšanas jāpievieno ūdens kondicionieri, piemēram, amonija sulfāts (AMS), lai sasaistītu cietā ūdens minerālus.
Turklāt, tā kā daudzas nezāļu lapas ir pārklātas ar ļoti hidrofobu, vaskainu kutikulu, kas izstrādāta, lai atvairītu ūdeni, specializētu palīgvielu pievienošana nav-apspriežama. Virsmaktīvās vielas samazina ūdens pilienu virsmas spraigumu, izraisot to saplacināšanu un pārklājot lapu, nevis ripojot. Augu eļļas koncentrāti (COC) un metilētas sēklu eļļas (MSO) iet soli tālāk, aktīvi mīkstinot un iekļūstot vaskveida kutikulu, lai aktīvās herbicīda molekulas nonāktu tieši augu šūnās.
Izturības pārvaldība un ilgtspējīga nezāļu kontrole
Ātrā un plaši izplatītā herbicīdu rezistences attīstība neapšaubāmi ir nopietnākā divdesmitā{0}}gadsimta agronomiskā problēma. Kad lauksaimnieki gadu no gada paļaujas tikai uz vienu darbības vietu, viņi uz lauka izdara intensīvu evolūcijas spiedienu. No miljardiem nezāļu populācijas nelielai daļai būs dabiska, ģenētiska mutācija, kas ļauj tām izdzīvot ar šo konkrēto ķīmisko vielu. Ja to pašu ķīmisko vielu lieto atkārtoti, jutīgās nezāles tiek iznīcinātas, atstājot mutācijas izdzīvojušajiem šķērsot-, vairoties un pilnībā pārņemt ainavu.
Koda atšifrēšana: ķīmiskās rotācijas spēks
Lai novērstu šo "supernezāļu" izplatīšanos, audzētājiem ir jāatsakās no produktu vērtēšanas pēc to komerciālajiem zīmoliem un stingri jākoncentrējas uz dažādu darbības vietu rotāciju. Lai vienkāršotu šo procesu, starptautiskās regulējošās iestādes nosaka, ka uz visiem komerciālajiem iepakojumiem uz priekšējās etiķetes ir skaidri jānorāda WSSA grupas numurs vai HRAC grupas burts.
Patiesa ķīmiskā rotācija nozīmē nodrošināt, ka secīgie lietojumi visā augkopības ciklā-un augsekas gados-paļaujas uz pilnīgi atšķirīgiem grupu numuriem. Ja pavasarī tiek lietots ALS inhibitors (2. grupa), turpmākajā-pielietojumā jāizmanto cits mehānisms, piemēram, PPO inhibitors (14. grupa) vai glufosināta produkts (10. grupa).
Turklāt vairāku{0}}vietņu tanku maisījumu izmantošana ir izcila aizsardzības stratēģija. Lietojot izsmidzināmu šķīdumu, kas apvieno divus vai vairākus atšķirīgus grupu numurus, kas vienlaikus ir vērsti pret dažādiem enzīmiem, B grupa ātri iznīcina jebkuru nezāļu variantu, kas ir dabiski izturīgs pret A grupu, tādējādi novēršot rezistentā gēna pārnešanu nākamajai paaudzei.
Integrētā nezāļu pārvaldība (IWM)
Ķimikālijām nekad nevajadzētu būt vienīgajai aizsardzības līnijai pret nezāļu iekļūšanu. Mūsdienu kultūraugu aizsardzības galvenā evolūcija ir integrētā nezāļu pārvaldība (IWM)-holistiska sistēma, kas apvieno ķīmisko precizitāti ar kultūras, mehānisko un bioloģisko taktiku, lai samazinātu vispārējo atkarību no sintētiskām izejvielām.
Segkultūras: Stādot blīvas rudens segas, piemēram, graudaugu rudzus, lai fiziski noklātu augsni, neļaujot saules gaismai nokļūt nezāļu sēklām un nomācot agru{0}}pavasara dīgšanu.
Šaurs rindu atstatums: Stādītāju konfigurāciju pielāgošana šaurākām rindām ļauj ātri aizvērt ražas nojumes, aizēnot nezāles un novēršot to piekļuvi saules gaismai.
Mehāniskā kultivēšana: izmantojot precizitāti, GPS{0}}vadāmi starp-rindu kultivatori, lai fiziski izjauktu sakņu sistēmu starp kultūraugu rindām, netraucējot augsnes veselību tieši zem ražas.
Sēklu iznīcinātāji: tiek izmantotas mūsdienīgas ražas novākšanas{0}}sēklu trieciendzirnavas, kas saberž nezāļu sēklas, kad tās iet cauri ražas novākšanas kombainam, neļaujot tām atgriezties augsnes sēklu bankā.
Izmantojot dažādas ne{0}}ķīmiskas taktikas, audzētāji samazina kopējo nezāļu sēklu sēklu blīvumu, līdz minimumam samazinot ķīmiskās iejaukšanās biežumu un intensitāti. Šī līdzsvarotā pieeja mazina evolūcijas atlases spiedienu, kas tiek likts uz mūsu esošajām ķīmiskajām izejvielām, nodrošinot to dzīvotspēju nākamajām paaudzēm.
Secinājums
Mūsdienu lauksaimniecības nozarei ir izvirzīts monumentāls mērķis: pabarot strauji augošo pasaules iedzīvotāju skaitu, vienlaikus aktīvi samazinot tās ietekmi uz vidi un saglabājot ekonomisko dzīvotspēju. Šajā delikātajā vienādojumā herbicīdi joprojām ir pārtikas drošības pamats, kas kalpo kā neaizstājams aizsarglīdzeklis pret nezāļu konkurences postošo, ražu{1}}laupījošo potenciālu.
Tomēr nekomplicētas, plaša spektra{0}}nezāļu ķīmiskās kontroles laiki ir pagātnē. Lai panāktu konsekventu,-ekonomisku un drošu nezāļu apsaimniekošanu, ir jāpāriet no vienkāršas lietošanas uz uzlabotu bioķīmisko pārvaldību. Tas prasa, lai lauksaimniecības speciālisti rūpīgi izprastu smalkās nianses starp darbības veidiem un darbības vietām, atpazītu dažādu ķīmisko vielu grupu vizuālos parakstus un rūpīgi ņemtu vērā lietošanas laiku, ūdens kondicionēšanu un vides stresa mainīgos lielumus.
Galu galā ilgtspējīgas nezāļu kontroles nākotne ir ķīmijas saglabāšanā, izmantojot variācijas. Aktīvi mainot WSSA/HRAC grupu numurus, izstrādājot daudzvietīgus tvertņu maisījumus un izvietojot šos ķīmiskos lietojumus stingrā, daudzpusīgā integrētā nezāļu pārvaldības sistēmā, globālā lauksaimniecības kopiena var veiksmīgi pārvarēt pretestības draudus. Šī līdzsvarotā, zinātniski pamatotā pieeja nodrošina to, ka mūsu lauki paliek tīri, mūsu pārtikas krājumi saglabājas bagātīgi un mūsu lauksaimniecības ekosistēmas saglabājas noturīgas arī turpmākajās desmitgadēs.
