Aptuveni 10 gadus atpakaļ, Kanzasas vasaras sīvajā karstumā daudzas no kaitīgajām kohijas nezālēm, kas iebruka Filipa Štālmana pētījumu laukos, vienkārši izsmidzināja, apsmidzinot ar divu plaši izmantotu herbicīdu, glifosāta un dikambas maisījumu. Tikai dažus mēnešus agrāk, vēsākā pavasara laikā, herbicīdu maisījums bija viegli iedarbinājis nezāles mazās plānas lapas saritināties un kļūt brūnas, norādot uz auga bojāeju.
Tagad staltā nezāle Štālmanu bija nomocījusi. Toreizējais Kanzasas štata universitātes nezāļu zinātnieks Štālmens nekad iepriekš nebija saskāries ar šo problēmu ar herbicīdiem. Sākotnēji viņš pieņēma, ka agriķīmiskos preparātus lietojis nepareizi. Bet gadu no gada notika tas pats. Štālmens zināja, ka kaut kas notiek. Viņš rūpīgi sekoja nezālēm savā laukā. Viņš apspriedās arī ar vietējiem lauksaimniekiem, kuri ziņoja par līdzīgu problēmu novērošanu. “Gaisma kādu laiku nedega, kamēr jautājums atkārtojās. Tas bija kā salikt mīklu, ”stāsta Štālmens.
Galu galā Stahlmans, kurš kopš tā laika ir devies pensijā, nolēma, ka problēma, iespējams, ir temperatūra: kaut kas par smidzināšanu lielā karstumā padarīja herbicīdus mazāk efektīvus.
Štālmens nav vienīgais, kurš veic šo novērojumu. Mūsdienās arvien vairāk pierādījumu liecina, ka temperatūra, kas ir aptuveni 90 grādi pēc Fārenheita vai augstāka, var padarīt dažas pret herbicīdiem izturīgas nezāles vēl izturīgākas un izraisīt citu nezāļu jutīgumu pret noteiktām ķīmiskām vielām.
Daži lauksaimnieki saka, ka viņi zina, ka augsta temperatūra var sajaukt ar dažiem herbicīdiem, tāpēc viņi cenšas izvairīties no izsmidzināšanas dienas karstumā. "Labs īkšķa noteikums ir, ja tas ir no 85 līdz 90 grādiem pēc Fārenheita, vienkārši neizsmidziniet," saka Kurts Getšalks, fermas vadītājs Heisā, Kanzasā.
Ne visi eksperti ir vienisprātis, ka šis modelis, ko lielākoties demonstrē laboratorijas eksperimenti, rada problēmas lauksaimniekiem. Daži herbicīdi, šķiet, darbojas vēl labāk augstā temperatūrā. Bet, ja siltums palielina daudzu nezāļu izturību pret galvenajiem herbicīdiem, sekas varētu būt ievērojamas. Ja nezāles netiek pārbaudītas, tās var iznīcināt ražu un ienākumus - ja lauksaimnieki necentīsies kontrolēt nezāles, viņi varētu iznīcināt apmēram pusi no visām kukurūzas un sojas pupu ražām visā ASV un Kanādā saskaņā ar Amerikas Nezāļu zinātnes biedrība, akadēmisko un nozares zinātnieku bezpeļņas sabiedrība. Zaudējumi lauksaimniekiem gadā varētu izmaksāt aptuveni 43 miljardus dolāru.
Lauksaimnieki jau cīnās pret nezāļu epidēmijām, kurām ir izveidojusies ģenētiskā izturība pret vairākiem herbicīdiem, tostarp glifosātu un dikambu. Štālmens un citi nezāļu pētnieki apgalvo, ka temperatūra varētu būt neievērots otrais faktors, kas stiprina nezāļu aizsardzību pret herbicīdiem. Lai gan lielākā daļa lauksaimnieku tagad saprot, ka temperatūra ietekmē herbicīdus, neapmācītai acij tā varētu izskatīties tāpat kā rezistence pret herbicīdiem, saka Štālmens.
Šie pētnieki arī baidās, ka problēma nākotnē varētu saasināties, jo klimata pārmaiņas paaugstina temperatūru un ārkārtīgi laika apstākļi, tostarp karstuma viļņi, kļūst arvien biežāki.
"Mēs jau zinām, ka herbicīdu rezistence ir visproblemātiskākais jautājums ķīmiskajā nezāļu kontrolē," e-pastā Undark rakstīja Maors Matzrafi, Izraēlas Nacionālās lauksaimniecības pētījumu organizācijas nezāļu zinātnieks. "Varbūt mazāka jutība klimata pārmaiņu dēļ ir nākamā rindā."
LAUKSAIMNIEKI, KO LIETO mazāk paļaujieties uz herbicīdiem, tā vietā, lai kontrolētu nezāles, izmantojot darbietilpīgas metodes, piemēram, augsnes apstrādi un manuālu noņemšanu. Bet, sākot no 1990. gadu vidus, biotehnoloģijas uzņēmumi sāka debitēt par ģenētiski modificētām kultūrām, kas bija izturīgas pret parastajiem, spēcīgajiem herbicīdiem. Jaunās sēklas ļāva lauksaimniekiem bagātīgi izsmidzināt savus laukus ar agroķimikālijām, lai iznīcinātu nezāles, kamēr viņu ĢM raža uzplauka. Šī tehnoloģija padarīja lielāko daļu manuālo ravēšanu nevajadzīgu, un herbicīdu lietošana visā pasaulē pieauga. Bet nezāles attīstījās, reaģējot, un parādījās pret herbicīdiem izturīgas šķirnes. Tas ir sācis jaunu cīņu starp lauksaimniekiem un nezālēm, lauksaimniekiem arvien vairāk izmantojot ķīmisko vielu kombinācijas, kā arī papildu devas, lai mēģinātu notriekt nezāles.
Tomēr pēc Štālmana pieredzes ar kohijas nezālēm viņš sāka pārbaudīt, vai temperatūra var ietekmēt herbicīdu darbību vairāk nekā tika plaši atzīts. (Štālmens, tāpat kā daudzi akadēmiskie nezāļu zinātnieki, agrāk ir saņēmis finansējumu pētniecībai no agroķīmijas uzņēmumiem.)
Lai atšifrētu, kā siltums palīdz nezālēm atvairīt herbicīdus, Štālmens apvienojās ar KSU kolēģiem Mithila Jugulam, nezāļu fizioloģi un Junjun Ou, zinātnisko asistentu. Komanda audzēja stādus no kohijas populācijām, kas cēlušās Kanzasā, kamerās, kas turētas temperatūrā no 63.5 līdz 90.5 grādiem pēc Fārenheita - štata pavasara un vasaras dienas karstuma pārstāvis. Temperatūra kamerās pazeminājās ik pēc 12 stundām, lai atdarinātu vēsākas nakts stundas. Kad sējeņi sasniedza apmēram 4 collas augstu, pētnieki vieniem deva glifosātu, bet citiem dikambu. Ar nedēļas intervālu komanda pārbaudīja nezāles, vai nav traumu pazīmju. Pēc mēneša viņi nozāģēja nezāles, nosusināja un nosvēra.
Komanda atklāja, ka augstā temperatūrā nezāļu apkarošanai viņiem nepieciešams vairāk nekā divreiz lielāks glifosāta un dikambas daudzums. Viņi publicēti viņu rezultāti 2016. gadā.
Lai saprastu, kāpēc siltums samazina jutību, pētnieki izsekoja herbicīdu ceļu caur nezālēm, izmantojot viegli radioaktīvas glifosāta un dikambas versijas. Pirmo iepriekš ražoja Monsanto, bet otro - BASF Corp. (BASF Corp nodrošināja Ou absolventu asistentu citam projektam.)
Komanda atklāja, ka lapas augstākā temperatūrā absorbēja mazāk glifosāta. Viņi nav pārliecināti, kāpēc, bet Jugulams domā, ka karstums var mudināt kohiju attīstīt biezākas kutikulas - aizsargkārtu uz lapas virsmas -, kas pēc tam pastiprina nezāļu aizsardzību pret herbicīdu. Komanda atklāja atšķirīgu procesu darbā, kad nezāles saskārās ar dikambu. Temperatūra neietekmēja nezāļu absorbētā dikambas daudzumu, taču tā kavēja herbicīda pārvietošanos pa augu tā, lai mazāk sasniegtu mērķi - audi attīstījās jaunu dzinumu un lapu galos.
Citā pētījumā publicēts pagājušajā gadā, Jugulam pievērsa uzmanību herbicīdam 2,4-D, kas ir viena no apelsīnu aģenta sastāvdaļām, kas ir bēdīgi slavens defoliant, ko izmanto Vjetnamas karā. Mūsdienās tas ir viens no visplašāk izmantotajiem herbicīdiem. Jugulams pārbaudīja, kā temperatūra ietekmēja herbicīda spēju apkarot parastās kaņepes - platlapju nezāli, kas konstatēta vidusrietumu kukurūzas un sojas laukos.
Testos Jugulams pārbaudīja dažus parastos ūdens kaņepes, kuriem bija izveidojusies ģenētiskā rezistence pret 2,4-D, un dažus, kuriem tas nebija. Viņa atklāja, ka karstos un sausos apstākļos noturīgās nezāles iznīcināšanai vajadzēja vairāk nekā trīs reizes vairāk herbicīdu nekā vēsākā temperatūrā. Viņa atrada līdzīgu, bet mazāku efektu uzņēmīgajās nezālēs.
Herbicīdiem izturīgs ūdens kaņepes izdzīvo 2,4-D iedarbībā, ātri sadalot ķīmisko vielu netoksiskās vielās, pirms tā var sasniegt mērķus sakņu, kātu un lapu galos. Kad temperatūra ir augsta, Jugulams atklāja, kaņepes ātrāk noārda šīs molekulas.
Jugulams arī atzīmēja, ka zem augstām temperatūrām dažas herbicīdiem izturīgas nezāles, šķiet, kļūst izturīgākas, un dažām uzņēmīgām nezālēm to kontrolei var būt nepieciešams vairāk herbicīdu.
Ne visas nezāles un herbicīdi uz temperatūru reaģē vienādi. Piemēram, Jugulam ir arī atklājis, ka darbojas 2,4-D un glifosāts labāk augstākā temperatūrā pret parasto un milzu ambroziju, divas citas nezāles, kas izplatītas ASV lauksaimnieku laukos. Jugulams arī saka, ka pat gadījumos, kad karstums kavē herbicīdus, šķiet, ka ietekme galvenokārt attiecas tikai uz sausiem apstākļiem. Vietās ar augstu mitruma līmeni un nokrišņiem var nebūt tādas pašas sekas.
Bet daži eksperti saka, ka pierādījumi pieaug dažādu sugu un agroķimikāliju produktos, kuru temperatūra un dažos gadījumos augsts oglekļa dioksīda līmenis ietekmē nezāļu kontroli vismaz laboratorijā.
Testos publicēti 2016. gadā Matzrafi atklāja, ka augstā temperatūrā četras dažādas zāles nezāļu sugas pretojās diklofopa-metilam, kas ir Bayer ražotā herbicīda sastāvdaļa, ievērojami labāk nekā to darīja zemākā temperatūrā. Matzrafi arī atklāja, ka augstās temperatūrās cits herbicīds - pinoksadēns padarīja mazāk spējīgu ierobežot invazīvās zāles viltus broma augšanu. Turklāt zāle uzplauka pat tad, kad tā tika pārslēgta no vēsākiem apstākļiem uz karstāku vidi līdz divām dienām pēc herbicīdu apstrādes. (Pētījumu daļēji finansēja Izraēlā esošais agroķīmijas uzņēmums ADAMA Agricultural Solutions.)
"Mūsu secinājumi un daudzi citi pētījumi kopš 90. gadiem liecina, ka pēc lietošanas vides apstākļi var ietekmēt arī herbicīdu jutīgumu," e-pastā paskaidroja Matzrafi. Pat ja lauksaimnieki izsmidzina vēsākā temperatūrā, tas var nebūt pietiekami, lai izvairītos no siltuma ietekmes.Neskatoties uz pieaugošajām diklofopa-metila devām, šī herbicīdiem jutīgā airene zeļ siltākā klimatā. Katrā fotoattēlā herbicīdu lieto lielākos daudzumos, virzoties no kreisās uz labo pusi. Augšējā kreisajā augā herbicīds netiek lietots. Kreisajā fotoattēlā rudzu zāli audzē zemākā temperatūrā (50-61 grādi pēc Fārenheita), savukārt labajā rudzu zāli audzē augstākā temperatūrā (82-93 grādi pēc Fārenheita). Vizuāls: Maora Matzrafi pieklājība
Eksperti baidās, ka šie apstākļi pasliktināsies klimata pārmaiņu ietekmē. Jau tagad daudzos lauksaimniecībai nozīmīgos ASV štatos, kā arī citos nozīmīgākajos pārtikas ražošanas reģionos visā pasaulē augšanas sezonā temperatūra regulāri pārsniedz 90 grādus pēc Fārenheita. Daži pētnieki apgalvo, ka problēmas ar siltumu un herbicīdiem tagad aktualizējas daļēji tāpēc, ka pēdējās desmitgadēs ir bijušas biežākas ārkārtējas karstuma epizodes.
Tomēr ir grūti noteikt šodien novēroto ietekmi uz nesenajām klimatiskajām izmaiņām, e-pastā Undark rakstīja Ņujorkas Kolumbijas universitātes augu fiziologs Luiss Ziska. Bet, atzīmējot, ka nezāles ir “vislielākais ierobežojums pārtikas ražošanā”, Ziska brīdina, ka “tās būs milzīgs izaicinājums lauksaimniekiem ekstremālākā vidē”.
Piemēram, Vidusrietumos temperatūra līdz gadsimta beigām varētu paaugstināties vidēji par 8.5 grādiem pēc Fārenheita, ilgāk un biežāk izkarstot ārkārtējam karstumam. federālās valdības prognozes. Dienvidāzijā, ieskaitot Indiju - globāli nozīmīgu rīsu, pākšaugu, riekstu un kokvilnas ražošanas reģionu - Starpvaldību klimata pārmaiņu komisija projekti gada vidējā temperatūra līdz 6. gadam paaugstināsies par gandrīz 2100 grādiem pēc Fārenheita.
Pirmajā šāda veida eksperimentā, kura rezultāti bija ziņots pagājušajā gadā, Matzrafi pētīja karstuma un paaugstināta oglekļa dioksīda līmeņa kopējo iedarbību uz divām dažādām nezāļu sugām un atklāja, ka šī kombinācija veicina nezāļu herbicīdu aizsardzību, pārsniedzot tikai vienu vai otru faktoru.
Nav skaidrs, vai herbicīdu ražotāji ir gatavi gaidāmajiem sasilšanas planētas izaicinājumiem. Daudzi neiesaka optimālu izsmidzināšanas temperatūru, lai nodrošinātu efektivitāti vadlīnijās, kuras viņi izplata lauksaimniekiem.
Rakstiskā paziņojumā Klinks Ouzts, pinoksadēna ražotāja Sygenta pārstāvis, saka, ka uzņēmums nav izpētījis klimata pārmaiņu iespējamo ietekmi uz herbicīda darbību, taču “lauka pētījumos un komerciālos nolūkos nav pierādīts, ka temperatūrai būtu ievērojama nozīme. ietekmi uz Pinoksadena darbību. ”
"Bayer" pārstāve Charla Lord paziņojumā rakstīja, ka uzņēmuma herbicīdi ir "plaši pārbaudīti, lai tie atbilstu visām regulatoru prasībām" un "marķēti, lai aplikatori zinātu, kā tos pieteikties, lai panāktu optimālu kontroli un panākumus". Uzņēmums neatbildēja uz konkrētiem jautājumiem par viņu produktu efektivitāti augstā temperatūrā, lai gan uzņēmums to ir izdarījis ievietojis par augstas temperatūras izsmidzināšanas izaicinājumiem savā tīmekļa vietnē. Corteva, kas ražo herbicīdus, kas satur 2,4-D, neatbildēja uz pieprasījumiem sniegt komentārus par to, kā augsta temperatūra ietekmē herbicīda darbību.
NAV VISI pārliecināts, ka šie eksperimentālie atklājumi sagādā grūtības lauksaimniekiem. Daži pētnieki un nezāļu eksperti saka, ka laboratorijas apstākļi radikāli atšķiras no lauka, padarot rezultātus mazāk nozīmīgus. "Es nedomāju, ka mēs varētu droši pateikt, ka tam ir ietekme reālajā pasaulē," e-pastā Undark rakstīja Breds Hansons, Kalifornijas Universitātes Deivisas nezāļu eksperts. Hansons strādāja ar Matzrafi pie pagājušajā gadā publicētā pētījuma.
Hansons, kurš strādā ar Kalifornijas lauksaimniekiem kā pētnieks un paplašināšanas speciālists, arī rakstīja, ka lauksaimnieki parasti lieto pietiekami daudz herbicīdu, lai pārvarētu visas nelielās siltuma izraisītās nezāļu jutības izmaiņas.
Kalifornijas Universitātes Deivisas kultūraugu fiziologs Kasims Al-Hatibs, kurš ir pētījis herbicīdu darbību karstumā un mitrumā, e-pastā Undark rakstīja, ka pētījumi tiek veikti rūpīgi kontrolētos laboratorijas apstākļos, kurus lauksaimnieki nekad neatrastos lauki. "Tas, kas notiek kontrolētos apstākļos, parasti neatbalsta to, kas notiek lauka apstākļos," viņš rakstīja.
Savos pētījumos Al-Khatibs ir pētījis temperatūras un mitruma ietekmi uz nelielu skaitu herbicīdu veidu un nezāļu sugām. Viņš saka, ka pētītajos gadījumos herbicīdu efektivitāte parasti uzlabojas augstākā temperatūrā un mitrumā, ja vien temperatūra nepārsniedz 100 grādus pēc Fārenheita. Matzrafi un Jugulams ir vienisprātis, ka laboratorija neatspoguļo sarežģītāku lauku vidi.
"Bet es nedomāju, ka tas mazina rezultātu nozīmi," raksta Matzrafi. Viņš, Štālmens un citi saka, ka ir redzējuši efektu šajā jomā paši. “Es domāju, ka mēs kaut ko redzam. Nākamo 10 gadu laikā es domāju, ka mēs redzēsim vairāk. Tā būs liela problēma, ”saka Čaks Otte, K-State pētījumu un paplašināšanas aģents Geary apgabalā, Kanzasā, kurš galvenokārt strādā ar lauksaimniekiem.
Pētījuma rezultāti mēģina uzzināt jaunumus lauksaimniekiem, kuri paļaujas uz herbicīdiem, lai arvien vairāk bruņotas nezāles turētu līcī. Pagaidām daži lauksaimnieki cenšas novērst dažus siltuma radītos efektus, izsmidzinot herbicīdus vēsākā dienas laikā. Vasaras sirdī Kerija Mūra stāsta, ka dažreiz pirms rītausmas pamostas, lai izsmidzinātu savu 650 akru lielo fermu Ziemeļdakotā, pirms karstums uzkāpj pārāk augstu, laiku pa laikam pārsniedzot 100 grādus pēc Fārenheita. Bet, kamēr pasaule sasilst, lauksaimnieki saskaras ar šaurākiem logiem, kuru laikā temperatūra ir pietiekami vēsa, lai izsmidzinātu, saka Ziska. Un Matzrafi pētījumi liecina, ka izsmidzināšana vēsākos periodos negarantē, ka herbicīdu efektivitāti neietekmē siltuma pārrāvumi, kas nāk vēlāk dienā vai pat nākamajā dienā.
Dažreiz lauksaimnieki nevar izvairīties no herbicīdu izsmidzināšanas karstumā, it īpaši milzīgās saimniecībās ar vairākiem tūkstošiem akru.
Otte saka, ka skeptiķi, iespējams, neapzinās, ka viņu herbicīdi nedarbojas, jo siltums ir palīdzējis nezālēm. Viņi vispirms varētu pieņemt, ka pie vainas ir citi kopīgi faktori, piemēram, rezistence pret herbicīdiem, nokrišņu trūkums vai pārāk maz herbicīda. "Ir tik daudz traucējošu faktoru, ka ir grūti to visu sakārtot," viņš saka.
Ilgtermiņā lauksaimniekiem būs jāsamazina paļaušanās uz herbicīdiem un tā vietā jāizmanto citi paņēmieni, kurus mūsdienās biežāk izmanto bioloģiskajā lauksaimniecībā, lai nezāles noturētu, saka daudzi eksperti. Piemēram, apsedzamo kultūru, piemēram, pavasara auzu vai sārtinātā āboliņa, stādīšana palīdz apturēt nezāļu iesakņošanos kailā augsnē un dažādu kultūru audzēšanu rotācijas kārtībā, nepareizas pēdu nezāles var palīdzēt nomākt populācijas. Mūrs jau virzās šajā virzienā. Viņa rotē sojas pupas ar kviešiem, miežiem un pāris citām kultūrām un stāda dažādas papildu pārsega kultūras, ieskaitot rudzus un zirņus.
Viņa arī laiku pa laikam apstrādā augsni, lai palīdzētu apslāpēt nezāļu augšanu. "Jo mazāk mums jāapsmidzina ķīmiskās vielas, jo labāk," viņa saka. Tomēr, lai saglabātu ražu, lauksaimniecība nevar pilnībā atteikties no herbicīdiem, saka Ziska. Tā kā tiek piedāvāts ļoti maz jaunu ķimikāliju, lauksaimniekiem būs jābūt piesardzīgākiem pret tagad esošajiem herbicīdiem, lai nodrošinātu, ka viņi turpina darboties arī turpmāk. Ražotājiem jāsniedz lauksaimniekiem labāki padomi par to, kad un kā lietot herbicīdus, piebilst Matzrafi.
"Lauksaimnieki vairs nevar vienkārši izsmidzināt un lūgt," saka Otte.