PRIJE 10 GODINA, po žestokoj vrućini ljeta u Kansasu, mnogi štetni korovi kohije koji napadaju istraživačka polja Phillipa Stahlmana jednostavno se ne bi pomakli kad se pošpricaju mješavinom dva široko korištena herbicida, glifosata i dikambe. Samo nekoliko mjeseci ranije, po hladnijem proljetnom vremenu, smjesa herbicida lako je pokrenula male tanke listove korova da se uvijeju i posmeđe, što je značilo da je biljka propala.
Sad je čvrsti korov Stahlmana zapeo. Stahlman, tada znanstvenik za korov sa Sveučilišta Kansas State, nikada prije nije naišao na ovaj problem s herbicidima. U početku je pretpostavio da je pogrešno primijenio poljoprivredne proizvode. No, iz godine u godinu se događalo isto. Stahlman je znao da se nešto događa. Pomno je pazio na korov na svojim poljima. Također je razgovarao s lokalnim poljoprivrednicima koji su izvijestili da su vidjeli slične probleme. “Svjetlo se nije palilo neko vrijeme dok se problem nije ponavljao. Bilo je to poput slaganja slagalice ”, kaže Stahlman.
Na kraju je Stahlman, koji se u međuvremenu povukao, zaključio da je problem vjerojatno temperatura: Nešto zbog prskanja pri visokoj vrućini činilo je herbicide manje učinkovitima.
Stahlman nije usamljen u ovom zapažanju. Danas sve veći dokazi sugeriraju da temperature od oko 90 stupnjeva Fahrenheita ili više mogu neke korove otporne na herbicide učiniti još otpornijima, a drugi korovi manje osjetljivi na određene kemikalije.
Neki poljoprivrednici kažu da znaju da se visoke temperature mogu zabrljati s nekim herbicidima, pa pokušavaju izbjeći prskanje po dnevnoj vrućini. "Dobro je pravilo ako je od 85 do 90 stupnjeva Fahrenheita, samo nemojte prskati", kaže Curt Gottschalk, voditelj farme u Haysu u državi Kansas.
Ne slažu se svi stručnjaci da ovaj obrazac, uglavnom demonstriran u laboratorijskim pokusima, predstavlja problem poljoprivrednicima. A čini se da neki herbicidi djeluju još bolje na visokim temperaturama. Ali ako toplina pojačava otpornost mnogih korova na glavne herbicide, implikacije bi mogle biti značajne. Ako se korovi ne ostave pod nadzorom, mogu uništiti žetve i prihode - ako se poljoprivrednici ne potrude suzbiti korov, mogli bi izbrisati oko polovice prinosa kukuruza i soje u SAD-u i Kanadi, prema Američko društvo za zaštitu korova, neprofitno društvo akademskih i industrijskih znanstvenika. Gubitak bi poljoprivrednike mogao koštati oko 43 milijarde dolara godišnje.
Poljoprivrednici se već bore protiv epidemija korova koji su razvili genetsku otpornost na više herbicida, uključujući glifosat i dikambu. Stahlman i drugi istraživači korova tvrde da bi temperatura mogla biti previdjeni drugi faktor koji jača obranu korova od herbicida. Iako većina poljoprivrednika sada razumije da temperatura utječe na herbicide, neobučenom oku to bi moglo izgledati poput otpornosti na herbicide, kaže Stahlman.
Ovi istraživači također strahuju da bi se problem mogao pogoršati u budućnosti jer klimatske promjene povećavaju temperature, a ekstremni vremenski događaji, uključujući valove vrućine, postaju sve češći.
"Već znamo da je otpornost na herbicide najproblematičnije pitanje u kemijskoj suzbijanju korova", napisao je Maor Matzrafi, znanstvenik korova iz izraelske Nacionalne organizacije za poljoprivredna istraživanja, u e-poruci Undarku. "Možda je sljedeća na redu smanjena osjetljivost zbog klimatskih promjena."
POLJOPRIVREDNICI manje se oslanjajte na herbicide, umjesto suzbijanja korova napornim metodama poput obrade i ručnog uklanjanja. No, počevši od sredine 1990-ih, biotehnološke tvrtke počele su s predstavljanjem genetski modificiranih usjeva otpornih na uobičajene, moćne herbicide. Novo sjeme omogućilo je poljoprivrednicima da obilno prskaju svoja polja agrokemijskim proizvodima kako bi ubili korov dok je njihov GM usjev cvjetao. Tehnologija je učinila da većina ručnog korenja nije potrebna, a upotreba herbicida povećala se globalno. No, korovi su se razvili kao odgovor i pojavile su se sorte otporne na herbicide. To je pokrenulo novu bitku između poljoprivrednika i korova, jer poljoprivrednici sve više koriste kombinacije kemikalija, kao i dodatne doze, kako bi pokušali ukloniti korov.
Nakon Stahlmanova iskustva s kočijom kohija, počeo je ispitivati može li temperatura utjecati na učinke herbicida više nego što je bilo općepoznato. (Stahlman je, kao i mnogi akademski znanstvenici za korov, u prošlosti dobivao financiranje istraživanja od agrokemijskih tvrtki.)
Kako bi dešifrirao kako toplina pomaže korovima da se othranjuju herbicidima, Stahlman se udružio s kolegama iz KSU-a Mitithom Jugulam, fiziologom korova i Junjunom Ou, istraživačem asistentom. Tim je uzgajao sadnice iz populacija kochia koje potječu iz Kansasa, u komorama na temperaturama od 63.5 do 90.5 stupnjeva Fahrenheita - predstavnika državnih proljetnih i ljetnih dnevnih vrućina. Temperatura u komorama padala je svakih 12 sati oponašajući hladnije noću. Kada su sadnice dosegle visinu od oko 4 centimetra, istraživači su neke dozirali glifosatom, a druge dikambom. U tjednim intervalima tim je pregledavao korov na znakove ozljeda. Nakon mjesec dana posjekli su korov, sušili i vagali.
Tim je otkrio da su im pri visokim temperaturama potrebne više od dvostruke količine glifosata i dikambe za suzbijanje korova. Oni objavljen njihovi rezultati u 2016. godini.
Da bi razumjeli zašto je toplina smanjila osjetljivost, istraživači su pratili putove herbicida kroz korov koristeći blago radioaktivne verzije glifosata i dikambe. Prvu je prethodno proizveo Monsanto, a drugu BASF Corp. (BASF Corp. pružio je Ou asistenciju za postdiplomske studente za drugačiji projekt.)
Tim je otkrio da lišće apsorbira manje glifosata na višim temperaturama. Nisu sigurni zašto, ali Jugulam misli da vrućina može potaknuti kochia da razvije deblje kožice - zaštitni sloj na površini lista - koji tada pojačavaju obranu korova od herbicida. Tim je otkrio drugačiji postupak na djelu kada je korov naišao na dicambu. Temperatura nije utjecala na količinu dikambe koju je korov apsorbirao, ali je omela kretanje herbicida kroz biljku, tako da je manje doseglo cilj - tkivo koje se razvija na vrhovima novih izbojaka i lišća.
U drugoj studiji, objavljeno prošle godine, Jugulam je usmjerila pozornost na herbicid 2,4-D, jedan od sastojaka naranče, zloglasnog defolijanta koji se koristio u Vijetnamskom ratu. Danas je to jedan od najčešće korištenih herbicida. Jugulam je testirao kako temperatura utječe na sposobnost herbicida da kontrolira običnu vodenu konoplju, širokolisni korov koji je zahvatio polja zapadnog kukuruza i soje.
U testovima je Jugulam ispitivao neke uobičajene konoplje koje su razvile genetsku rezistenciju na 2,4-D, a neke i nisu. Otkrila je da je trebalo više od tri puta više herbicida da se ubije rezistentni korov u vrućim i suhim uvjetima nego na hladnijim temperaturama. Sličan, ali manji učinak pronašla je u osjetljivim korovima.
Vodena konoplja otporna na herbicide preživljava izloženost 2,4-D brzim razbijanjem kemikalije na netoksične tvari prije nego što dosegne svoje ciljeve na vrhovima korijena, stabljika i lišća. Kada je temperatura visoka, pronašao je Jugulam, vodena konoplja brže razgrađuje te molekule.
Jugulam je također primijetio da se pod visokim temperaturama čini da neki korovi otporni na herbicide postaju otporniji, a neki osjetljivi korovi mogu zahtijevati više herbicida za suzbijanje.
Ne reagiraju svi korovi i herbicidi na temperaturu na isti način. Na primjer, Jugulam je također otkrio da 2,4-D i glifosat djeluju bolje na višim temperaturama protiv obične i divovske ambrozije, dva druga korova česta na poljima američkih poljoprivrednika. Jugulam također kaže da, čak i u slučajevima kada toplina ometa herbicide, čini se da su utjecaji uglavnom ograničeni na suhe uvjete. Područja s visokom vlagom i kišom možda neće imati iste učinke.
No, neki stručnjaci kažu kako rastu dokazi kod raznih vrsta i agrokemikalija da temperatura, a u nekim slučajevima i visoka razina ugljičnog dioksida utječu na suzbijanje korova, barem u laboratoriju.
U testovima objavljen 2016. godine Matzrafi je otkrio da su se na visokim temperaturama četiri različite vrste travnih korova suprotstavile diklofop-metilu, sastojku herbicida koje je proizveo Bayer, znatno bolje nego što su to učinile na nižim temperaturama. Matzrafi je također otkrio da su visoke temperature učinile još jedan herbicid, pinoksaden, manje sposobnim zaustaviti rast lažne brome invazivne trave. Štoviše, trava je uspijevala čak i kada je prebačena iz hladnijih u vruće okruženje i do dva dana nakon tretmana herbicidom. (Istraživanje je djelomično financirala ADAMA Agricultural Solutions, agrokemijska tvrtka sa sjedištem u Izraelu.)
"Naša otkrića i mnoga druga istraživanja od devedesetih sugeriraju da uvjeti okoliša nakon primjene mogu utjecati i na osjetljivost na herbicide", objasnio je Matzrafi u e-poruci. Čak i ako poljoprivrednici prskaju tijekom hladnijih temperatura, to možda neće biti dovoljno za izbjegavanje učinaka vrućine.Unatoč sve većim dozama diklofop-metila, ovaj rajgra osjetljiv na herbicide uspijeva u toplijoj klimi. Na svakoj fotografiji herbicid se primjenjuje u većim količinama idući slijeva udesno. Na krajnjoj lijevoj biljci ne primjenjuje se herbicid. Na lijevoj fotografiji ljulj se uzgaja pod nižim temperaturama (50-61 stupnjeva Fahrenheita), dok se na desnoj fotografiji ljulj uzgaja pod višim temperaturama (82-93 stupnja Fahrenheita). vizualne: Ljubaznošću Maor Matzrafi
Stručnjaci se boje da će se ti uvjeti pogoršati pod klimatskim promjenama. Već sada mnoge američke države važne za poljoprivredu, kao i druge glavne regije u kojima se proizvodi hrana širom svijeta, redovito doživljavaju temperature koje prelaze 90 stupnjeva Fahrenheita tijekom sezone rasta. Neki istraživači kažu da problemi s toplinom i djelovanjem herbicida sada dolaze do izražaja dijelom i zbog češćih epizoda ekstremnih vrućina tijekom posljednjih nekoliko desetljeća.
Međutim, teško je utvrditi učinke koji se danas vide na nedavne klimatske promjene, napisao je Lewis Ziska, biljni fiziolog sa Sveučilišta Columbia u New Yorku, u e-poruci Undarku. No, napominjući da su korovi "najveće ograničenje za proizvodnju hrane", Ziska upozorava da će "oni biti težak izazov za poljoprivrednike u ekstremnijem okruženju."
Primjerice, na Srednjem zapadu temperature bi se do kraja stoljeća mogle popeti za prosječno 8.5 stupnjeva Fahrenheita, uz dulja i češća razdoblja ekstremne vrućine, prema projekcije savezne vlade. A u Južnoj Aziji, uključujući Indiju - globalno važnu regiju za proizvodnju riže, mahunarki, orašastih plodova i pamuka - Međuvladin panel za klimatske promjene projekti da će se prosječne godišnje temperature popeti za gotovo 6 stupnjeva Fahrenheita do 2100. godine.
U prvom pokusu te vrste čiji su rezultati bili prijavljen prošle godine, Matzrafi je proučavao zajednički učinak topline i povišene razine ugljičnog dioksida na dvije različite vrste korova i otkrio da kombinacija pojačava herbicidnu obranu korova, osim one od strane bilo kojeg faktora.
Nije jasno jesu li proizvođači herbicida spremni na nadolazeće izazove planeta koji se zagrijava. Mnogi ne preporučuju optimalne temperature prskanja kako bi osigurali djelotvornost smjernica koje distribuiraju poljoprivrednicima.
U pisanoj izjavi Clark Ouzts, glasnogovornik tvrtke Sygenta, proizvođača pinoksadena, kaže da tvrtka nije proučavala potencijalne učinke klimatskih promjena na aktivnost herbicida, ali da „terenska istraživanja i komercijalne primjene nisu pokazale da temperatura ima značajnu temperaturu. utjecaj na aktivnost Pinoxadena. "
Charla Lord, glasnogovornica Bayera, napisala je u izjavi da su herbicidi tvrtke "opsežno testirani kako bi udovoljili svim zahtjevima regulatora" i "označeni kako bi ih aplikatori znali prijaviti za optimalnu kontrolu i uspjeh." Tvrtka nije odgovorila na određena pitanja u vezi s učinkovitošću njihovih proizvoda pod visokim temperaturama, iako tvrtka jest objavio o izazovima raspršivanja na visokoj temperaturi na svojoj web stranici. Corteva, koja proizvodi herbicide koji sadrže 2,4-D, nije odgovorila na zahtjeve za komentar o tome kako visoke temperature utječu na učinkovitost herbicida.
NISU SVI uvjeren da ova eksperimentalna otkrića predstavljaju problem za poljoprivrednike. Neki istraživači i stručnjaci za korov kažu da se laboratorijski uvjeti radikalno razlikuju od polja, čineći rezultate manje bitnima. "Mislim da ne bismo mogli sa sigurnošću reći da ovo utječe na stvarnu razinu", napisao je Brad Hanson, stručnjak za korov sa Sveučilišta Kalifornija u Davisu, u e-poruci Undarku. Hanson je radio s Matzrafijem na istraživanju objavljenom prošle godine.
Hanson, koji surađuje s kalifornijskim poljoprivrednicima kao istraživač i stručnjak za proširenje, također je napisao da farmeri obično koriste dovoljno herbicida kako bi prevladali bilo kakve male promjene u osjetljivosti na korov izazvane toplinom.
Kassim Al-Khatib, fiziolog za usjeve sa Kalifornijskog sveučilišta u Davisu, koji je istraživao kako herbicidi djeluju pod vrućinom i vlagom, napisao je u e-mailu za Undark da se studije provode u pažljivo kontroliranim laboratorijskim uvjetima koje poljoprivrednici nikada ne bi pronašli u svojoj kući. polja. "Ono što se događa u kontroliranim uvjetima općenito ne podržava ono što se događa u terenskim uvjetima", napisao je.
U vlastitom istraživanju Al-Khatib je proučavao učinak temperature i vlage na mali broj vrsta herbicida i korovskih vrsta. U slučajevima koje je proučavao, kaže, učinkovitost herbicida općenito se poboljšava pri višim temperaturama i vlažnosti, osim ako temperature ne prelaze 100 stupnjeva Fahrenheita. Matzrafi i Jugulam slažu se da laboratorij ne odražava složenije poljoprivredno okruženje.
"Ali mislim da to ne umanjuje važnost rezultata", napisao je Matzrafi. On, Stahlman i drugi kažu da su i sami vidjeli učinak na terenu. "Mislim da nešto vidimo. Sljedećih 10 godina mislim da ćemo vidjeti još. Bit će to glavni problem ”, kaže Chuck Otte, agent za istraživanje i proširenje K-Statea u okrugu Geary u državi Kansas, koji prvenstveno surađuje s poljoprivrednicima.
Nalazi istraživanja iskušavaju vijesti za poljoprivrednike koji se oslanjaju na herbicide kako bi zadržali sve više oružani korov. Za sada neki poljoprivrednici nastoje spriječiti neke učinke vrućine prskanjem herbicida tijekom hladnijih doba dana. U srcu ljeta, Carie Moore kaže da se ponekad probudi prije zore i poprska svoju farmu od 650 hektara u Sjevernoj Dakoti prije nego što se vrućina popne previsoko, povremeno prelazeći i 100 stupnjeva Fahrenheita. No kako se zemaljska kugla zagrijava, poljoprivrednici će se suočavati s užim prozorima tijekom kojih su temperature dovoljno hladne za prskanje, kaže Ziska. A Matzrafijeva istraživanja sugeriraju da prskanje tijekom hladnijih razdoblja ne jamči da na učinkovitost herbicida ne utječu naleti vrućine koji dolaze kasnije tijekom dana ili čak sljedeći dan.
A ponekad poljoprivrednici ne mogu izbjeći prskanje herbicida po vrućini, posebno na golemim farmama s nekoliko tisuća hektara.
Otte kaže da skeptici možda neće shvatiti da njihovi herbicidi ne djeluju jer je toplina pružila ruku korovu. Prvo bi mogli pretpostaviti da je kriv niz drugih uobičajenih čimbenika, poput otpornosti na herbicide, nedostatak kiše ili premalo herbicida. "Postoji toliko zbunjujućih čimbenika da je teško sve to riješiti", kaže.
Dugoročno, poljoprivrednici će morati smanjiti svoju ovisnost o herbicidima i umjesto toga koristiti druge tehnike koje se danas češće koriste u organskom uzgoju kako bi korov držali podalje, kažu mnogi stručnjaci. Na primjer, sadnja pokrovnih kultura poput proljetne zobi ili grimizne djeteline pomaže u zaustavljanju puštanja korova u golom tlu, a uzgoj raznih usjeva u rotaciji može dovesti do pogrešnog podnožja korova koji pomažu u suzbijanju populacija. Moore se već kreće u ovom smjeru. Ona roti soju s pšenicom, ječmom i još nekoliko usjeva i sadi razne dodatne usjeve, uključujući raž i grašak.
Također povremeno obrađuje tlo kako bi prigušila rast korova. "Što manje moramo prskati kemikalije to bolje", kaže ona. Ipak, da bi zadržala prinos, poljoprivreda ne može u potpunosti napustiti herbicide, kaže Ziska. S vrlo malo novih kemikalija u ponudi, poljoprivrednici će morati biti oprezniji s herbicidima koje imaju kako bi osigurali nastavak rada u budućnosti. Proizvođači moraju poljoprivrednicima pružiti bolji savjet o tome kada i kako koristiti herbicide, dodaje Matzrafi.
"Poljoprivrednici više ne mogu samo prskati i moliti se", kaže Otte.