ПРЕДИ 10 ГОДИНИ, в жестоката жега на Канзаското лято, много от вредните плевели кохия, които нахлуват в изследователските полета на Филип Сталман, просто няма да помръднат, когато се напръскат със смес от два широко използвани хербицида, глифозат и дикамба. Само няколко месеца по-рано, при по-хладното пролетно време, хербицидната смес лесно е задействала малките тънки листа на плевелите да се свият и покафенеят, сигнализирайки за смъртта на растението.
Сега непоколебимата трева беше накарала Сталман да запъне. Сталман, тогава учен по плевелите от държавния университет в Канзас, никога преди не се е сблъсквал с този проблем с хербицидите. Първоначално той предположи, че е приложил агрохимикалите неправилно. Но година след година се случваше същото. Щалман знаеше, че нещо става. Той внимателно следеше плевелите в полетата си. Той също така се срещна с местни фермери, които съобщиха, че виждат подобни проблеми. „Светлината не светна известно време, докато проблемът не се повтаряше отново. Това беше като да съставиш пъзел ”, казва Сталман.
В крайна сметка Сталман, който оттогава се пенсионира, реши, че проблемът вероятно е температурата: Нещо за пръскането при висока температура прави хербицидите по-малко ефективни.
Сталман не е сам в това наблюдение. Днес все повече доказателства сочат, че температурите от около 90 градуса по Фаренхайт или по-високи могат да направят някои устойчиви на хербициди плевели още по-устойчиви и да доведат до други плевели, които са по-малко чувствителни към определени химикали.
Някои фермери казват, че знаят, че високите температури могат да се объркат с някои хербициди, затова се опитват да избегнат пръскането в разгара на деня. „Едно добро правило е, ако е от 85 до 90 градуса по Фаренхайт, просто не пръскайте“, казва Кърт Готшалк, управител на ферма в Хейс, Канзас.
Не всички експерти са съгласни, че този модел, до голяма степен демонстриран в лабораторни експерименти, представлява проблем за фермерите. А някои хербициди изглежда действат дори по-добре при високи температури. Но ако топлината повишава устойчивостта на много плевели към основните хербициди, последиците могат да бъдат значителни. Оставени без контрол, плевелите могат да опустошат реколтата и доходите - ако фермерите не положат усилия да контролират плевелите, те могат да унищожат около половината от всички добиви на царевица и соя в САЩ и Канада, според Американското общество за борба с плевелите, общество с нестопанска цел от академични и индустриални учени Загубата може да струва на фермерите около 43 милиарда долара годишно.
Фермерите вече се борят срещу епидемии от плевели, които са развили генетична резистентност към множество хербициди, включително глифозат и дикамба. Stahlman и други изследователи на плевели твърдят, че температурата може да бъде пренебрегван втори фактор, укрепващ защитата на плевелите срещу хербициди. Въпреки че повечето фермери сега разбират, че температурата влияе на хербицидите, за нетренираното око тя може да изглежда точно като устойчивост на хербициди, казва Сталман.
Тези изследователи също се опасяват, че проблемът може да се влоши в бъдеще, тъй като изменението на климата повишава температурите и екстремните метеорологични явления, включително топлинните вълни, стават все по-чести.
„Вече знаем, че устойчивостта на хербициди е най-проблемният въпрос при химическата борба с плевелите“, пише Маор Мацрафи, учен от плевелите от националната организация за научни изследвания в земеделието в Израел, в имейл до Undark. „Може би намалената чувствителност поради изменението на климата е следващата по ред.“
ФЕРМЕРИ, КОИТО СЕ ИЗПОЛЗВАТ разчитайте по-малко на хербициди, вместо да контролирате плевелите, използвайки трудоемки методи като обработка и ръчно отстраняване. Но от средата на 1990-те години биотехнологичните компании започнаха да дебютират генетично модифицирани култури, които са устойчиви на обикновени, мощни хербициди. Новите семена позволиха на фермерите да пръскат полетата си с агрохимикали, за да унищожат плевелите, докато тяхната ГМ култура процъфтява. Технологията направи ненужни повечето ръчни плевели и употребата на хербициди нарасна в световен мащаб. Но плевелите се развиха в отговор и се появиха устойчиви на хербициди сортове. Това постави началото на нова битка между фермерите и плевелите, като фермерите все повече използват комбинации от химикали, както и допълнителни дози, за да се опитат да унищожат плевелите.
След опита на Stahlman с плевелите от кохия, той започва да изследва дали температурата може да повлияе на ефективността на хербицидите повече, отколкото е широко признато. (Stahlman, както много академични учени по плевелите, в миналото е получавал финансиране от агрохимични компании.)
За да дешифрира как топлината помага на плевелите да отблъскват хербицидите, Щалман се обедини с колегите от KSU Митхила Джугулам, физиолог на плевелите, и Джунджун Оу, асистент. Екипът отглежда разсад от популации на кокии, които произхождат от Канзас, в камери, държани при температури в диапазона от 63.5 до 90.5 градуса по Фаренхайт - представител на пролетните и летните дневни горещини на щата. Температурата в камерите спадаше на всеки 12 часа, за да имитира по-хладно през нощта. Когато разсадът достигне около 4 инча височина, изследователите дозират някои с глифозат, а други с дикамба. На седмични интервали екипът изследва плевелите за признаци на нараняване. След един месец те изсекли плевелите и ги изсушили и претеглили.
Екипът установи, че при високи температури се нуждаят от над два пъти повече количество глифозат и дикамба за борба с плевелите. Те публикувани техните резултати през 2016г.
За да разберат защо топлината намалява чувствителността, изследователите проследяват пътищата на хербицидите през плевелите, използвайки леко радиоактивни версии на глифозат и дикамба. Първият, произведен по-рано от Monsanto, а вторият, произведен от BASF Corp. (BASF Corp. осигури асистентска работа на студент за Ou за различен проект.)
Екипът установи, че листата абсорбират по-малко глифозат при по-високи температури. Те не са сигурни защо, но Югулам смята, че топлината може да насърчи кохията да развие по-дебели кожички - защитен слой върху листната повърхност - които след това повишават защитата на плевелите срещу хербицида. Екипът откри различен процес на работа, когато плевелите се натъкнаха на дикамба. Температурата не повлиява количеството дикамба, което плевелите са усвоили, но възпрепятства движението на хербицида през растението, така че по-малко достига целта си - тъканта, развиваща се на върховете на нови издънки и листа.
В друго проучване, публикувана миналата година, Jugulam насочи вниманието си към хербицида 2,4-D, една от съставките на агент портокал, скандален дефолиант, използван във войната във Виетнам. Днес това е един от най-често използваните хербициди. Джугулам е тествал как температурата влияе върху способността на хербицида да контролира обикновения воден коноп, широколистен плевел, открит да посяга на среднозападните полета с царевица и соя.
По време на тестовете Jugulam изследва някои често срещани водни конопи, които са развили генетична резистентност към 2,4-D, и някои, които не са. Тя установява, че е необходимо повече от три пъти повече хербицид, за да се унищожат устойчивите плевели при горещи и сухи условия, отколкото при по-ниски температури. Тя откри подобен, но по-малък ефект при чувствителните плевели.
Устойчивият на хербициди воден коноп оцелява при излагане на 2,4-D, като бързо разгражда химичното вещество до нетоксични вещества, преди да достигне целите си по върховете на корените, стъблата и листата. Когато температурата е висока, установява Джугулам, водният коноп разгражда тези молекули по-бързо.
Jugulam също така отбеляза, че при високи температури някои устойчиви на хербициди плевели изглежда стават по-устойчиви и някои чувствителни плевели може да се нуждаят от повече хербициди за контрол.
Не всички плевели и хербициди реагират на температурата по същия начин. Например, Jugulam също е установил, че 2,4-D и глифозатът работят по-добре при по-високи температури срещу обикновена и гигантска амброзия, две други плевели, често срещани в нивите на американските фермери. Jugulam също казва, че дори в случаите, когато топлината пречи на хербицидите, въздействието изглежда е ограничено най-вече до сухи условия. Областите с висока влажност и валежи може да не видят същите ефекти.
Но някои експерти казват, че нарастват доказателства за различни видове и агрохимикали, че температурата, а в някои случаи и високите нива на въглероден диоксид, влияят върху борбата с плевелите, поне в лабораторията.
В тестове публикувани през 2016 г. Matzrafi установява, че при високи температури четири различни вида тревни плевели се изправят срещу диклофоп-метил, съставка в хербицид, произведен от Bayer, значително по-добре, отколкото при по-ниски температури. Мацрафи също установява, че високите температури правят друг хербицид, пиноксаден, по-малко способен да ограничи растежа на инвазивната трева фалшив бром. Нещо повече, тревата процъфтява дори когато е преминала от по-хладни условия към по-гореща среда до два дни след третирането с хербициди. (Изследването е частично финансирано от ADAMA Agricultural Solutions, агрохимическа компания със седалище в Израел.)
„Нашите открития, както и много други проучвания от 90-те, предполагат, че условията на околната среда след прилагане също могат да повлияят на чувствителността към хербициди“, обясни Мацрафи в имейл. Дори ако фермерите пръскат по време на по-ниски температури, това може да не е достатъчно, за да се избегнат ефектите от топлината.Въпреки увеличаващите се дози диклофоп-метил, този чувствителен към хербициди райграс процъфтява в по-топъл климат. Във всяка снимка хербицидът се прилага в по-големи количества от ляво на дясно. На крайното ляво растение не се прилага хербицид. На лявата снимка райграсът се отглежда при по-ниски температури (50-61 градуса по Фаренхайт), докато на дясната снимка райграсът се отглежда при по-високи температури (82-93 градуса по Фаренхайт). визуален: С любезното съдействие на Маор Мацрафи
Експертите се опасяват, че тези условия ще се влошат при изменението на климата. Вече много щати на САЩ, важни за селското стопанство, както и други големи региони за производство на храни по света, редовно изпитват температури, достигащи 90 градуса по Фаренхайт през сезоните на растеж. Някои изследователи казват, че проблемите с топлината и ефективността на хербицидите сега излизат на преден план отчасти поради по-честите епизоди на екстремни горещини през последните няколко десетилетия.
Трудно е обаче да се определят ефектите, наблюдавани днес върху последните климатични промени, пише Люис Зиска, физиолог по растенията в Колумбийския университет в Ню Йорк, в имейл до Undark. Но отбелязвайки, че плевелите са „най-голямото ограничение за производството на храни“, Зиска предупреждава, че „те ще бъдат огромно предизвикателство за фермерите в по-екстремна среда“.
Например в Средния Запад температурите могат да се повишат средно с 8.5 градуса по Фаренхайт до края на века, с по-дълги и по-чести участъци от екстремни горещини, според прогнози на федералното правителство. А в Южна Азия, включително Индия - глобално важен регион за производство на ориз, варива, ядки и памук - Междуправителствената комисия по изменение на климата проекти че средногодишните температури ще се повишат с близо 6 градуса по Фаренхайт до 2100 г.
При първия по рода си експеримент, резултатите от който бяха докладвани миналата година, Matzrafi изследва съвместния ефект на топлината и повишените нива на въглероден диоксид върху два различни вида плевели и установява, че комбинацията повишава защитата на хербицидите на плевелите извън тази от всеки един от факторите.
Не е ясно дали производителите на хербициди са подготвени за предстоящите предизвикателства на затоплящата се планета. Мнозина не препоръчват оптимални температури на пръскане, за да гарантират ефикасност в насоките, които разпространяват на фермерите.
В писмено изявление Кларк Оутс, говорител на Sygenta, производител на пиноксаден, казва, че компанията не е проучвала потенциалните ефекти от изменението на климата върху дейността на хербицида, но че „теренните изследвания и търговските приложения не са показали, че температурата има значително въздействие върху дейността на Pinoxaden. "
Чарла Лорд, говорител на Bayer, пише в изявление, че хербицидите на компанията са „задълбочено тествани, за да отговорят на изискванията на всички регулатори“ и „етикетирани, така че апликаторите да знаят как да кандидатстват за тях за оптимален контрол и успех“. Компанията не отговори на конкретни въпроси по отношение на ефикасността на техните продукти при високи температури, въпреки че компанията има написали за предизвикателствата на високотемпературното пръскане на уебсайта си. Corteva, която произвежда хербициди, включващи 2,4-D, не отговори на искания за коментар относно това как високите температури влияят върху ефективността на хербицида.
НЕ ВСЕКИ Е убедени, че тези експериментални открития водят до проблеми за фермерите. Някои изследователи и експерти по плевелите казват, че лабораторните условия се различават коренно от полето, което прави резултатите по-малко уместни. „Не мисля, че бихме могли да кажем със сигурност, че това оказва влияние в реалния свят“, написа Брад Хансън, експерт по плевелите от Калифорнийския университет в Дейвис, в имейл до Undark. Хансън е работил с Мацрафи по изследването, публикувано миналата година.
Хансън, който работи с калифорнийските фермери като изследовател и специалист по разширяване, също пише, че фермерите обикновено използват достатъчно хербицид, за да преодолеят всякакви малки промени в чувствителността на плевелите, предизвикани от топлината.
Касим Ал-Хатиб, физиолог на посевите в Калифорнийския университет в Дейвис, който е изследвал как хербицидите се представят при топлина и влажност, пише в имейл до Undark, че изследванията се извършват при внимателно контролирани лабораторни условия, които фермерите никога не биха открили в своите полета. "Това, което се случва при контролирани условия, обикновено не подкрепя това, което се случва в полеви условия", пише той.
В собствените си изследвания Ал-Хатиб е изследвал ефекта от температурата и влажността върху малък брой видове хербициди и плевелни видове. В случаите, които е проучил, казва той, ефикасността на хербицидите обикновено се подобрява при по-висока температура и влажност, освен ако температурите не надвишават 100 градуса по Фаренхайт. Мацрафи и Джугулам са съгласни, че лабораторията не отразява по-сложната селскостопанска среда.
„Но не мисля, че това намалява важността на резултатите“, пише Мацрафи. Той, Stahlman и други казват, че са видели ефекта на полето сами. „Мисля, че виждаме нещо. През следващите 10 години мисля, че ще видим още. Това ще бъде основен проблем “, казва Чък Оте, агент за изследвания и разширение на K-State в окръг Гири, Канзас, който работи предимно с фермери.
Резултатите от изследването изпробват новини за фермери, които разчитат на хербициди, за да задържат все по-широко разпространените оръжия. Засега някои фермери се стремят да избегнат някои от ефектите от топлината чрез пръскане на хербициди през по-хладните периоди от деня. В сърцето на лятото Кари Мур казва, че понякога се събужда преди зазоряване, за да напръска фермата си от 650 акра в Северна Дакота, преди жегата да се покачи твърде високо, като от време на време достига 100 градуса по Фаренхайт. Но докато глобусът се затопли, фермерите ще се изправят пред по-тесни прозорци, през които температурите са достатъчно хладни, за да се пръскат, казва Зиска. И изследванията на Matzrafi показват, че пръскането по време на по-хладни периоди не гарантира, че ефикасността на хербицидите не се влияе от изблици на топлина, които идват по-късно през деня или дори на следващия ден.
И понякога фермерите не могат да избегнат пръскането на хербициди в жегата, особено в огромни ферми с няколко хиляди декара.
Оте казва, че скептиците може да не осъзнаят, че техните хербициди не работят, защото топлината е подала ръка на плевелите. Първо биха могли да предположат, че са виновни множество други общи фактори, като устойчивост на хербициди, липса на валежи или твърде малко хербицид. „Има толкова много объркващи фактори, че е трудно да се подреди всичко“, казва той.
В дългосрочен план фермерите ще трябва да намалят зависимостта си от хербицидите и вместо това да използват други техники, по-често използвани в биологичното земеделие днес, за да задържат плевелите, казват много експерти. Например, засаждането на покривни култури като пролетен овес или пурпурна детелина помага да се спре плевелите да се вкореняват в гола почва, а отглеждането на различни култури в редуване може да доведе до неправилно подновяване на плевели, които помагат за потискане на популациите. Мур вече се движи в тази посока. Тя редува соя с пшеница, ечемик и няколко други култури и засажда различни допълнителни покривни култури, включително ръж и грах.
Също така от време на време обработва почвата, за да спомогне за затихването на растежа на плевелите. "Колкото по-малко трябва да пръскаме химикали, толкова по-добре", казва тя. И все пак, за да поддържат добивите, земеделието не може напълно да изостави хербицидите, казва Зиска. С много малко нови химикали, които се предлагат, фермерите ще трябва да бъдат по-внимателни с хербицидите, които имат сега, за да гарантират, че ще продължат да работят в бъдеще. Производителите трябва да предоставят на фермерите по-добри съвети за това кога и как да използват хербициди, добавя Мацрафи.
„Земеделските производители вече не могат просто да пръскат и да се молят“, казва Оте.