Johdanto
Maatalouden globaalissa teatterissa käydään säälimätöntä ja hiljaista sotaa joka ikinen päivä. Toisin kuin hyönteisepidemiat tai sieniepidemiat, jotka voivat vaihdella hurjasti vuodenaikojen säästä riippuen, rikkakasvien paine on matemaattinen varmuus. Siitä hetkestä lähtien, kun sato siemeniä, sen on kilpailtava erittäin aggressiivisten, syvään juurtuneiden ja nopeasti{2}}kasvien rikkakasvien kanssa rajallisista resursseista: auringonvalosta, maaperän kosteudesta, tilasta ja tärkeistä makro-ravintoaineista. Jos rikkakasvit jätetään hoitamatta, ne hallitsevat nopeasti peltoa, tukahduttavat rahat, jumittavat sadonkorjuukoneet, vähentävät sadon nollaan ja saastuttavat korjatun jyvän myrkyllisillä tai ei-toivotuilla rikkakasvien siemenillä.
Tämän kasvullisen kilpailun pitämiseksi loitolla nykyaikainen viljely käyttää laajalti rikkakasvien torjunta-{0}}kemiallisia yhdisteitä, jotka on suunniteltu erityisesti häiritsemään kasvien kasvua ja aiheuttamaan kasvien kuolemaa. Nämä työkalut ovat mullistaneet elintarviketuotannon vähentäen rajusti käsityön tarvetta ja mahdollistaneet suojelevien maanmuokkauskäytäntöjen laajan käyttöönoton, jotka suojaavat maaperän rakenteita eroosiolta.
Kuitenkin aikakausi, jolloin luotettiin yhteen kemialliseen yhdisteeseen kentän helpon puhdistamisessa, on ohi. Rikkaruohot ovat uskomattoman sopeutuvia organismeja, ja niiden kyky kehittää vastustuskykyä kemiallisille panoksille on tehnyt nykyaikaisesta rikkakasvien hallinnasta erittäin kehittyneen biokemian tieteenalan. Viljelijöille, agronomeille ja vähittäiskaupan viljelyneuvojille onnistunut rikkakasvien torjunta ei enää riipu pelkästään rikkaruohoja tappavan tuotteen valitsemisesta. Sen sijaan se vaatii syvällistä, toiminnallista ymmärrystä rikkakasvien torjunta-aineista. Näiden kemikaalien ja kasvibiologian vuorovaikutuksen tarkan tunteminen on perimmäinen edellytys tehokkaiden ruiskutusohjelmien suunnittelulle, sadon turvallisuuden suojelemiselle ja näiden korvaamattomien kemiallisten työkalujen säilyttämiselle tulevaisuutta varten.
Terminologian määrittely: Toimintatapa vs. toimintapaikka
Voidakseen navigoida rikkakasvien tieteen monimutkaisessa maailmassa, on ensin hallittava näiden kemiallisten työkalujen luokittelussa käytettävä perusterminologia. Teollisuuden kirjallisuudessa termejä "vaikutustapa" ja "vaikutuspaikka" käytetään usein vaihtokelpoisina, mutta silti ne kuvaavat täysin erilaisia biologisia tapahtumia kohteena olevassa kasvissa.
Toimintatapa vs. toimintapaikka
Vaikutustapa viittaa koko tapahtumasarjaan, joka tapahtuu kasvissa kemikaalin alkuperäisestä imeytymisestä organismin lopulliseen kuolemaan. Se kattaa laajan makrotason mekanismin, jolla rikkakasvien torjunta-aine häiritsee kasvien aineenvaihduntaa tai kasvua. Esimerkiksi toimintatapaa voidaan kuvata laajasti "kasvun säätelynä" tai "aminohapposynteesin estoina".
Sitä vastoin vaikutuspaikka (tai vaikutusmekanismi) on erittäin spesifinen. Se määrittää tarkan biokemiallisen sijainnin, yleensä tietyn entsyymi-, proteiini- tai reseptorimolekyylin aineenvaihduntareitin sisällä, johon herbisidimolekyyli sitoutuu ja deaktivoi. Esimerkiksi vaikka glyfosaatin laaja vaikutustapa on aminohapposynteesin esto, sen spesifinen vaikutuspaikka on EPSP-syntaasientsyymi. Tarkan toimintapaikan ymmärtäminen on ratkaisevan tärkeää, koska se muodostaa perustan kansainvälisille luokitusjärjestelmille, kuten Weed Science Society of America (WSSA) ja Herbicide Resistance Action Committee (HRAC) -numerokoodit.
Liikkuvuus: Kontakti vs. systeemiset polut
Rikkakasvien torjunta-aineiden fyysinen liikkuminen kasvikudoksessa vaikuttaa voimakkaasti siihen, kuinka nopeasti ne toimivat ja kuinka perusteellisesti niitä tulee levittää.
Kosketuskemikaalit vahingoittavat vain tiettyä kasvikudosta, jota ne fyysisesti koskettavat. Ne eivät liiku koko kasvin verisuonijärjestelmässä. Jos kosketussuihkupisara osuu lehteen, se polttaa lehden, mutta sillä ei ole vaikutusta juuriin tai viereisiin lehtiin. Tästä syystä kontaktituotteet vaativat poikkeuksellisen ruiskupeiton ja ovat tehokkaimpia pieniä, yksivuotisia rikkaruohoja vastaan.
Systeemiset rikkakasvien torjunta-aineet sitä vastoin imeytyvät juuriin tai lehtiin ja siirtyvät koko kasvin verisuoniverkostoon (ksyleemi ja floeemi). Ne kulkevat levityspaikalta suoraan aktiivisiin kasvupisteisiin-apikaalimeristeemeihin-sekä versoissa että juurissa. Tämä liikkuvuus tekee systeemisistä tuotteista ainutlaatuisen kyvyn tuhota suuria rikkaruohoja ja sitkeitä, monivuotisia lajeja, joilla on syvät, talvehtivat juurijärjestelmät.
Selektiivisyys: Kohdennettu tuhoaminen
Toinen tärkeä ero on kemiallinen selektiivisyys. Selektiiviset rikkakasvien torjunta-aineet hyödyntävät kasvilajien välisiä fysiologian, anatomian tai aineenvaihdunnan eroja. Tämän ansiosta ne voivat tappaa tietyt rikkakasvit aiheuttamatta haittaa samassa rivissä kasvavalle seuralaiselle. Klassinen esimerkki on selektiivinen leveälehtisten rikkakasvien torjunta-aine, jota voidaan ruiskuttaa suoraan nurmipellolle, kuten maissi tai vehnä, tuhoten rikkaruohoja, kuten samettilehtiä, ja jättää sadon täysin terveeksi.
Ei--valikoidut tuotteet puolestaan ovat laaja-spektrisiä tappajia. Niillä on toimintatapa, joka kohdistuu biologisiin prosesseihin, jotka ovat olennaisia lähes kaikelle vihreälle kasvillisuudelle. Tämän seurauksena ne vahingoittavat tai tuhoavat kaikkia kasveja, joihin he joutuvat kosketuksiin, joten ne ovat ihanteellisia ennen istutusta-polttotoimiin tai kohdennettuun teollisuuden raivaukseen.
Ensisijaiset rikkakasvien torjunta-aineet ja niiden visuaaliset oireet
Peltoongelmien diagnosoimiseksi, kemiallisen kulkeutumisen tunnistamiseksi tai ruiskutuslevityksen onnistumisen arvioimiseksi maatalouden ammattilaisten on tutustuttava pääkemiallisiin luokkiin ja ainutlaatuisiin visuaalisiin oireisiin, joita ne tuottavat kohdekasveissa.
Aminohapposynteesin estäjät
Kasvien on syntetisoitava omat välttämättömät aminohapponsa rakentaakseen proteiineja ja ylläpitääkseen elämää. Useat suuret rikkakasvien torjunta-aineiden perheet toimivat estämällä valikoivasti näistä reiteistä vastuussa olevat entsyymit.
Asetolaktaattisyntaasin (ALS) estäjät (WSSA ryhmä 2) ja EPSP-syntaasin estäjät (WSSA ryhmä 9, joka sisältää glyfosaatin) ovat klassisia esimerkkejä. Kun rikkaruohoja käsitellään aminohappo-inhibiittorilla, uusien proteiinien tuotanto pysähtyy välittömästi. Koska kasvin on tyhjennettävä olemassa olevat proteiinivaransa ennen kuin rakenteellinen romahdus tapahtuu, visuaaliset oireet kehittyvät hyvin hitaasti, ja niiden ilmaantuminen kestää usein yhdestä kolmeen viikkoa.
Ensimmäinen oire on nuorimpien lehtien erottuva kellastuminen, joka tunnetaan nimellä kloroosi, kun taas vanhemmat lehdet pysyvät tilapäisesti vihreinä. Kun kasvupiste nälkään, kasvu pysähtyy kokonaan, lehtien sisällä olevat suonet voivat muuttua syvän punaisiksi tai purppuraiksi, ja kasvi käy läpi hitaasti täydellisen nekroosin ja kuolee.
Fotosynteettiset ja solukalvoa häiritsevät aineet
Jotkut kemikaaliluokat antavat paljon nopeamman ja rajumman iskun kasvibiologiaan kohdentamalla auringonvalon ohjaaman solukoneiston.
Photosystem II (PSII) -estäjät (WSSA Group 5, kuten atratsiini) sitoutuvat spesifisiin proteiineihin kloroplasteissa ja estävät fotosynteesiin tarvittavan elektronien kuljetusketjun. Tämä tukos aiheuttaa vaarallisen korkean{2}}energisten molekyylien kerääntymisen, jotka tuhoavat solukalvoja.
Protoporfyrinogeenioksidaasin (PPO) estäjät (WSSA ryhmä 14) häiritsevät klorofyllin synteesin ratkaisevan entsyymin toimintaa, mikä johtaa tuhoisaan yhdisteiden kertymiseen, jotka valolle altistuessaan repivät soluseinämiä erilleen.
Näiden kalvoa rikkovien aineiden visuaaliset oireet ovat nopeita ja erehtymättömiä. Muutaman tunnin kuluessa auringonvalolle altistumisesta käsitellyt lehdet saavat vettä{1}}kastelevan, tumman ulkonäön. Kudos muuttuu nopeasti ruskeaksi, kuivuu ja palaa rapeaksi. Koska näillä tuotteilla on usein kosketus tai rajoitettu systeeminen liikkuvuus, ne jättävät selkeitä, paikallisia palovammoja kaikkialle, missä suihkepisarat joutuivat kosketuksiin.
Kasvunsäätimet ja auksiini-mimikit
Synteettiset auksiinit (WSSA Group 4, mukaan lukien 2,4-D ja dikamba) ovat historian vanhimpia ja laajimmin käytettyjä selektiivisiä rikkakasvien torjunta-aineita. Nämä yhdisteet jäljittelevät kasvien luonnollisia kasvuhormoneja, mutta ne on suunniteltu erittäin vakaiksi, mikä tarkoittaa, että kasvi ei voi hajottaa niitä helposti.
Kun leveälehtinen rikkakasvi imee auksiini-mimiikin, sen sisäinen kasvusignaali muuttuu täysin koordinoimattomaksi. Varren ja lehtien suonissa olevat solut alkavat pidentyä nopeasti ja epätasaisesti, kun taas muut soluprosessit pysähtyvät.
Tuloksena olevat visuaaliset oireet ovat dramaattisia, ja niitä kutsutaan epinastiaksi. Varret kiertyvät korkkiruuvin muotoihin, lehdet kuplivat ylöspäin tai alaspäin ja koko kasvi vääntyy vääristyneiksi mutaatioiksi. Tämä kaoottinen, hallitsematon kasvu romahtaa muutamassa päivässä kasvin verisuonijärjestelmän, mikä estää veden kulkeutumisen ja johtaa kuolemaan.
Taimien kasvun ja lipidisynteesin estäjät
Tietyt tuotteet torjuvat rikkaruohoja ennen kuin ne ehtivät nousta maan pinnalta. Mitoosin estäjät (WSSA ryhmä 3) ja erittäin pitkäketjuiset rasvahappojen (VLCFA) estäjät (WSSA ryhmä 15) kohdistuvat itäviin rikkakasvien siemeniin. Ne häiritsevät solujen jakautumista tai estävät lipidien synteesin, jotka ovat välttämättömiä uusien solujen kynsinauhojen ja kalvojen rakentamiselle nouseviin versoihin ja juuriin.
Rikkaruohot, joihin nämä ennen itämistä syntyneet tuotteet{0}} vaikuttavat, kuolevat usein maan alle eivätkä koskaan esiinny. Jos he onnistuvat rikkomaan maaperän, ne osoittavat vakavaa kitukasvuisuutta. Ruoho ei välttämättä pääse auki pyörteestä ja saa sipuli-ulkonäköä, kun taas leveälehtisten taimien lehdet ovat rypistyneet ja voimakkaasti lyhennetty, sipuli-kaltainen juurijärjestelmä.
Maksimoi tehokkuus strategisella sovelluksella
Täydellisen toimintatavan omaavan molekyylin valitseminen on vain rakenteellinen suunnitelma; Poikkeuksellisen rikkakasvien torjunnan saavuttaminen pellolla edellyttää tämän kemian mukauttamista tarkkojen levitysstrategioiden ja suotuisten ympäristöikkunoiden kanssa.
Esiintyminen vs. syntymisen jälkeinen-ajoitus
Strateginen perustavanlaatuinen päätös on, käytetäänkö maaperässä-levitettyä ennen itämistä-estettä vai lehtien -levitettyä itämisen jälkeen-sumutetta.
Itämistä edeltävät käsittelyt levitetään suoraan paljaalle maaperälle ennen sadon ja rikkakasvien itämistä. Nämärikkakasvien torjunta-aineetistua maaperän ylimmässä kerroksessa muodostaen kemiallisen esteen. Kun rikkakasvien siemenet imevät maaperän kosteutta itääkseen, ne imevät samanaikaisesti kemikaalia, joka tappaa ne ennen kuin ne ehtivät nousta ja kilpailla sadon kanssa. Jotta itämistä estävät tuotteet{2}} toimisivat, ne edellyttävät sateen aktivoimista tai kastelua pian levityksen jälkeen, jotta kemikaali siirtyy tasaisesti muutaman sentin maan pinnalle, jossa rikkakasvien siemenet ovat.
Itämisen jälkeiset-sovellukset suoritetaan sen jälkeen, kun sekä sato että rikkakasvit ovat nousseet maasta. Tämän strategian avulla viljelijä voi tunnistaa tarkat läsnä olevat rikkakasvit ja valita kohdistetun kemiallisen reseptin. Itämisen jälkeinen-menestys kuitenkin laskee eksponentiaalisesti rikkaruohojen kasvaessa. Kemikaali, joka torjuu 99-prosenttisesti kahden -tuumaisen rikkakasvin, voi saada aikaan alle 50-prosenttisen torjunta-aineen kuuden-tuuman rikkaruohossa, koska suuremmilla kasveilla on suuremmat aineenvaihduntavarat toksiinin hajottamiseen.
Ympäristödynamiikka
Sääolosuhteet sanelevat voimakkaasti, kuinka tehokkaasti kasvi imee ja metaboloi rikkakasvien torjunta-ainetta. Kasvit ovat erittäin dynaamisia organismeja; kun sääolosuhteet ovat lämpimät, aurinkoiset ja maaperän kosteutta runsaasti, kasvit haihtuvat ja kasvavat aktiivisesti. Näissä optimaalisissa olosuhteissa rikkaruohot imevät lehtisuihkeet nopeasti ja siirtävät systeemiset tuotteet nopeasti juurilleen, mikä maksimoi tehokkuuden.
Toisaalta, kun rikkaruohot ovat alttiina vakavalle ympäristörasitukselle-kuten pitkittyneelle kuivuudelle, äärimmäiselle kuumuudelle tai poikkeuksellisen kylmille lämpötiloille-, ne siirtyvät puolustavaan selviytymistilaan. Kosteuden säästämiseksi ne sulkevat stomatansa ja paksuntavat lehtiensä vahamaista kynsinauhokerrosta. Lisäksi niiden verisuonten translokaatio hidastuu ryömintäksi. Jos itämisen jälkeistä systeemistä rikkakasvien torjunta-ainetta käytetään kuivuuden aikana, kemikaalilla on vaikeuksia tunkeutua paksuuntuneiden lehtien pintaan, ja se, mitä vähän tulee sisään, roikkuu paikoillaan eikä saavuttaisi kasvupisteitä, mikä johtaa huonoon torjuntaan.
Veden laatu ja apuaineet
Ruiskutussäiliön sisällä oleva vesi muodostaa yli 99 % lopullisesta ruiskutusliuoksesta, joten veden laatu on tärkeä muuttuja. Kova vesi sisältää korkeita pitoisuuksia magnesium- ja kalsiumkationeja. Nämä positiivisesti varautuneet ionit sitoutuvat tiukasti negatiivisesti varautuneisiin rikkakasvien torjunta-ainemolekyyleihin (kuten glyfosaattiin tai glufosinaattiin) neutraloimalla ne ennen kuin ne poistuvat suihkusuuttimesta. Tämän torjumiseksi viljelijöiden on lisättävä vedenkäsittelyaineita, kuten ammoniumsulfaattia (AMS), sitomaan kovan veden mineraalit ennen kemikaalin sekoittamista.
Koska monet rikkakasvien lehdet on peitetty erittäin hydrofobisella, vahamaisella kynsinauholla, joka on suunniteltu hylkimään vettä, erikoistuneiden apuaineiden lisääminen ei ole -neuvoteltavissa. Pinta-aktiiviset aineet alentavat vesipisaran pintajännitystä, jolloin se tasoittuu ja päällystää lehtiä sen sijaan, että se vierii pois. Kasviöljytiivisteet (COC) ja metyloidut siemenöljyt (MSO) menevät askeleen pidemmälle pehmentäen ja tunkeutuen aktiivisesti vahamaiseen kynsinauhaan kuljettaen aktiiviset herbisidimolekyylit suoraan kasvisoluihin.
Resistenssin hallinta ja kestävä rikkakasvien torjunta
Herbisidiresistenssin nopea ja laajalle levinnyt kehitys on luultavasti 2000-luvun vakavin maataloushaaste. Kun viljelijät luottavat yksinomaan yhteen toimintapaikkaan vuodesta toiseen, he kohdistavat peltoon voimakasta kehityspainetta. Miljardien rikkakasvien populaatiosta pienellä osalla on luonnollinen geneettinen mutaatio, jonka avulla ne selviytyvät kyseisestä kemikaalista. Jos samaa kemikaalia käytetään toistuvasti, herkät rikkaruohot hävitetään, jolloin mutatoituneet eloonjääneet voivat risteyttää-pölytyksiä, lisääntyä ja valloittaa maiseman kokonaan.
Koodin purkaminen: Kemiallisen pyörimisen voima
Näiden "superrikkaruohojen" leviämisen estämiseksi viljelijöiden on luovuttava tuotteiden arvioinnista kaupallisten tuotemerkkiensä perusteella ja keskityttävä tiukasti eri toimintapaikkojen kiertämiseen. Tämän prosessin yksinkertaistamiseksi kansainväliset sääntelyelimet määräävät, että kaikissa kaupallisissa pakkauksissa on selkeästi WSSA-ryhmän numero tai HRAC-ryhmän kirjain etutarrassa.
Todellinen kemiallinen kierto tarkoittaa sen varmistamista, että peräkkäiset sovellukset viljelyjakson aikana-ja viljelykiertovuosien aikana- perustuvat täysin erilaisiin ryhmänumeroihin. Jos keväällä käytetään ALS-inhibiittoria (ryhmä 2), seurantasovelluksessa on käytettävä erilaista mekanismia, kuten PPO-estäjää (ryhmä 14) tai glufosinaattituotetta (ryhmä 10).
Lisäksi usean paikan -säiliösekoitusten käyttäminen on poikkeuksellinen puolustusstrategia. Käyttämällä ruiskuliuosta, jossa yhdistyvät kaksi tai useampia eri ryhmänumeroita, jotka kohdistuvat samanaikaisesti eri entsyymeihin, ryhmä B eliminoi nopeasti kaikki rikkakasvien variantit, jotka sattuvat olemaan luontaisesti resistenttejä ryhmälle A, mikä estää resistentin geenin siirtymisen seuraavalle sukupolvelle.
Integroitu rikkakasvien hallinta (IWM)
Kemikaalit eivät saa koskaan olla ainoa puolustuslinja rikkakasvien leviämistä vastaan. Nykyaikaisen kasvinsuojelun perimmäinen kehitys on Integrated Weed Management (IWM)-kokonaisvaltainen kehys, joka yhdistää kemiallisen tarkkuuden kulttuurisiin, mekaanisiin ja biologisiin taktiikoihin, mikä vähentää yleistä riippuvuutta synteettisistä syöttöaineista.
Peittokasvit: istuta tiheitä syksyisiä peittokasveja, kuten viljarukiista, fyysisesti peittämään maaperää, estäen auringonvalon pääsyn rikkakasvien siemeniin ja estämään varhaista-kevään itävyyttä.
Kapea riviväli: Istutuskoneen kokoonpanojen säätäminen kapeampiin riveihin mahdollistaa sadon katoksen sulkeutumisen nopeasti, varjostaa rikkaruohot ja estää niiden pääsyn auringonvaloon.
Mekaaninen viljely: Tarkkuus, GPS{0}}ohjatut inter-rivikultivaattorit häiritsevät fyysisesti viljelyrivien välistä juurijärjestelmää häiritsemättä maaperän terveyttä suoraan sadon alla.
Seed Destructors: Nykyaikaiset sadonkorjuu{0}}siemenmyllyt, jotka jauhavat rikkakasvien siemeniä niiden kulkiessa leikkuupuimurin läpi, estäen niitä palaamasta maaperän siemenpankkiin.
Käyttämällä erilaisia ei--kemiallisia taktiikoita viljelijät alentavat rikkakasvien siemenpankkitiheyttä ja minimoivat kemiallisten toimenpiteiden tiheyden ja intensiteetin. Tämä tasapainoinen lähestymistapa lieventää olemassa oleviin kemiallisiin tuotantopanoksiimme kohdistuvaa evoluution valintapainetta ja varmistaa niiden elinkelpoisuuden tuleville sukupolville.
Johtopäätös
Nykyaikaisen maatalousteollisuuden tehtävänä on monumentaalinen tavoite: ruokkia nopeasti kasvavaa maailman väestöä samalla kun se pienentää aktiivisesti sen ympäristöjalanjälkeä ja ylläpitää taloudellista elinkelpoisuutta. Tässä herkkää yhtälössä rikkakasvien torjunta-aineet ovat edelleen elintarviketurvan peruspilari, ja ne toimivat korvaamattomana suojana rikkakasvien kilpailun tuhoisaa, satoa{1}}ryöstävää potentiaalia vastaan.
Monimutkaisen, laaja-alaisen{0}}kirjeen kemiallisen rikkakasvien torjunnan ajat ovat kuitenkin tiukasti menneisyydessä. Johdonmukaisen, kustannustehokkaan ja turvallisen rikkakasvien hallinnan saavuttaminen edellyttää siirtymistä perussovelluksesta kehittyneeseen biokemialliseen hoitoon. Se edellyttää, että maatalouden ammattilaiset ymmärtävät perusteellisesti toimintatapojen ja toimintapaikkojen väliset hienovaraiset vivahteet, tunnistavat eri kemikaaliryhmien visuaaliset allekirjoitukset ja ottavat tarkasti huomioon levityksen ajoituksen, vedenkäsittelyn ja ympäristön rasitusmuuttujat.
Viime kädessä kestävän rikkakasvien torjunnan tulevaisuus on kemian säilyttämisessä vaihtelun avulla. Vuorottamalla aktiivisesti WSSA/HRAC-ryhmien numeroita, suunnittelemalla usean paikkakunnan-säiliöseoksia ja sijoittamalla nämä kemialliset sovellukset vankalle, monitahoiselle integroidulle rikkakasvien hallintakehykselle, globaali maatalousyhteisö voi onnistuneesti ohittaa vastustuskyvyn uhan. Tämä tasapainoinen, tieteellisesti perusteltu lähestymistapa varmistaa, että peltomme pysyvät puhtaina, ruokavaramme ovat runsaat ja maatalouden ekosysteemimme kestävät tulevina vuosikymmeninä.
