ÎN APROAPĂ DE 10 ANI, în căldura aprigă a verii din Kansas, multe dintre buruienile nocive kochia care invadează câmpurile de cercetare ale lui Phillip Stahlman pur și simplu nu se vor clătina atunci când sunt pulverizate cu un amestec de două erbicide utilizate pe scară largă, glifosatul și dicamba. Cu doar câteva luni mai devreme, în vremea mai rece de primăvară, amestecul de erbicide a declanșat cu ușurință micile frunze subțiri ale buruienii să se îndoaie și să devină maronii, semnalând dispariția plantei.
Acum, Stahlman s-a împiedicat de buruiana puternică. Stahlman, pe atunci un om de știință de buruieni la Universitatea de Stat din Kansas, nu mai întâmpinase niciodată această problemă cu erbicidele. El a presupus inițial că a aplicat greșit produsele agro-chimice. Dar an de an, același lucru s-a întâmplat. Stahlman știa că se întâmplă ceva. A urmărit atent buruienile din câmpurile sale. De asemenea, el a discutat cu fermierii locali care au raportat că au văzut probleme similare. „Lumina nu s-a aprins o vreme până când problema nu a mai apărut. A fost ca și cum ai pune împreună un puzzle ”, spune Stahlman.
În cele din urmă, Stahlman, care s-a retras de atunci, a decis că problema era probabil temperatura: ceva despre pulverizarea la căldură ridicată făcea erbicidele mai puțin eficiente.
Stahlman nu este singurul care face această observație. Astăzi, dovezile crescânde sugerează că temperaturile de aproximativ 90 de grade Fahrenheit sau peste pot face unele buruieni rezistente la erbicide și mai rezistente și pot provoca alte buruieni să fie mai puțin sensibile la anumite substanțe chimice.
Unii fermieri spun că știu că temperaturile ridicate se pot încurca cu unele erbicide, așa că încearcă să evite pulverizarea în căldura zilei. „O regulă generală bună este dacă este de 85 până la 90 de grade Fahrenheit, pur și simplu nu pulverizați”, spune Curt Gottschalk, un manager de fermă din Hays, Kansas.
Nu toți experții sunt de acord că acest model, demonstrat în mare parte în experimentele de laborator, pune o problemă fermierilor. Și unele erbicide par să funcționeze și mai bine la temperaturi ridicate. Dar dacă căldura sporește rezistența multor buruieni la erbicide majore, implicațiile ar putea fi semnificative. Lăsate necontrolate, buruienile pot distruge recoltele și veniturile - dacă fermierii nu depun eforturi pentru a controla buruienile, ar putea elimina aproximativ jumătate din producția de porumb și soia din SUA și Canada, în conformitate cu Weed Science Society of America, o societate nonprofit de oameni de știință din domeniul academic și industrial. Pierderea ar putea costa fermierilor aproximativ 43 de miliarde de dolari anual.
Fermierii se luptă deja împotriva epidemiilor de buruieni care au dezvoltat rezistență genetică la mai multe erbicide, inclusiv glifosat și dicamba. Stahlman și alți cercetători de buruieni susțin că temperatura ar putea fi un al doilea factor trecut cu vederea, care întărește apărarea buruienilor împotriva erbicidelor. Deși majoritatea fermierilor înțeleg acum că temperatura afectează erbicidele, pentru ochiul neantrenat ar putea arăta la fel ca rezistența la erbicide, spune Stahlman.
Acești cercetători se tem, de asemenea, că problema se poate agrava în viitor, deoarece schimbările climatice cresc temperaturile și evenimentele meteorologice extreme, inclusiv valurile de căldură, devin mai frecvente.
"Știm deja că rezistența la erbicide este cea mai problematică problemă în combaterea buruienilor chimice", a scris Maor Matzrafi, un om de știință pentru buruieni la Organizația Națională de Cercetare Agricolă din Israel, într-un e-mail către Undark. „Poate că sensibilitatea redusă din cauza schimbărilor climatice este următoarea.”
FERMIERII OBLIGAȚI se bazează mai puțin pe erbicide, controlând în schimb buruienile folosind metode laborioase, cum ar fi prelucrarea și îndepărtarea manuală. Dar, începând cu mijlocul anilor 1990, companiile de biotehnologie au început să lanseze culturi modificate genetic care erau rezistente la erbicide comune și puternice. Noile semințe le-au permis fermierilor să-și stropească în mod liber câmpurile cu produse chimice pentru a ucide buruienile în timp ce recolta lor genetică înflorea. Tehnologia a făcut inutilă majoritatea plivirii manuale, iar utilizarea erbicidelor a crescut la nivel global. Dar buruienile au evoluat ca răspuns și au apărut soiuri rezistente la erbicide. Aceasta a declanșat o nouă bătălie între fermieri și buruieni, fermierii folosind din ce în ce mai mult combinații de substanțe chimice, precum și doze suplimentare, pentru a încerca să elimine buruienile.
După experiența lui Stahlman cu buruienile kochia, el a început să examineze dacă temperatura ar putea afecta performanțele erbicidelor mai mult decât s-a recunoscut pe scară largă. (Stahlman, la fel ca mulți oameni de știință academici de buruieni, a primit finanțare pentru cercetare de la companii agrochimice în trecut.)
Pentru a descifra modul în care căldura ajută buruienile să îndepărteze erbicidele, Stahlman a făcut echipă cu colegii KSU Mithila Jugulam, fiziolog cu buruieni și Junjun Ou, asistent de cercetare. Echipa a cultivat răsaduri din populațiile kochia originare din Kansas, în camere menținute la temperaturi cuprinse între 63.5 și 90.5 grade Fahrenheit - reprezentative pentru căldura din timpul zilei de primăvară și vară. Temperatura din camere a scăzut la fiecare 12 ore pentru a imita noaptea mai răcoroase. Când răsadurile au ajuns la aproximativ 4 cm înălțime, cercetătorii au dozat unele cu glifosat, iar altele cu dicamba. La intervale săptămânale, echipa a examinat buruienile pentru semne de rănire. După o lună, au tăiat buruienile și le-au uscat și cântărit.
Echipa a constatat că, la temperaturi ridicate, aveau nevoie de mai mult de două ori cantitatea de glifosat și dicamba pentru a controla buruienile. ei publicat rezultatele lor în 2016.
Pentru a înțelege de ce căldura a redus sensibilitatea, cercetătorii au urmărit căile erbicidelor prin buruieni folosind versiuni ușor radioactive de glifosat și dicamba. Primul fabricat anterior de Monsanto, iar cel de-al doilea produs de BASF Corp. (BASF Corp. a oferit un asistent universitar la Ou pentru un proiect diferit.)
Echipa a constatat că frunzele au absorbit mai puțin glifosat la temperaturi mai ridicate. Nu sunt siguri de ce, dar Jugulam crede că căldura poate încuraja kochia să dezvolte cuticule mai groase - un strat protector pe suprafața frunzelor - care apoi stimulează apărarea buruienilor împotriva erbicidului. Echipa a descoperit un proces diferit la locul de muncă atunci când buruienile au întâlnit dicamba. Temperatura nu a afectat cantitatea de dicamba pe care buruienile o absorb, dar a împiedicat mișcarea erbicidului prin plantă, astfel încât să atingă mai puțin ținta - țesutul care se dezvoltă la vârfurile lăstarilor și frunzelor noi.
Într-un alt studiu, publicat anul trecut, Jugulam și-a îndreptat atenția asupra erbicidului 2,4-D, unul dintre ingredientele agentului portocaliu, un defoliant infam folosit în războiul din Vietnam. Astăzi, este unul dintre cele mai utilizate erbicide. Jugulam a testat modul în care temperatura a afectat capacitatea erbicidului de a controla cânepa de apă obișnuită, o buruiană cu frunze late găsită invadând câmpurile de porumb și soia din Midwest.
În cadrul testelor, Jugulam a examinat câteva cânepă de apă obișnuită care au dezvoltat rezistență genetică la 2,4-D, iar unele care nu au făcut-o. Ea a descoperit că a fost nevoie de mai mult de trei ori mai mult erbicid pentru a ucide buruienile rezistente în condiții calde și uscate decât la temperaturi mai reci. Ea a găsit un efect similar, dar mai mic, în buruienile susceptibile.
Cânepa de apă rezistentă la erbicide supraviețuiește expunerii la 2,4-D prin descompunerea rapidă a substanței chimice în substanțe netoxice înainte ca aceasta să își poată atinge țintele la vârfurile rădăcinilor, tulpinilor și frunzelor. Când temperatura este ridicată, Jugulam a descoperit că cânepa de apă descompune aceste molecule mai repede.
Jugulam a remarcat, de asemenea, că la temperaturi ridicate, unele buruieni rezistente la erbicide par să devină mai rezistente și unele buruieni susceptibile pot necesita mai multe erbicide pentru controlul lor.
Nu toate buruienile și erbicidele răspund la temperatură în același mod. De exemplu, Jugulam a descoperit că 2,4-D și glifosatul funcționează mai bine la temperaturi mai ridicate împotriva ambroziei comune și gigantice, alte două buruieni comune în câmpurile fermierilor americani. Jugulam mai spune că, chiar și în cazurile în care căldura împiedică erbicidele, impactul pare a fi limitat în cea mai mare parte la condiții uscate. Este posibil ca zonele cu umiditate ridicată și precipitații să nu aibă aceleași efecte.
Dar unii experți spun că există dovezi în creștere într-o varietate de specii și produse agrochimice, că temperatura și, în unele cazuri, niveluri ridicate de dioxid de carbon, afectează combaterea buruienilor, cel puțin în laborator.
În teste publicat în 2016, Matzrafi a constatat că la temperaturi ridicate, patru specii diferite de buruieni din iarbă s-au ridicat împotriva diclofop-metilului, un ingredient al unui erbicid fabricat de Bayer, semnificativ mai bun decât la temperaturi mai scăzute. Matzrafi a constatat, de asemenea, că temperaturile ridicate au făcut ca un alt erbicid, pinoxadenul, să fie mai puțin capabil să reducă creșterea falsului brom de iarbă invazivă. Mai mult, iarba a prosperat chiar și atunci când a fost trecută de la condiții mai reci la un mediu mai cald până la două zile după tratamentul cu erbicide (cercetarea a fost parțial finanțată de ADAMA Agricultural Solutions, o companie agrochimică cu sediul în Israel).
„Constatările noastre și multe alte studii din anii '90 sugerează că condițiile de mediu post-aplicare pot afecta și sensibilitatea la erbicide”, a explicat Matzrafi într-un e-mail. Chiar dacă fermierii pulverizează la temperaturi mai scăzute, s-ar putea să nu fie suficient pentru a evita efectele căldurii.În ciuda dozelor în creștere de diclofop-metil, această ligheană sensibilă la erbicide prosperă într-un climat mai cald. În fiecare fotografie, erbicidul este aplicat în cantități mai mari, mergând de la stânga la dreapta. Pe planta din stânga, nu se aplică niciun erbicid. În fotografia din stânga, iarba este cultivată la temperaturi mai mici (50-61 grade Fahrenheit), în timp ce în fotografia din dreapta, iarba este cultivată la temperaturi mai ridicate (82-93 grade Fahrenheit). vizuale: Amabilitatea lui Maor Matzrafi
Experții se tem că aceste condiții se vor înrăutăți în condițiile schimbărilor climatice. Deja, multe state americane importante pentru agricultură, precum și alte regiuni importante producătoare de alimente din întreaga lume, experimentează în mod regulat temperaturi care depășesc 90 de grade Fahrenheit în timpul anotimpurilor de vegetație. Unii cercetători spun că problemele cu căldura și performanțele erbicidelor apar în prim plan acum, parțial din cauza episoadelor mai frecvente de căldură extremă din ultimele decenii.
Cu toate acestea, este greu de identificat efectele observate astăzi asupra schimbărilor climatice recente, Lewis Ziska, fiziolog al plantelor de la Universitatea Columbia din New York, a scris într-un e-mail către Undark. Dar, observând că buruienile sunt „cea mai mare constrângere pentru producția de alimente”, Ziska avertizează că „vor fi o provocare formidabilă pentru fermierii dintr-un mediu mai extrem”.
În Midwest, de exemplu, temperaturile ar putea crește cu o medie de 8.5 grade Fahrenheit până la sfârșitul secolului, cu întinderi mai lungi și mai frecvente de căldură extremă, conform proiecțiile guvernului federal. Și în Asia de Sud, inclusiv India - o regiune importantă la nivel mondial pentru producerea orezului, leguminoaselor, nucilor și bumbacului - Grupul interguvernamental privind schimbările climatice Proiecte că temperaturile medii anuale vor crește cu aproape 6 grade Fahrenheit până în 2100.
În primul experiment de acest gen, ale cărui rezultate au fost raportat anul trecut, Matzrafi a studiat efectul comun al căldurii și a crescut nivelurile de dioxid de carbon asupra a două specii diferite de buruieni și a constatat că combinația mărește apărarea erbicidelor buruienilor dincolo de acest lucru, doar prin oricare dintre factori.
Nu este clar dacă producătorii de erbicide sunt pregătiți pentru provocările viitoare ale unei planete care se încălzește. Mulți nu recomandă temperaturi optime de pulverizare pentru a asigura eficacitatea în liniile directoare pe care le distribuie fermierilor.
Într-o declarație scrisă, Clark Ouzts, un purtător de cuvânt al Sygenta, producătorul de pinoxaden, spune că compania nu a studiat efectele potențiale ale schimbărilor climatice asupra activității erbicidului, dar că „cercetările de teren și aplicațiile comerciale nu au demonstrat că temperatura are o valoare semnificativă. impact asupra activității Pinoxaden. ”
Charla Lord, un purtător de cuvânt al Bayer, a scris într-o declarație că erbicidele companiei sunt „testate pe larg pentru a îndeplini toate cerințele autorităților de reglementare” și „etichetate astfel încât aplicatorii să știe cum să aplice pentru un control și un succes optimi”. Compania nu a răspuns la întrebări specifice privind eficacitatea produselor lor la temperaturi ridicate, deși compania a răspuns postat despre provocările pulverizării la temperaturi ridicate pe site-ul său web. Corteva, care produce erbicide care încorporează 2,4-D, nu a răspuns la solicitările de comentarii cu privire la modul în care temperaturile ridicate afectează performanța erbicidului.
NU TOȚI ESTE convins că aceste descoperiri experimentale creează probleme pentru fermieri. Unii cercetători și experți în buruieni spun că condițiile de laborator diferă radical de domeniu, făcând rezultatele mai puțin pertinente. „Nu cred că am putea spune cu certitudine că acest lucru are un impact la scară reală”, a scris Brad Hanson, expert în buruieni la Universitatea din California, Davis, într-un e-mail către Undark. Hanson a lucrat cu Matzrafi la cercetarea publicată anul trecut.
Hanson, care lucrează cu fermierii din California ca cercetător și specialist în extindere, a scris, de asemenea, că fermierii folosesc de obicei suficient erbicid pentru a depăși orice mici modificări ale sensibilității buruienilor provocate de căldură.
Kassim Al-Khatib, fiziolog al culturilor de la Universitatea din California, Davis, care a investigat cum se comportă erbicidele sub căldură și umiditate, a scris într-un e-mail către Undark că studiile sunt efectuate în condiții de laborator atent controlate, pe care fermierii nu le-ar găsi niciodată în câmpuri. „Ceea ce se întâmplă în condiții controlate nu susține, în general, ceea ce se întâmplă în condiții de teren”, a scris el.
În propriile sale cercetări, Al-Khatib a studiat efectul temperaturii și umidității asupra unui număr mic de tipuri de erbicide și specii de buruieni. În cazurile pe care le-a studiat, spune el, eficacitatea erbicidelor se îmbunătățește, în general, la temperaturi și umiditate mai ridicate, cu excepția cazului în care temperaturile depășesc 100 de grade Fahrenheit.
„Dar nu cred că diminuează importanța rezultatelor”, a scris Matzrafi. El, Stahlman și alții spun că au văzut efectul pe teren pentru ei înșiși. „Cred că vedem ceva. În următorii 10 ani cred că vom vedea mai multe. Va fi o problemă majoră ”, spune Chuck Otte, agent de cercetare și extindere a statului K în județul Geary, Kansas, care lucrează în primul rând cu fermierii.
Rezultatele cercetării sunt știri încercătoare pentru fermierii care se bazează pe erbicide pentru a ține la distanță buruienile din ce în ce mai armate. Deocamdată, unii fermieri se străduiesc să evite unele dintre efectele căldurii prin pulverizarea erbicidelor în perioadele mai reci ale zilei. În inima verii, Carie Moore spune că uneori se trezește înainte de zori să-și pulverizeze ferma de 650 de acri din Dakota de Nord înainte ca căldura să urce prea mult, ocazional depășind 100 de grade Fahrenheit. Dar pe măsură ce globul se încălzește, fermierii se vor confrunta cu ferestre mai înguste în care temperaturile sunt suficient de reci pentru a fi pulverizate, spune Ziska. Și cercetările lui Matzrafi sugerează că pulverizarea în perioadele mai reci nu garantează că eficacitatea erbicidelor nu este afectată de explozii de căldură care vin mai târziu în ziua respectivă sau chiar a doua zi.
Și uneori fermierii nu pot evita pulverizarea erbicidelor la căldură, în special în fermele uriașe cu câteva mii de acri.
Otte spune că scepticii s-ar putea să nu-și dea seama că erbicidele lor nu funcționează, deoarece căldura a dat buruienilor o mână de ajutor. În primul rând, ar putea presupune că o serie de alți factori comuni sunt de vină, cum ar fi rezistența la erbicide, lipsa precipitațiilor sau prea puțin erbicid. „Există atât de mulți factori confuzi, încât este dificil de rezolvat”, spune el.
Pe termen lung, fermierii vor trebui să își reducă dependența de erbicide și să folosească în schimb alte tehnici mai des utilizate în agricultura ecologică astăzi pentru a menține buruienile la distanță, spun mulți experți. De exemplu, plantarea culturilor de acoperire, cum ar fi ovăzul de primăvară sau trifoiul roșu, ajută la oprirea buruienilor care se rădăcină în solul gol și creșterea unei varietăți de culturi în rotație poate duce la buruieni greșite, care ajută la suprimarea populațiilor. Moore se deplasează deja în această direcție. Rotește boabele de soia cu grâu, orz și alte câteva culturi și plantează o varietate de culturi de acoperire suplimentare, inclusiv secară și mazăre.
De asemenea, ea cântă ocazional solul pentru a ajuta la înăbușirea creșterii buruienilor. „Cu cât trebuie să pulverizăm substanțe chimice cu atât mai puțin, cu atât mai bine”, spune ea. Cu toate acestea, pentru a menține randamentul, agricultura nu poate abandona în totalitate erbicidele, spune Ziska. Cu foarte puține produse chimice noi oferite, fermierii vor trebui să fie mai atenți la erbicidele pe care le au acum pentru a se asigura că vor continua să lucreze în viitor. Producătorii trebuie să ofere fermierilor sfaturi mai bune cu privire la momentul și modul de utilizare a erbicidelor, adaugă Matzrafi.
„Fermierii nu se mai pot stropi și ruga”, spune Otte.