Noin 10 vuotta sitten, Kansasin kesän kovassa kuumuudessa monet Phillip Stahlmanin tutkimusalueille tunkeutuneet haitalliset kochia-rikkaruohot eivät yksinkertaisesti haihtu, kun niitä suihkutetaan kahden laajasti käytetyn rikkakasvien, glyfosaatin ja dicamban seoksella. Vain muutama kuukausi aiemmin, viileämmässä kevään säässä, rikkakasvien torjunta-aineseos oli helposti laukaista rikkaruohon pienet ohut lehdet käpristyä ja muuttua ruskeaksi, mikä merkitsee kasvin kuolemaa.
Nyt voimakas rikkaruoho oli Stahlmanin tönäissään. Stahlman, silloinen rikkakasvitieteilijä Kansasin osavaltion yliopistossa, ei ollut koskaan aikaisemmin kohdannut tätä ongelmaa rikkakasvien torjunta-aineiden kanssa. Aluksi hän oletti soveltaneensa agrikemikaaleja väärin. Mutta vuosi toisensa jälkeen tapahtui sama asia. Stahlman tiesi, että jotain oli tekeillä. Hän seurasi tarkasti peltojen rikkaruohoja. Hän keskusteli myös paikallisten maanviljelijöiden kanssa, jotka kertoivat näkevänsä samanlaisia ongelmia. ”Valo ei syttynyt hetkeksi, ennen kuin asia toistui jatkuvasti. Se oli kuin palapelin kokoaminen ”, Stahlman sanoo.
Lopulta Stahlman, joka on sittemmin jäänyt eläkkeelle, päätti, että ongelma johtui todennäköisesti lämpötilasta: Jotain ruiskutuksesta korkeassa kuumuudessa teki rikkakasvien torjunta-aineista vähemmän tehokkaita.
Stahlman ei ole yksin tekemässä tätä havaintoa. Nykyään lisääntyvät todisteet viittaavat siihen, että noin 90 Fahrenheit-asteen tai sitä korkeampi lämpötila voi tehdä joistakin rikkakasvien torjunta-aineita vastustavista rikkaruohoista vielä vastustuskykyisempiä ja aiheuttaa muiden rikkaruohojen olevan vähemmän herkkiä tietyille kemikaaleille.
Jotkut maanviljelijät sanovat tietävänsä, että korkeat lämpötilat voivat sotkea joidenkin rikkakasvien torjunta-aineiden kanssa, joten he yrittävät välttää ruiskutusta päivän kuumuudessa. "Hyvä nyrkkisääntö on, jos lämpötila on 85-90 astetta Fahrenheit-astetta, älä vain suihkuta", sanoo Curt Gottschalk, maatilan johtaja Haysissä, Kansasissa.
Kaikki asiantuntijat eivät ole yhtä mieltä siitä, että tämä laboratoriotutkimuksissa pitkälti osoitettu malli aiheuttaa ongelman viljelijöille. Jotkut rikkakasvien torjunta-aineet näyttävät toimivan vielä paremmin korkeissa lämpötiloissa. Mutta jos lämpö lisää monien rikkaruohojen vastustuskykyä tärkeimmille rikkakasvien torjunta-aineille, seuraukset voivat olla merkittäviä. Rikkaruohot jätetään tarkastamatta, ja ne voivat tuhota sadot ja tulot - jos viljelijät eivät yritä torjua rikkaruohoja, he voivat pyyhkiä noin puolet maissin ja soijan kaikista sadoista Yhdysvalloissa ja Kanadassa, mukaan Amerikan Weed Science Society, voittoa tavoittelematon akateemisten ja teollisuustieteilijöiden yhdistys. Tappio voi maksaa maanviljelijöille noin 43 miljardia dollaria vuodessa.
Viljelijät taistelevat jo rikkaruohojen epidemioita vastaan, jotka ovat kehittäneet geneettisen vastustuskyvyn useille rikkakasvien torjunta-aineille, mukaan lukien glyfosaatti ja dicamba. Stahlman ja muut rikkakasvien tutkijat väittävät, että lämpötila voi olla unohdettu toinen tekijä, joka vahvistaa rikkakasvien vastustuskykyä rikkakasvien torjunta-aineita vastaan. Vaikka suurin osa maanviljelijöistä ymmärtää nyt, että lämpötila vaikuttaa rikkakasvien torjunta-aineisiin, kouluttamattomalle silmälle se voi näyttää aivan kuten rikkakasvien vastustuskyky, Stahlman sanoo.
Nämä tutkijat pelkäävät myös, että asia voi pahentua tulevaisuudessa, kun ilmastonmuutos nostaa lämpötilaa ja äärimmäiset sääilmiöt, mukaan lukien lämpöaallot, yleistyvät.
"Tiedämme jo, että rikkakasvien torjunta on ongelmallisin ongelma kemiallisessa rikkakasvien torjunnassa", Maor Matzrafi, rikkaruohotutkija Israelin kansallisesta maatalouden tutkimusorganisaatiosta, kirjoitti sähköpostitse Undarkille. "Ehkä ilmastonmuutoksen aiheuttama heikentynyt herkkyys on seuraava."
Maanviljelijät, joita käytetään luottaa vähemmän rikkakasvien torjunta-aineisiin, sen sijaan torjumaan rikkaruohoja työläillä menetelmillä, kuten maanmuokkauksella ja manuaalisella poistolla. Mutta 1990-luvun puolivälistä lähtien bioteknologiayritykset alkoivat debytoida geneettisesti muunnettuja viljelykasveja, jotka olivat vastustuskykyisiä yleisille, voimakkaille rikkakasvien torjunta-aineille. Uudet siemenet antoivat viljelijöille runsaasti suihkuttaa peltojaan agrokemikaaleilla tappamaan rikkaruohot heidän muuntogeenisen sadonsa kukoistessa. Tekniikka teki useimmista manuaalisista rikkaruohoista tarpeettomia, ja rikkakasvien torjunta-aineiden käyttö lisääntyi maailmanlaajuisesti. Mutta rikkaruohot kehittyivät vastauksena, ja herbisideille vastustuskykyisiä lajikkeita syntyi. Se on käynnistänyt uuden taistelun maanviljelijöiden ja rikkaruohojen välillä, ja viljelijät käyttävät yhä useammin kemikaalien yhdistelmiä sekä lisäannoksia yrittäen rikkoa rikkaruohoja.
Stahlmanin kokemuksen jälkeen kochia-rikkaruohoista hän alkoi tutkia, voisiko lämpötila vaikuttaa rikkakasvien torjunta-aineisiin enemmän kuin yleisesti tunnustettiin. (Stahlman, kuten monet akateemiset rikkaruohotutkijat, on aiemmin saanut tutkimusrahoitusta agrokemian yrityksiltä.)
Selvittääkseen kuinka lämpö auttaa rikkaruohoja torjumaan rikkakasvien torjunta-aineita, Stahlman työskenteli yhdessä KSU-kollegoiden, rikkakasvien fysiologin Mithila Jugulamin ja tutkimusassistentin Junjun Oun kanssa. Tiimi kasvatti taimia Kansasista peräisin olevista kochia-populaatioista kammioissa, jotka pidettiin 63.5-90.5 Fahrenheit-asteen lämpötilassa - edustavat osavaltion kevään ja kesän päivälämpöä. Lämpötila kammioissa laski 12 tunnin välein jäljittelemään viileämpiä yöaikoja. Kun taimet olivat saavuttaneet noin 4 tuumaa korkean, tutkijat antoivat toisille glyfosaattia ja toisille dicambaa. Tiimi tutki viikoittain rikkaruohoja vahingon merkkien varalta. Kuukauden kuluttua he kaatoivat rikkaruohot, kuivattiin ja punnittiin.
Ryhmä havaitsi, että korkeissa lämpötiloissa he tarvitsivat yli kaksinkertaisen määrän glyfosaattia ja dikambaa rikkakasvien torjuntaan. Ne julkaistu niiden tulokset vuonna 2016.
Ymmärtääkseen, miksi lämpö vähensi herkkyyttä, tutkijat seurasivat rikkakasvien torjunta-aineiden polkuja rikkaruohojen läpi käyttämällä glyfosaatin ja dicamban lievästi radioaktiivisia versioita. Aikaisempi on aiemmin valmistanut Monsanto ja toinen BASF Corp. (BASF Corp. tarjosi jatko-opiskelijoiden avustajia Ou: lle eri projektille.)
Ryhmä havaitsi, että lehdet absorboivat vähemmän glyfosaattia korkeammissa lämpötiloissa. He eivät ole varma miksi, mutta Jugulam uskoo, että kuumuus voi kannustaa kochiaa kehittämään paksumpia kynsinauhoja - suojaavan kerroksen lehtien pinnalle - jotka lisäävät sitten rikkaruohojen puolustusta rikkakasvien torjunta-aineita vastaan. Tiimi löysi erilaisen prosessin työssä, kun rikkaruohot tapasivat dicamban. Lämpötila ei vaikuttanut rikkaruohojen imemän dicamban määrään, mutta se haitasi rikkakasvien torjunta-aineen liikkumista kasvien läpi niin, että vähemmän saavutti tavoitteensa - kudos kehittyi uusien versojen ja lehtien kärjissä.
Toisessa tutkimuksessa, julkaistiin viime vuonna, Jugulam kiinnitti huomionsa rikkakasvien torjunta-aineeseen 2,4-D, joka on yksi ainesosan oranssista aineista, joka on surullisen defoliantti, jota käytetään Vietnamin sodassa. Nykyään se on yksi yleisimmin käytetyistä rikkakasvien torjunta-aineista. Jugulam testasi, kuinka lämpötila vaikutti rikkakasvien torjunta-aineen kykyyn hallita tavallista vesihamppua, joka oli leveälehtinen rikkaruoho, joka havaitsi tunkeutuvan Keskilännen maissi- ja soijapelloille.
Testissä Jugulam tutki joitain tavallisia vesihamppuja, joilla oli kehittynyt geneettinen vastustuskyky 2,4-D: lle, ja joitain, joilla ei ollut. Hän huomasi, että kestävän rikkaruohon tappaminen kesti yli kolme kertaa niin paljon rikkakasvien torjunta-aineita kuumissa, kuivissa olosuhteissa kuin viileämmissä lämpötiloissa. Hän löysi samanlaisen, mutta pienemmän vaikutuksen alttiissa rikkaruohoissa.
Herbisideille vastustuskykyinen vesihamppu selviää altistumisesta 2,4-D: lle hajottamalla kemikaalin nopeasti myrkyttömiksi aineiksi, ennen kuin se saavuttaa tavoitteensa juurien, varsien ja lehtien kärjissä. Kun lämpötila on korkea, Jugulam totesi, vesihamppu hajottaa nämä molekyylit nopeammin.
Jugulam huomautti myös, että korkeissa lämpötiloissa jotkut rikkakasvien torjunta-aineista vastustuskykyiset rikkaruohot näyttävät olevan vastustuskykyisempiä ja jotkut alttiit rikkaruohot saattavat tarvita torjuntaan enemmän rikkakasvien torjunta-aineita.
Kaikki rikkaruohot ja rikkakasvien torjunta-aineet eivät reagoi lämpötilaan samalla tavalla. Esimerkiksi Jugulam on myös havainnut, että 2,4-D ja glyfosaatti toimivat paremmin korkeammissa lämpötiloissa tavallista ja jättiläinen ragweedia vastaan, kaksi muuta rikkaruohoa, jotka ovat yleisiä Yhdysvaltain viljelijöiden pelloilla. Jugulam sanoo myös, että jopa tapauksissa, joissa lämpö estää rikkakasvien torjunta-aineita, vaikutukset näyttävät rajoittuneen enimmäkseen kuiviin olosuhteisiin. Alueilla, joilla on korkea kosteus ja sateita, ei ehkä näy samoja vaikutuksia.
Mutta joidenkin asiantuntijoiden mukaan todisteita kasvaa useilla lajeilla ja agrokemikaaleilla, jotka lämpötilat ja joissakin tapauksissa korkeat hiilidioksiditasot vaikuttavat rikkaruohojen torjuntaan ainakin laboratoriossa.
Testeissä julkaistu Vuonna 2016 Matzrafi havaitsi, että korkeissa lämpötiloissa neljä erilaista ruohon rikkaruohoa vastusti diklofopimetyyliä, Bayerin valmistaman rikkakasvien torjunta-aineen ainesosaa, huomattavasti paremmin kuin alemmissa lämpötiloissa. Matzrafi havaitsi myös, että korkeat lämpötilat tekivät toisesta rikkakasvien torjunta-aineesta, pinoksadeenista, vähemmän kykenevän hillitsemään invasiivisen ruohon valebromin kasvua. Lisäksi ruoho kukoisti silloinkin, kun se vaihdettiin viileämmistä olosuhteista kuumempaan ympäristöön jopa kaksi päivää rikkakasvien torjunta-aineen käsittelyn jälkeen. (Tutkimuksen rahoitti osittain Israelissa toimiva agrokemian yritys ADAMA Agricultural Solutions.)
"Tuloksemme ja monet muut 90-luvulta lähtien tehdyt tutkimukset viittaavat siihen, että levityksen jälkeiset ympäristöolosuhteet voivat vaikuttaa myös herbisidiherkkyyteen", Matzrafi selitti sähköpostissa. Vaikka viljelijät suihkuttavat kylmemmissä lämpötiloissa, se ei välttämättä riitä välttämään lämmön vaikutuksia.Huolimatta kasvavista diklofop-metyyliannoksista, tämä rikkakasvien torjunta-aineelle herkkä ruoho kasvaa lämpimämmässä ilmastossa. Jokaisessa valokuvassa rikkakasvien torjunta-ainetta levitetään suurempina määrinä vasemmalta oikealle. Äärimmäisessä vasemmassa kasvissa ei käytetä rikkakasvien torjunta-ainetta. Vasemmassa kuvassa ruisheinää kasvatetaan alhaisemmissa lämpötiloissa (50-61 Fahrenheit-astetta), kun taas oikeassa kuvassa ruisheinää kasvatetaan korkeammissa lämpötiloissa (82-93 Fahrenheit-astetta). Visuaalinen: Maor Matzrafin ystävällisyys
Asiantuntijat pelkäävät, että nämä olosuhteet pahenevat ilmastonmuutoksen myötä. Jo nyt monet maataloudelle tärkeät Yhdysvaltojen osavaltiot sekä muut suuret elintarviketuotantoalueet ympäri maailmaa kokevat säännöllisesti lämpötiloja yli 90 Fahrenheit-astetta kasvukausien aikana. Jotkut tutkijat sanovat, että lämmön ja rikkakasvien torjunta-aineiden ongelmat ovat nousemassa esiin nyt osittain viime vuosikymmenien aikana esiintyneiden äärimmäisen kuumien jaksojen vuoksi.
On kuitenkin vaikea kiinnittää huomiota tänään havaittuihin vaikutuksiin viimeaikaisiin ilmastomuutoksiin, New Yorkin Columbian yliopiston kasvifysiologi Lewis Ziska kirjoitti sähköpostitse Undarkille. Mutta huomaten, että rikkaruohot ovat "suurin rajoitus elintarviketuotannolle", Ziska varoittaa, että "ne ovat valtava haaste maanviljelijöille äärimmäisissä olosuhteissa".
Esimerkiksi keskilännessä lämpötilat saattavat nousta vuosisadan loppuun mennessä keskimäärin 8.5 Fahrenheit-astetta, pitempien ja useammin voimakkaiden lämpöjaksojen mukaan. liittohallituksen ennusteet. Ja Etelä-Aasiassa, mukaan lukien Intia - maailmanlaajuisesti tärkeä alue riisin, palkokasvien, pähkinöiden ja puuvillan tuotannossa - hallitustenvälinen ilmastonmuutospaneeli hankkeet keskimääräinen vuotuinen lämpötila nousee lähes 6 Fahrenheit-astetta vuoteen 2100 mennessä.
Ensimmäisessä lajissaan kokeessa, jonka tulokset olivat raportoitiin viime vuonna, Matzrafi tutki lämmön ja korotettujen hiilidioksiditasojen yhteisvaikutusta kahdella eri rikkaruoholajilla ja havaitsi, että yhdistelmä lisää rikkakasvien rikkakasvien torjunta-aineita yksinään kummallakin tekijällä.
Ei ole selvää, ovatko rikkakasvien torjunta-aineiden valmistajat valmistautuneet lämpenevän planeetan tuleviin haasteisiin. Monet eivät suosittele optimaalisia ruiskutuslämpötiloja tehokkuuden varmistamiseksi viljelijöille jakamissaan ohjeissa.
Pinoxaden-valmistajan Sygentan tiedottaja Clark Ouzts sanoo kirjallisessa lausunnossaan, että yritys ei ole tutkinut ilmastonmuutoksen mahdollisia vaikutuksia rikkakasvien torjunta-aineen toimintaan, mutta että "kenttätutkimukset ja kaupalliset sovellukset eivät ole osoittaneet lämpötilan olevan merkittävä vaikutusta Pinoxadenin toimintaan. "
Bayerin edustaja Charla Lord kirjoitti lausunnossaan, että yhtiön rikkakasvien torjunta-aineet on "testattu laajasti kaikkien sääntelyviranomaisten vaatimusten täyttämiseksi" ja "merkitty, jotta levittäjät tietävät, miten niitä voi hakea optimaalisen hallinnan ja menestyksen saavuttamiseksi". Yritys ei vastannut tuotteidensa tehokkuutta koskeviin erityiskysymyksiin korkeissa lämpötiloissa, vaikka yrityksellä on posted korkean lämpötilan ruiskutuksen haasteista verkkosivuillaan. Corteva, joka valmistaa rikkakasvien torjunta-aineita, jotka sisältävät 2,4-D: tä, ei vastannut kommentointipyyntöihin siitä, kuinka korkeat lämpötilat vaikuttavat rikkakasvien torjunta-aineen suorituskykyyn.
EI KAIKKI vakuuttunut siitä, että nämä kokeelliset havainnot aiheuttavat ongelmia viljelijöille. Jotkut tutkijat ja rikkakasvien asiantuntijat sanovat, että laboratorio-olosuhteet eroavat radikaalisti kentästä, mikä tekee tuloksista vähemmän merkityksellisiä. "En usko, että voisimme sanoa varmasti, että tällä on vaikutusta todellisessa mittakaavassa", kirjoitti Brad Hanson, rikkakasvien asiantuntija Kalifornian yliopistosta Davisista, sähköpostitse Undarkille. Hanson työskenteli Matzrafin kanssa viime vuonna julkaistussa tutkimuksessa.
Kalifornian maanviljelijöiden kanssa tutkijana ja pidennysasiantuntijana työskentelevä Hanson kirjoitti myös, että viljelijät käyttävät tyypillisesti tarpeeksi rikkakasvien torjunta-aineita voittamaan pienet muutokset lämmön aiheuttamassa rikkakasvien herkkyydessä.
Kalifornian yliopiston Davisin viljelyfysiologi Kassim Al-Khatib, joka on tutkinut rikkakasvien torjunta-aineiden toimintaa lämmössä ja kosteudessa, kirjoitti Undarkille lähettämässään sähköpostiviestissä, että tutkimukset tehdään huolellisesti kontrolloiduissa laboratorio-olosuhteissa, joita viljelijät eivät koskaan löydä omasta kasvinsuojeluaineestaan. kentät. "Se, mitä tapahtuu valvotuissa olosuhteissa, ei yleensä tue sitä, mitä tapahtuu kenttäolosuhteissa", hän kirjoitti.
Al-Khatib on tutkinut omassa tutkimuksessaan lämpötilan ja kosteuden vaikutusta pieneen määrään rikkakasvien torjunta-aineita ja rikkaruohoja. Hänen mukaansa rikkakasvien torjunta-aineiden tehokkuus paranee yleensä korkeammissa lämpötiloissa ja kosteudessa, ellei lämpötilat ylitä 100 astetta Fahrenheit-astetta.
"Mutta en usko, että se vähentää tulosten merkitystä", Matzrafi kirjoitti. Hän, Stahlman ja muut sanovat nähneensä vaikutuksen kentällä itse. ”Luulen, että näemme jotain. Seuraavien 10 vuoden aikana luulen, että näemme lisää. Se tulee olemaan suuri ongelma ”, sanoo Chuck Otte, K-osavaltion tutkimus- ja laajennusagentti Gearyn piirikunnassa Kansasissa, joka työskentelee pääasiassa maanviljelijöiden kanssa.
Tutkimustulokset yrittävät uutisia viljelijöille, jotka luottavat rikkakasvien torjunta-aineisiin pitämään yhä aseistettuja rikkaruohoja loitolla. Toistaiseksi jotkut maanviljelijät pyrkivät estämään joitain lämmön vaikutuksia ruiskuttamalla rikkakasvien torjunta-aineita viileämpinä päivinä. Kesän sydämessä Carie Moore sanoo, että hän herää joskus ennen aamunkoitoa suihkuttamaan 650 hehtaarin maatilansa Pohjois-Dakotassa, ennen kuin lämpö nousee liian korkealle ja ylittää toisinaan 100 astetta Fahrenheit-astetta. Mutta maapallon lämmetessä maanviljelijät kohtaavat kapeammat ikkunat, joiden aikana lämpötilat ovat riittävän viileät ruiskuttamaan, Ziska sanoo. Ja Matzrafin tutkimus viittaa siihen, että ruiskutus viileämpinä aikoina ei takaa, että rikkakasvien torjunta-aineiden tehoon eivät vaikuta myöhemmin päivällä tai edes seuraavana päivänä tulevat lämpöpurkaukset.
Ja joskus maanviljelijät eivät voi välttää rikkaruohomyrkkyjen ruiskuttamista kuumuudessa, etenkin valtavissa maatiloissa, joissa on useita tuhansia hehtaareja.
Otte sanoo, että epäilijät eivät ehkä ymmärrä, että rikkakasvien torjunta-aineet eivät toimi, koska lämpö on antanut rikkaruohoille auttavan käden. He saattavat ensin olettaa, että joukossa muita yleisiä tekijöitä on vika, kuten rikkakasvien vastustuskyky, sateiden puute tai liian vähän rikkakasvien torjunta-aineita. "Sekoittavia tekijöitä on niin paljon, että kaikkia on vaikea selvittää", hän sanoo.
Pitkällä aikavälillä viljelijöiden on vähennettävä riippuvuuttaan rikkakasvien torjunta-aineista ja käytettävä sen sijaan muita tekniikoita, joita käytetään nykyään luonnonmukaisessa viljelyssä rikkaruohojen pitämiseksi kurissa, sanovat monet asiantuntijat. Esimerkiksi peitekasvien, kuten kevätkauran tai karmiininpunainen apila, istuttaminen auttaa estämään rikkaruohojen juurtumisen paljaaseen maaperään ja monenlaisten viljelykasvien viljelyn vuorotellen voi väärinkäyttää rikkaruohoja tukahduttamalla populaatioita. Moore liikkuu jo tähän suuntaan. Hän kiertää soijapapuja vehnän, ohran ja parin muun sadon kanssa ja istuttaa erilaisia lisäpeitekasveja, kuten ruista ja herneitä.
Hän myös ajoittain maanmuokkausta tukahduttaakseen rikkakasvien kasvun. "Mitä vähemmän meidän on ruiskutettava kemikaaleja, sitä parempi", hän sanoo. Viljely ei kuitenkaan voi luopua kokonaan rikkaruohomyrkkyistä, Ziska sanoo. Koska tarjolla on vain vähän uusia kemikaaleja, viljelijöiden on oltava varovaisempia nykyisillä rikkakasvien torjunta-aineilla varmistaakseen, että he jatkavat työskentelyään tulevaisuudessa. Valmistajien on annettava viljelijöille parempia neuvoja rikkakasvien torjunta-aineiden käytöstä milloin ja miten, Matzrafi lisää.
"Viljelijät eivät voi enää vain suihkuttaa ja rukoilla", Otte sanoo.