Первые сообщения о развитии устойчивости сорных растений к гербицидам (триазинам) появились еще в 1968 году.
Сорняки являются конкурентами культурных растений за минеральные элементы питания, пространство, свет и воду. Одним из наиболее эффективных методов избавления от сорняков и улучшения урожая является применение гербицидов. Однако очень скоро стало понятно, что эффективность гербицидов со временем снижается из-за появления форм растений, устойчивых к их воздействию.
Появление биотипов сорняков устойчивых к пестицидам является одной из актуальнейших проблем современного сельского хозяйства. Первые сообщения о развитии устойчивости сорных растений к гербицидам (триазинам) появились еще в 1968 году. К началу 1990-х было известно уже 120 биотипов сорных растений, устойчивых к этой, а также к 15 другим группам гербицидов.
Почему развитие устойчивости сорных растений к гербицидам вызывает такую обеспокоенность? На то есть ряд причин. Ужесточение требований к регистрируемым препаратам и сокращение финансирования разработок новых гербицидов, на фоне прогрессирующего повышения устойчивости к ним сорняков, серьезно беспокоит производителей сельскохозяйственной продукции. Потеря эффекта от применения гербицидов приводит к развитию серьезных последствий, как с точки зрения экономики сельскохозяйственного производства, так и с точки зрения состояния окружающей среды. Особенно сложно обстоят дела, если появляются биотипы растений, имеющие механизм повышения устойчивости сразу к нескольким классам гербицидов (кросс-устойчивость), или последовательно развивающие устойчивость к разным гербицидам (множественная устойчивость). Поиск эффективных гербицидов в данном случае требует особенно серьезного научного подхода и тщательных испытаний. Борьба с такими биотипами сорняков редко обходится без ошибок, которые дорого обходятся сельскому хозяйству.
Устойчивость растений к гербицидам развивается в несколько этапов. Вначале появляется растение или несколько растений, случайные генетические изменения которых позволяют им выжить, несмотря на применение гербицидов. Причиной генетических изменений (мутаций) являются не только сами гербициды, но и другие факторы окружающей среды или естественные процессы изменчивости. Появление новых мутаций – это естественный процесс, который постоянно происходит в природе. Благодаря генетическим изменениям популяции организмов лучше приспосабливаются к условиям окружающей среды, в том числе и к неблагоприятным. А пестициды являются одним из новых антропогенных факторов, оказывающих влияние на популяции растений. Поэтому появление устойчивых к данному фактору биотипов растений это одна из сторон эволюции жизни на Земле.
Пока не будет применен определенный гербицид, растения с мутацией, обеспечивающей устойчивость к нему, находятся в популяции в исключительно малом количестве. После проведения обработки большинство растений этого вида гибнет, остаются лишь особи, которые приобрели устойчивость к гербициду. Семена теперь дают только те растения, которые выжили благодаря мутации. Так как мутация передается по наследству, то растения, выросшие из этих семян, будут обладать устойчивостью к данному гербициду. После многократного применения гербицида мутантные растения вытесняют нормальные и быстро распространяются на сельскохозяйственных угодьях.
Обратной стороной устойчивости растений к гербицидам является целенаправленное выведение сортов культурных растений, устойчивых к действию определенных химических средств борьбы с сорняками. Обычной целью является получение сортов растений устойчивых к нескольким гербицидам широкого спектра действия (раундап, либерти). В конце двадцатого века сорта кукурузы, сои и хлопка, устойчивые к глифосату, произвели настоящий переворот в сельском хозяйстве, многократно повысив эффективность борьбы с сорняками и урожайность.
Если используются устойчивые к данному гербициду сорта, то это значительно увеличивает его потенциальную эффективность, даже при наличии ошибок в применении или неадекватных условиях среды. Но продолжительное использование устойчивого сорта совместно с одним и тем же гербицидом обязательно приведет к появлению устойчивого биотипа сорняков. Кроме того, необходимо учитывать не только устойчивость сорта к определенному гербициду, но и его урожайность, районирование, потребительские качества и прочие факторы, которые окажут влияние на общую экономическую эффективность выбранной стратегии.
Трудно заранее предсказать: какие виды сорняков приобретут устойчивость к данному гербициду. Однако накопленный опыт показывает, что распространение устойчивых к гербицидам биотипов напрямую связано с программой применения защитных средств, составом сорняков на обрабатываемых полях и особенностями ведения сельского хозяйства.
Интенсивность отбора в популяциях сорняков является ключевым фактором, который следует учитывать при рассмотрении вопроса развития устойчивости к гербицидам. Отбор подобен фильтру, на котором остаются нормальные растения, но мутантные, устойчивые к гербициду, проходят насквозь и выживают. Как это не парадоксально, но интенсивность отбора тем сильнее, чем более мощное воздействие оказывает гербицид на данный вид растений. С увеличением эффективности гербицида возрастает интенсивность отбора устойчивых растений в популяции сорняков. Интенсивность отбора также многократно возрастает при постоянном применении одного и того же гербицида.
Можно подумать, что если гербицид действует очень эффективно, то появление устойчивых мутантов будет сразу заметно, и это позволит своевременно принять необходимые меры. Однако, опыт показывает, что заметить появление устойчивого к гербицидам биотипа можно только тогда, когда он будет составлять около трети от численности популяции. В первые годы применения одного и того же гербицида доля устойчивых растений не превышает одного процента. Если же продолжать применение одного и того же гербицида из года в год, то наступит момент, когда доля устойчивых растений начнет резко увеличиваться. Как показывают наблюдения, устойчивость к гербицидам группы сульфонилмочевины, при их непрерывном использовании, развивается за 3–5 вегетационных сезонов. При использовании гербицидов триазиновой группы устойчивость к ним начинает проявляться через семь и более лет непрерывного использования.
Среди характеристик гербицидов, которые ускоряют развитие устойчивых к ним популяции сорных растений, следует выделить следующие:
. Если гербициды имеют только одну мишень, то устойчивость к ним развивается быстрее. Мишень гербицида – это фермент, участвующий в определенном биохимическом превращении в тканях растений, на функции которого непосредственно воздействует данный гербицид. Мишени многих гербицидов, особенно предложенных недавно, хорошо известны. Но существуют и такие гербициды, механизм действия которых остается не до конца понятным. Большинство известных мишеней гербицидов связано с процессами роста и развития растений. Как правило, для развития устойчивости к гербицидам, которые имеют только одну мишень достаточно одной небольшой мутации в одном единственном гене, кодирующем ключевой фермент.
2. Многократное применение одного и того же гербицида в течение вегетационного периода увеличивает риск появления устойчивости к нему.
3. Использование на протяжении нескольких лет одного и того же гербицида или разных гербицидов, но с одинаковой мишенью также крайне нежелательно. Причем влияние данного фактора практически не зависит от того применяется ли гербицид для ухода за одной и той же или за разными культурами.
4. Использование гербицидов не сопровождающееся другими мерами борьбы с сорняками (культивирование и т.п.) или их изолированное использование, без учета других мероприятий, также повышает риск появления устойчивых биотипов.
Устойчивость к гербициду может появляться не только за счет мутации в гене, который кодирует фермент мишени, но и за счет изменений метаболизма, которые приводят к ускорению его деградации в тканях растений или выведению из них. Метаболизм гербицидов – это их биохимические превращения в тканях растений, которые снижают эффект их воздействия еще до попадания на мишень. Различия в метаболизме гербицидов и делает их более опасными для сорняков по сравнению с целевыми культурами. Большинство метаболических процессов контролируются довольно большой группой генов, поэтому развитие устойчивости по данному пути требует достаточно много времени. Но если устойчивость развивается по данному механизму, то она действует сразу на целое семейство гербицидов, так как его представители имеют сходную химическую природу и попадают в одни и те же метаболические процессы.
Биологические особенности растений также влияют на развитие устойчивости к гербицидам. Как правило, сорняки характеризуются высоким генетическим разнообразием внутри популяций, что позволяет им приспосабливаться к широкому спектру условий окружающей среды. Поэтому нет ничего удивительного в том, что именно сорняки быстро вырабатывают механизмы повышения устойчивости к ядохимикатам. Как только в популяции появиться хотя бы одно устойчивое растение, скорость процесса начнет определяться двумя факторами:
1. Репродуктивным потенциалом вида (количеством семян на одно растение и их приживаемостью);
2. Механизмами распространения семян.
Если после применения гербицидов на поле остается заметное количество сорной растительности, то это еще не повод паниковать по поводу появления устойчивого биотипа. Необходимо учесть ряд других факторов, влияющих на эффективность обработки гербицидами. Тут могут быть и отступления от инструкции по применению, и неподходящие погодные условия, и обсеменение сорняками с соседних участков. Все же, если есть подозрение в развитии устойчивости сорняков к гербицидам, то следует ответить на следующие вопросы:
· Как ведут себя другие виды сорняков, которые должны также уничтожаться этим гербицидом? Вероятность того, что устойчивость появиться сразу у нескольких видов чрезвычайно мала.
· Какова была эффективность этого гербицида или аналогичного ему в предыдущие годы? Эффективность действия гербицида при появлении устойчивого биотипа падает постепенно.
· Происходило ли интенсивное использование этого гербицида или гербицида с той же мишенью на данном участке в прошлые годы?
Если ответы на эти вопросы свидетельствуют о появлении устойчивости сорняков к данному гербициду, то следует приступить к подбору других ядохимикатов и усилить другие (не химические) методы борьбы с сорняками. Проконсультируйтесь с местным специалистом, который поможет оптимизировать стратегию борьбы с сорной растительностью.
Какова же стратегия использования гербицидов, позволяющая отдалить момент появления устойчивости к ним у сорняков? Основные ее положения таковы:
1. Используйте гербициды только тогда, когда это действительно необходимо. Обработка гербицидами должна быть обоснована. Необходимо подобрать модель применения гербицидов оптимальную с экономической точки зрения.
2. Используйте ротацию гербицидов (мишеней). Никогда не делайте подряд более двух обработок гербицидами с одинаковой мишенью на одном и том же поле, особенно если не задействованы другие меры по борьбе с сорняками.
3. Применяйте готовые смеси гербицидов или последовательно обрабатывайте поле гербицидами с разными мишенями. Это поможет эффективно бороться с сорняками, даже если у них уже появилась устойчивость к гербицидам. Хотя такой подход может показаться экономически более затратным, но он позволяет более эффективно бороться с сорняками сейчас и избавит от потенциальных проблем в будущем.
4. Соблюдайте севооборот. Но при этом не забывайте о запрете на применение гербицидов с одинаковой мишенью более двух раз подряд.
5. Использование сортов устойчивых к гербицидам также не должно сопровождаться применением однотипных гербицидов более чем два раза подряд.
6. По возможности сочетайте обработку поля гербицидами с механическими средствами борьбы: дискованием и культивацией.
7. Следите за появлением сорняков и не давайте им разрастись. Это снизит потенциал популяции, необходимый для появления устойчивых к гербицидами биотипов.
8. Очищайте орудия обработки почвы, перед тем как переместиться с поля, где подозревается наличие устойчивых к гербицидам сорняков, на другие поля.
Таким образом, гербициды позволяют эффективно бороться с сорняками и повышают экономическую отдачу растениеводства, но при их применении необходимо соблюдать меры предосторожности, позволяющие снизить риск распространения устойчивых к ядохимикатам биотипов растений.
Александр НИКИТИН