Veel gebruikte herbiciden hebben moeite om wat onkruid te doden. Sommige experts denken dat warmte een deel van het probleem kan zijn.
ROND 10 JAAR GELEDEN, in de felle hitte van de zomer in Kansas, zouden veel van de schadelijke kochia-onkruiden die Phillip Stahlman's onderzoeksvelden binnendrongen, gewoon niet wijken wanneer ze werden besproeid met een mengsel van twee veelgebruikte herbiciden, glyfosaat en dicamba. Slechts een paar maanden eerder, in het koelere lenteweer, had het herbicidenmengsel er gemakkelijk toe geleid dat de kleine dunne blaadjes van het onkruid opkrullen en bruin werden, wat een teken was van de ondergang van de plant.
Nu had het sterke onkruid Stahlman stomverbaasd. Stahlman, destijds een onkruidwetenschapper aan de Kansas State University, was dit probleem met herbiciden nog nooit eerder tegengekomen. Aanvankelijk ging hij ervan uit dat hij de landbouwchemicaliën verkeerd had toegepast. Maar jaar na jaar gebeurde hetzelfde. Stahlman wist dat er iets aan de hand was. Hij hield het onkruid in zijn velden nauwlettend in de gaten. Hij overlegde ook met lokale boeren die aangaven soortgelijke problemen te zien. 'Het lampje ging een tijdje niet branden totdat het probleem zich steeds weer voordeed. Het was alsof je een puzzel in elkaar zette ”, zegt Stahlman.
Uiteindelijk besloot Stahlman, die inmiddels met pensioen is gegaan, dat het probleem waarschijnlijk de temperatuur was: iets met sproeien op hoog vuur maakte de herbiciden minder effectief.
Stahlman is niet de enige die deze opmerking maakt. Tegenwoordig suggereert toenemend bewijs dat temperaturen van ongeveer 90 graden Fahrenheit of hoger sommige onkruidbestendige onkruiden nog resistenter kunnen maken en ervoor kunnen zorgen dat ander onkruid minder gevoelig is voor bepaalde chemicaliën.
Sommige boeren zeggen dat ze weten dat hoge temperaturen kunnen knoeien met sommige herbiciden, dus proberen ze te voorkomen dat ze op het heetst van de dag sproeien. "Een goede vuistregel is dat als het 85 tot 90 graden Fahrenheit is, je gewoon niet sproeit", zegt Curt Gottschalk, een boerderijmanager in Hays, Kansas.
Niet alle experts zijn het erover eens dat dit patroon, grotendeels aangetoond in laboratoriumexperimenten, een probleem vormt voor boeren. En sommige herbiciden lijken zelfs nog beter te werken bij hoge temperaturen. Maar als hitte de resistentie van veel onkruiden tegen belangrijke herbiciden verhoogt, kunnen de implicaties aanzienlijk zijn. Ongecontroleerd gelaten, kan onkruid de oogsten en het inkomen verwoesten - als boeren geen moeite zouden doen om onkruid te bestrijden, zouden ze ongeveer de helft van alle maïs en sojabonenopbrengsten in de VS en Canada kunnen wegvagen, volgens de Weed Science Society of America, een non-profitorganisatie van academische en industriële wetenschappers. Het verlies zou boeren jaarlijks ongeveer $ 43 miljard kunnen kosten.
Boeren vechten al tegen epidemieën van onkruid die genetische resistentie hebben ontwikkeld tegen meerdere herbiciden, waaronder glyfosaat en dicamba. Stahlman en andere onkruidonderzoekers beweren dat temperatuur een over het hoofd geziene tweede factor kan zijn die de afweer van onkruid tegen herbiciden versterkt. Hoewel de meeste boeren nu begrijpen dat temperatuur invloed heeft op herbiciden, zou het voor het ongetrainde oog kunnen lijken op resistentie tegen herbiciden, zegt Stahlman.
Deze onderzoekers vrezen ook dat het probleem in de toekomst zou kunnen verergeren naarmate de klimaatverandering de temperaturen verhoogt en extreme weersomstandigheden, waaronder hittegolven, vaker voorkomen.
"We weten al dat resistentie tegen herbiciden het meest problematische probleem is bij chemische onkruidbestrijding", schreef Maor Matzrafi, een onkruidwetenschapper bij de Israëlische nationale landbouwonderzoeksorganisatie, in een e-mail aan Undark. "Misschien is verminderde gevoeligheid als gevolg van klimaatverandering de volgende in de rij."
LANDBOUWERS GEBRUIKEN vertrouw minder op herbiciden, maar bestrijd onkruid met arbeidsintensieve methoden zoals grondbewerking en handmatige verwijdering. Maar vanaf het midden van de jaren negentig begonnen biotechnologiebedrijven met het introduceren van genetisch gemodificeerde gewassen die resistent waren tegen gewone, krachtige herbiciden. Met de nieuwe zaden konden boeren hun velden rijkelijk besproeien met landbouwchemicaliën om onkruid te doden terwijl hun gg-gewas bloeide. De technologie maakte het meeste handmatig wieden overbodig en het gebruik van herbiciden nam wereldwijd toe. Maar onkruid evolueerde als reactie en er kwamen herbicideresistente variëteiten op. Dat heeft een nieuwe strijd ontketend tussen boeren en onkruid, waarbij boeren steeds vaker combinaties van chemicaliën en aanvullende doses gebruiken om onkruid te bestrijden.
Na Stahlmans ervaring met kochia-onkruid begon hij echter te onderzoeken of de temperatuur de herbicideprestatie meer zou kunnen beïnvloeden dan algemeen werd erkend. (Stahlman heeft, net als veel academische onkruidwetenschappers, in het verleden onderzoeksfinanciering ontvangen van agrochemische bedrijven.)
Om te ontcijferen hoe hitte onkruid helpt om herbiciden af te weren, werkte Stahlman samen met KSU-collega's Mithila Jugulam, een onkruidfysioloog, en Junjun Ou, een onderzoeksassistent. Het team kweekte zaailingen van kochia-populaties die hun oorsprong vonden in Kansas, in kamers die werden bewaard bij temperaturen van 63.5 tot 90.5 graden Fahrenheit - representatief voor de lente- en zomerse hitte van de staat. De temperatuur in de kamers daalde om de 12 uur om koelere nachttijden na te bootsen. Toen de zaailingen ongeveer 4 cm hoog waren, doseerden de onderzoekers sommige met glyfosaat en anderen met dicamba. Wekelijks onderzocht het team het onkruid op tekenen van letsel. Na een maand hebben ze het onkruid gekapt en gedroogd en gewogen.
Het team ontdekte dat ze bij hoge temperaturen meer dan twee keer zoveel glyfosaat en dicamba nodig hadden om onkruid te bestrijden. Ze gepubliceerde hun resultaten in 2016.
Om te begrijpen waarom hitte de gevoeligheid verminderde, volgden de onderzoekers de paden van de herbiciden door het onkruid met behulp van licht radioactieve versies van glyfosaat en dicamba. De eerste werd eerder vervaardigd door Monsanto, en de laatste geproduceerd door BASF Corp. (BASF Corp. leverde een assistentschap voor afgestudeerden aan Ou voor een ander project.)
Het team ontdekte dat de bladeren bij hogere temperaturen minder glyfosaat opnemen. Ze weten niet zeker waarom, maar Jugulam denkt dat de hitte de kochia kan aanmoedigen om dikkere nagelriemen te ontwikkelen - een beschermende laag op het bladoppervlak - die vervolgens de afweer van het onkruid tegen het herbicide versterken. Het team ontdekte een ander proces op het werk toen het onkruid dicamba tegenkwam. De temperatuur had geen invloed op de hoeveelheid dicamba die het onkruid opnam, maar het belemmerde wel de beweging van het herbicide door de plant, zodat minder zijn doel bereikte - het weefsel dat zich ontwikkelde aan de uiteinden van nieuwe scheuten en bladeren.
In een ander onderzoek, vorig jaar gepubliceerd, Richtte Jugulam haar aandacht op het herbicide 2,4-D, een van de ingrediënten van agent orange, een berucht ontbladeringsmiddel dat werd gebruikt in de oorlog in Vietnam. Tegenwoordig is het een van de meest gebruikte herbiciden. Jugulam testte hoe de temperatuur van invloed was op het vermogen van het herbicide om gewone waterhennep te bestrijden, een breedbladige onkruid dat werd aangetroffen op maïs- en sojabonenvelden in het Midwesten.
In de tests onderzocht Jugulam enkele gewone waterhennep die genetische resistentie tegen 2,4-D had ontwikkeld, en andere niet. Ze ontdekte dat er meer dan drie keer zoveel herbicide nodig was om de resistente wiet te doden onder hete, droge omstandigheden dan bij lagere temperaturen. Ze vond een soortgelijk maar kleiner effect in het vatbare onkruid.
Herbicide-resistente waterhennep overleeft blootstelling aan 2,4-D door de chemische stof snel af te breken tot niet-giftige stoffen voordat het zijn doelen kan bereiken aan de toppen van wortels, stengels en bladeren. Als de temperatuur hoog is, ontdekte Jugulam, breekt waterhennep die moleculen sneller af.
Jugulam merkte ook op dat onder hoge temperaturen sommige onkruidbestendige onkruiden resistenter lijken te worden en dat sommige vatbare onkruiden meer onkruid nodig hebben om ze te bestrijden.
Niet alle onkruiden en herbiciden reageren op dezelfde manier op temperatuur. Jugulam heeft bijvoorbeeld ook ontdekt dat 2,4-D en glyfosaat werken beter bij hogere temperaturen tegen gewone en gigantische ambrosia, twee andere onkruiden die veel voorkomen op de velden van Amerikaanse boeren. Jugulam zegt ook dat, zelfs in gevallen waar hitte herbiciden belemmert, de effecten meestal beperkt lijken te zijn tot droge omstandigheden. Gebieden met een hoge luchtvochtigheid en regenval zullen mogelijk niet dezelfde effecten hebben.
Maar sommige experts zeggen dat het bewijs groeit in een verscheidenheid aan soorten en landbouwchemicaliën dat temperatuur, en in sommige gevallen hoge kooldioxidegehaltes, de onkruidbestrijding beïnvloeden, althans in het laboratorium.
in tests gepubliceerde In 2016 ontdekte Matzrafi dat bij hoge temperaturen vier verschillende soorten grasonkruiden het beduidend beter deden tegen diclofop-methyl, een ingrediënt in een door Bayer vervaardigd herbicide, dan bij lagere temperaturen. Matzrafi ontdekte ook dat hoge temperaturen een ander herbicide, pinoxaden, minder goed in staat maakten om de groei van het invasieve valse gras te remmen. Bovendien bloeide het gras zelfs wanneer het werd overgeschakeld van koelere omstandigheden naar een warmere omgeving tot twee dagen na de herbicidebehandeling (het onderzoek werd gedeeltelijk gefinancierd door ADAMA Agricultural Solutions, een agrochemisch bedrijf gevestigd in Israël).
“Our findings, and many other studies since the ‘90s, suggest that post-application environmental conditions may also affect herbicide sensitivity,” explained Matzrafi in an email. Even if farmers spray during cooler temperatures, that might not be enough to avoid the effects of heat.Despite increasing doses of diclofop-methyl, this herbicide-sensitive ryegrass thrives in a warmer climate. In each photo, the herbicide is applied in larger amounts going from left to right. On the far left plant, no herbicide is applied. In the left photo, the ryegrass is grown under lower temperatures (50-61 degrees Fahrenheit), whereas in the right photo, the ryegrass is grown under higher temperatures (82-93 degrees Fahrenheit). visual: Met dank aan Maor Matzrafi
Deskundigen vrezen dat deze omstandigheden zullen verslechteren onder de klimaatverandering. Nu al ervaren veel Amerikaanse staten die belangrijk zijn voor de landbouw, evenals andere belangrijke voedselproducerende regio's over de hele wereld, regelmatig temperaturen van meer dan 90 graden Fahrenheit tijdens groeiseizoenen. Sommige onderzoekers zeggen dat problemen met hitte en herbicideprestaties nu aan het licht komen, deels vanwege de frequentere periodes van extreme hitte in de afgelopen decennia.
Het is echter moeilijk om de effecten die we vandaag zien op recente klimaatveranderingen vast te stellen, schreef Lewis Ziska, een plantenfysioloog aan de Columbia University in New York, in een e-mail aan Undark. Maar door op te merken dat onkruid "de grootste belemmering vormt voor de voedselproductie", waarschuwt Ziska dat "ze een formidabele uitdaging zullen vormen voor boeren in een extremere omgeving."
In het middenwesten zouden de temperaturen bijvoorbeeld tegen het einde van de eeuw met gemiddeld 8.5 graden Fahrenheit kunnen stijgen, met langere en frequentere periodes van extreme hitte, volgens projecties van de federale overheid. En in Zuid-Azië, inclusief India - een wereldwijd belangrijke regio voor de productie van rijst, peulvruchten, noten en katoen - het Intergovernmental Panel on Climate Change bouwprojecten die gemiddelde jaartemperaturen zullen tegen 6 met bijna 2100 graden Fahrenheit stijgen.
In het eerste experiment in zijn soort, waarvan de resultaten waren meldde vorig jaar, Matzrafi bestudeerde het gezamenlijke effect van hitte en verhoogde kooldioxidegehaltes op twee verschillende onkruidsoorten en ontdekte dat de combinatie de onkruidverdediging van onkruid verder versterkt door een van beide factoren alleen.
Het is niet duidelijk of fabrikanten van herbiciden voorbereid zijn op de komende uitdagingen van een opwarmende planeet. Velen bevelen geen optimale spuittemperaturen aan om de doeltreffendheid te garanderen in de richtlijnen die ze aan landbouwers verstrekken.
In een schriftelijke verklaring zegt Clark Ouzts, een woordvoerder van Sygenta, de fabrikant van pinoxaden, dat het bedrijf de mogelijke effecten van klimaatverandering op de activiteit van het herbicide niet heeft bestudeerd, maar dat 'veldonderzoek en commerciële toepassingen niet hebben aangetoond dat de temperatuur significant is. impact op de activiteit van Pinoxaden. "
Charla Lord, een woordvoerder van Bayer, schreef in een verklaring dat de herbiciden van het bedrijf "uitgebreid worden getest om aan de eisen van alle regelgevende instanties te voldoen" en "zo worden geëtiketteerd dat applicators weten hoe ze ze moeten aanvragen voor optimale controle en succes." Het bedrijf reageerde niet op specifieke vragen over de werkzaamheid van hun producten bij hoge temperaturen, hoewel het bedrijf dat wel heeft gedaan geplaatst over de uitdagingen van spuiten op hoge temperatuur op haar website. Corteva, die herbiciden maakt die 2,4-D bevatten, reageerde niet op verzoeken om commentaar over de invloed van hoge temperaturen op de prestaties van het herbicide.
NIET IEDEREEN IS ervan overtuigd dat deze experimentele bevindingen problemen opleveren voor boeren. Sommige onderzoekers en onkruiddeskundigen zeggen dat laboratoriumomstandigheden radicaal verschillen van het veld, waardoor de resultaten minder relevant zijn. "Ik denk niet dat we met zekerheid kunnen zeggen dat dit een impact heeft op de echte wereld", schreef Brad Hanson, een wietexpert aan de University of California, Davis, in een e-mail aan Undark. Hanson werkte samen met Matzrafi aan het vorig jaar gepubliceerde onderzoek.
Hanson, die als onderzoeker en voorlichtingsspecialist met boeren in Californië werkt, schreef ook dat boeren doorgaans genoeg herbicide gebruiken om kleine veranderingen in onkruidgevoeligheid veroorzaakt door hitte te overwinnen.
Kassim Al-Khatib, een gewasfysioloog aan de University of California, Davis, die heeft onderzocht hoe herbiciden presteren onder hitte en vochtigheid, schreef in een e-mail aan Undark dat de onderzoeken worden uitgevoerd onder zorgvuldig gecontroleerde laboratoriumomstandigheden die boeren nooit zouden aantreffen in hun velden. "Wat er onder gecontroleerde omstandigheden gebeurt, ondersteunt over het algemeen niet wat er in veldomstandigheden gebeurt", schreef hij.
In zijn eigen onderzoek heeft Al-Khatib het effect van temperatuur en vochtigheid op een klein aantal soorten herbiciden en onkruidsoorten bestudeerd. In de gevallen die hij heeft bestudeerd, zegt hij, verbetert de werkzaamheid van herbiciden over het algemeen bij hogere temperatuur en vochtigheid, tenzij de temperatuur hoger is dan 100 graden Fahrenheit. Matzrafi en Jugulam zijn het erover eens dat het laboratorium niet de complexere boerderijomgeving weerspiegelt.
"Maar ik denk niet dat het het belang van de resultaten vermindert", schreef Matzrafi. Hij, Stahlman en anderen zeggen dat ze het effect in het veld zelf hebben gezien. “Ik denk dat we iets zien. Ik denk dat we de komende 10 jaar meer zullen zien. Het wordt een groot probleem ”, zegt Chuck Otte, een K-State Research and Extension-agent in Geary County, Kansas, die voornamelijk met boeren werkt.
De onderzoeksresultaten proberen nieuws voor boeren die afhankelijk zijn van herbiciden om steeds meer bewapend onkruid op afstand te houden. Voorlopig proberen sommige boeren een deel van de effecten van hitte te voorkomen door herbiciden te sproeien tijdens koelere periodes van de dag. In het hart van de zomer zegt Carie Moore dat ze soms voor zonsopgang wakker wordt om haar boerderij van 650 hectare in North Dakota te besproeien voordat de hitte te hoog oploopt, af en toe boven de 100 graden Fahrenheit. Maar naarmate de aarde warmer wordt, krijgen boeren te maken met smallere ramen waarin de temperaturen koel genoeg zijn om te sproeien, zegt Ziska. En Matzrafi's onderzoek suggereert dat sproeien tijdens koelere periodes niet garandeert dat de werkzaamheid van herbiciden niet wordt beïnvloed door uitbarstingen van hitte die later op de dag of zelfs de volgende dag optreden.
En soms ontkomen boeren er niet aan om herbiciden in de hitte te sproeien, vooral op enorme boerderijen met enkele duizenden hectares.
Otte zegt dat sceptici zich misschien niet realiseren dat hun herbiciden niet werken omdat hitte onkruid een handje helpt. Ze gaan er misschien eerst van uit dat een reeks andere veel voorkomende factoren de oorzaak zijn, zoals resistentie tegen herbiciden, gebrek aan regen of te weinig herbiciden. "Er zijn zoveel verstorende factoren dat het moeilijk is om alles op een rijtje te krijgen", zegt hij.
Op de lange termijn zullen boeren hun afhankelijkheid van herbiciden moeten verminderen en in plaats daarvan andere technieken moeten gebruiken die tegenwoordig vaker in de biologische landbouw worden gebruikt om onkruid op afstand te houden, zeggen veel experts. Het planten van bodembedekkers zoals lentehaver of karmozijnrode klaver helpt bijvoorbeeld voorkomen dat onkruid wortel schiet in kale grond en het verbouwen van een verscheidenheid aan gewassen in rotatie kan onkruid op het verkeerde been helpen om populaties te onderdrukken. Moore beweegt zich al in deze richting. Ze roteert sojabonen met tarwe, gerst en een paar andere gewassen en plant een verscheidenheid aan aanvullende bodembedekkers, waaronder rogge en erwten.
Ze bewerkt ook af en toe de grond om de groei van onkruid te onderdrukken. "Hoe minder we chemicaliën hoeven te spuiten, hoe beter", zegt ze. Maar om de opbrengsten op peil te houden, kan de landbouw niet volledig stoppen met herbiciden, zegt Ziska. Omdat er maar heel weinig nieuwe chemicaliën worden aangeboden, zullen boeren voorzichtiger moeten zijn met de herbiciden die ze nu hebben om ervoor te zorgen dat ze in de toekomst blijven werken. Fabrikanten moeten boeren beter adviseren over wanneer en hoe ze herbiciden moeten gebruiken, voegt Matzrafi eraan toe.
“Boeren kunnen niet meer alleen spuiten en bidden”, zegt Otte.
