大约十年前, 在堪萨斯州夏季酷热的天气中,许多侵害菲利普·斯塔曼(Phillip Stahlman)研究的有害地肤都不会喷洒两种广泛使用的除草剂草甘膦和麦草畏的混合物。 就在几个月前,在春季凉爽的天气中,除草剂混合物很容易触发了杂草的细小叶片卷曲并变成褐色,这标志着植物的灭绝。
现在,顽强的杂草使斯塔尔曼陷入了困境。 Stahlman当时是堪萨斯州立大学的杂草科学家,之前从未遇到过使用除草剂的问题。 他最初以为自己使用的农药不正确。 但是年复一年,同样的事情发生了。 Stahlman知道发生了什么事。 他密切注视着田间的杂草。 他还与当地农民进行了会谈,据报道他们遇到了类似的问题。 “直到问题再次发生,好一阵子才点亮。 就像把拼图拼在一起一样。”斯塔尔曼说。
最终,退休的斯塔尔曼(Stahlman)认为问题可能出在温度上:在高温下进行喷洒会使除草剂的效力降低。
斯塔尔曼并不孤单。 如今,越来越多的证据表明,大约华氏90度或更高的温度可使某些抗除草剂的杂草具有更高的抵抗力,并导致其他杂草对某些化学物质的敏感性降低。
一些农民说,他们知道高温会混入某些除草剂,因此他们尽量避免在白天高温时喷洒农药。 堪萨斯州海斯市的农场经理Curt Gottschalk说:“一个好的经验法则是,如果华氏温度在85到90度之间,那就不要喷雾。”
并非所有专家都同意,这种模式在实验室实验中得到了充分证明,这给农民带来了问题。 而且某些除草剂在高温下效果更好。 但是,如果热量增强了许多杂草对主要除草剂的抵抗力,那么影响可能会很大。 如果不加控制,杂草会破坏收成和收入-如果农民不努力控制杂草,他们将消灭美国和加拿大所有玉米和大豆产量的一半左右, 根据 美国杂草科学学会,这是一个由学术界和行业科学家组成的非营利性协会。 这种损失每年可能使农民蒙受大约43亿美元的损失。
农民已经在与对草甘膦和麦草畏等多种除草剂具有遗传抗药性的杂草的流行作斗争。 Stahlman和其他杂草研究人员认为,温度可能是增强杂草对除草剂防御能力的第二个被忽视的因素。 Stahlman说,尽管大多数农民现在都知道温度会影响除草剂,但在未经训练的人眼中,温度看起来就像对除草剂的抵抗力一样。
这些研究人员还担心,随着气候变化升高温度,包括热浪在内的极端天气事件变得更加频繁,这一问题将来可能会恶化。
以色列国家农业研究组织的杂草科学家Maor Matzrafi在致Undark的电子邮件中写道:“我们已经知道除草剂抗性是化学杂草控制中最成问题的问题。” “也许下一个原因是由于气候变化导致敏感性降低。”
用于的农民 减少对除草剂的依赖,而使用耕种和人工清除等费力的方法来控制杂草。 但是,从1990年代中期开始,生物技术公司开始推出对常见的强力除草剂具有抗性的转基因作物。 新的种子使农民可以在转基因作物蓬勃发展的同时,在田间喷洒农药,以杀死杂草。 该技术使大多数手动除草变得不必要,除草剂的使用在全球范围内激增。 但是杂草响应而进化,出现了除草剂抗性品种。 这就引发了农民和杂草之间的新战役,农民越来越多地使用化学物质以及额外剂量的组合来试图除草。
但是,在Stahlman对地肤除草剂的经验之后,他开始研究温度是否会影响除草剂的性能,这超出了人们普遍的认识。 (Stahlman像许多学术杂草科学家一样,过去也从农药公司获得了研究资金。)
为了解读热量如何帮助杂草抵御除草剂,Stahlman与KSU同事杂草生理学家Mithila Jugulam和研究助理Ounjun Ou合作。 该小组在堪萨斯州的地肤种群中种植了幼苗,其室内温度保持在63.5至90.5华氏度之间,这是该州春季和夏季白天的高温。 箱内温度每12小时下降一次,以模仿较冷的夜晚。 当幼苗达到约4英寸高时,研究人员向其中一些施用草甘膦,另一些向麦草畏添加。 该团队每周一次检查杂草是否受伤。 一个月后,他们将杂草砍倒并干燥并称重。
研究小组发现,在高温下,他们需要两倍以上的草甘膦和麦草畏来控制杂草。 他们 出版 他们在2016年的成绩。
为了理解为什么热量降低了敏感性,研究人员使用草甘膦和麦草畏的轻度放射性追踪了除草剂在杂草中的传播路径。 前者先前由孟山都公司制造,而后者则由巴斯夫公司制造(巴斯夫公司为Ou提供了不同项目的研究生助学金。)
研究小组发现,叶片在较高温度下吸收的草甘膦较少。 他们不确定为什么,但是朱古拉姆认为热量可能会促使地肤形成较厚的角质层(叶表面的保护层),从而增强了杂草对除草剂的防御能力。 当杂草遇到麦草畏时,研究小组发现了一个不同的工作过程。 温度不会影响杂草吸收的麦草畏数量,但温度确实会阻止除草剂在植物中的移动,从而使除草剂无法达到目标-在新芽和新叶尖端发育的组织。
在另一项研究中, 去年发表,Jugulam将注意力转向了除草剂2,4-D,这是橙色剂(越南战争中使用的一种臭名昭著的脱叶剂)的成分之一。 今天,它是使用最广泛的除草剂之一。 Jugulam测试了温度如何影响除草剂控制普通大麻的能力,一种阔叶杂草入侵了中西部玉米和大豆田。
在测试中,Jugulam检查了一些对2,4,XNUMX-D产生遗传抗性的普通waterhemp,对一些没有的。 她发现,在炎热,干燥的条件下杀死抗性杂草所需的除草剂数量要比在凉爽的温度下杀死除草剂的时间高三倍以上。 她在易感杂草中发现了类似但较小的作用。
耐除草剂的水麻通过将化学物质分解成无毒物质,使其在根,茎和叶的尖端达到目标,可以将其快速分解为2,4-D。 Jugulam发现,高温时,waterhemp会更快地分解这些分子。
Jugulam还指出,在高温下,一些抗除草剂的杂草似乎变得更有抵抗力,而某些易感杂草可能需要更多的除草剂来控制它们。
并非所有的杂草和除草剂对温度的反应方式都相同。 例如,Jugulam还发现2,4-D和草甘膦起作用 更好 在较高温度下抵御普通和巨型豚草,这是美国农民田间常见的另外两种杂草。 朱古拉姆还说,即使在热量确实阻碍除草剂的情况下,影响似乎也主要限于干燥条件。 湿度高和降雨多的地区可能不会看到相同的效果。
但是一些专家说,越来越多的证据表明,至少在实验室中,温度以及某些情况下的高二氧化碳水平会影响杂草的控制,而各种物种和农用化学品的证据正在增加。
在测试中 出版 Matzrafi在2016年发现,在高温下,四种不同的草类杂草可以抵抗拜耳生产的除草剂中的一种成分二氯氟普生甲基,这要比在低温下更好。 Matzrafi还发现,高温使另一种除草剂Pinoxaden无法抑制入侵草假溴的生长。 此外,即使在除草剂处理后的两天之内从较凉的环境切换到较热的环境,草也蓬勃发展(这项研究部分由以色列农业化学公司ADAMA Agriculture Solutions提供资金)。
Matzrafi在一封电子邮件中解释说:“我们的发现以及90年代以来的许多其他研究表明,施用后的环境条件也可能会影响除草剂的敏感性。” 即使农民在较低的温度下进行喷洒,也可能不足以避免热量的影响。尽管增加了双氯芬酸的剂量,但这种对除草剂敏感的黑麦草在较温暖的气候下仍能繁衍。 在每张照片中,从左到右以更大的量施用除草剂。 在最左侧的植物上,不使用除草剂。 在左图中,黑麦草在较低的温度(华氏50-61度)下生长,而在右图中,黑麦草在较高的温度(华氏82-93华氏度)下生长。 视觉: 由Maor Matzrafi提供
专家们担心,在气候变化下,这些状况将会恶化。 已经有许多对农业重要的州以及世界上其他主要的食品产区,在生长季节经常会经历超过90华氏度的温度。 一些研究人员说,有关热量和除草剂性能的问题现在变得日益突出,部分原因是过去几十年中极端高温的发作更加频繁。
但是,纽约哥伦比亚大学植物生理学家刘易斯·兹斯卡(Lewis Ziska)在致Undark的电子邮件中写道,很难将今天看到的影响归结为近期的气候变化。 但是,齐斯卡指出杂草是“粮食生产的最大障碍”,并警告说:“对于更加极端的环境,这将对农民构成巨大的挑战。”
例如,在中西部地区,到本世纪末,温度可能平均升高华氏8.5度,同时出现更长,更频繁的极端高温。 联邦政府的预测。 在南亚,包括印度(全球是生产大米,豆类,坚果和棉花的重要地区),政府间气候变化专门委员会 项目 到6年,年平均气温将上升近2100华氏度。
在第一个此类实验中,其结果是 去年报道,马茨拉菲(Matzrafi)研究了热量和二氧化碳浓度升高对两种不同杂草物种的共同影响,发现该组合提高了杂草对除草剂的防御能力,而单独使用这两种因子的作用均超出此范围。
尚不清楚除草剂生产商是否已准备好应对气候变暖带来的挑战。 许多人不建议最佳喷涂温度来确保分发给农民的指导方针中的功效。
Pinoxaden生产商Sygenta的发言人Clark Ouzts在书面声明中表示,该公司尚未研究气候变化对除草剂活性的潜在影响,但“田间研究和商业应用并未显示温度具有显着影响。对Pinoxaden的活性有影响。”
拜耳发言人查拉·洛德(Charla Lord)在一份声明中写道,该公司的除草剂“经过了广泛测试,可以满足所有监管机构的要求”,并且“贴有标签,以便施药者知道如何申请它们以实现最佳控制和成功。” 该公司没有回答有关高温下产品功效的具体问题,尽管该公司已经 发布 有关高温喷涂的挑战,请访问其网站。 制造除草剂掺入2,4-D的Corteva没有回应有关高温如何影响除草剂性能的评论请求。
不是所有人 确信这些实验结果给农民带来麻烦。 一些研究人员和杂草专家说,实验室条件与田间情况根本不同,因此结果的相关性较低。 加州大学戴维斯分校的杂草专家布拉德·汉森(Brad Hanson)在致Undark的电子邮件中写道:“我认为我们无法确定这是否会对现实世界产生影响。” 汉森与Matzrafi一起进行了去年发表的研究。
汉森曾与加州农民一起担任研究和推广专家,他还写道,农民通常使用足够的除草剂,以克服由热引起的杂草敏感性的任何细微变化。
加利福尼亚大学戴维斯分校的作物生理学家Kassim Al-Khatib研究了除草剂在高温和高湿条件下的表现,并在致Undark的电子邮件中写道,这项研究是在精心控制的实验室条件下进行的,农民在他们的农场中永远找不到领域。 他写道:“在受控条件下发生的事情通常不支持在野外条件下发生的事情。”
Al-Khatib在自己的研究中研究了温度和湿度对少量除草剂类型和杂草物种的影响。 他说,在他所研究的情况下,除非温度超过华氏100度,否则除草剂的功效通常会在较高的温度和湿度下提高。马茨拉菲和朱古拉姆认为实验室不能反映出更复杂的农场环境。
Matzrafi写道:“但我认为这不会降低结果的重要性。” 他,斯塔尔曼(Stahlman)和其他人说,他们已经亲眼看到了该领域的影响。“我认为我们正在看到一些东西。 在接下来的十年中,我认为我们会看到更多。 这将是一个主要问题,”堪萨斯州齿轮县的K-State研究与推广机构Chuck Otte说,他主要与农民合作。
对于依靠除草剂将越来越多的武器化杂草拒之门外的农民而言,这项研究结果正在为新闻尝试。 目前,一些农民正在努力在一天中较凉的时期喷洒除草剂,以防止热量散发。 Carie Moore说,在夏季的心脏,她有时会在黎明前醒来,在北达科他州的650英亩农场喷水,然后再攀升到很高的温度,偶尔会超过华氏100度。 Ziska说,但是随着地球变暖,农民将面对狭窄的窗户,在此期间温度可以降到足以喷雾。 Matzrafi的研究表明,在较凉的时期喷洒并不能保证除草剂的功效不会受到当天晚些时候甚至第二天出现的热浪的影响。
有时,农民无法避免在高温下喷洒除草剂,尤其是在拥有数千英亩土地的大型农场上。
奥特说,怀疑者可能不会意识到他们的除草剂没有起作用,因为热量给杂草提供了帮助。 他们可能首先假设其他一些常见因素也存在缺陷,例如抗除草剂性,降雨不足或除草剂过少。 他说:“混杂因素太多,很难一一列举出来。”
从长远来看,农民将需要减少对除草剂的依赖,取而代之的是使用当今有机农业中更常用的其他技术来阻止杂草,许多专家说。 例如,播种诸如春燕麦或深红色三叶草的农作物有助于阻止杂草在裸露的土壤中生根,而轮作的各种作物的生长会使杂草的脚步走失,从而有助于抑制种群。 摩尔已经朝这个方向前进。 她将大豆与小麦,大麦和其他几种作物轮作,并种植了包括黑麦和豌豆在内的多种其他有盖作物。
她有时还会耕种土壤以抑制杂草的生长。 她说:“喷洒化学药品的次数越少越好。”但是,为了保持产量,农业不能完全放弃除草剂。 由于提供的新化学品很少,农民将需要更加小心他们现在拥有的除草剂,以确保他们将来继续工作。 Matzrafi补充说,制造商需要向农民提供有关何时以及如何使用除草剂的更好建议。
奥特说:“农民不能再只是喷洒和祈祷了。”