Україна

You are here

Share page with AddThis

Повстання бур’янів. Стратегія управління стійкістю бур’янів до гербіцидів в агрофітоценозах

Зернові
14.03.2018

Тетяна Володимирівна Дудченко, завідувач лабораторії захисту рослин Інституту рису НААН, к. с.-г. н, ст. н. с.

На сьогодні потреби сільгоспвиробників забезпечені на всі сто відсотків. Є достатньо компаній, які пропонують високоякісні добрива, сертифіковане насіння і посадковий матеріал, весь перелік засобів щодо контролю фітосанітарного стану агроценозів, енергоощадні технології обробітку ґрунту, технічні засоби для збирання, переробки й зберігання отриманої продукції. Постає питання: чому ж ми не отримуємо стовідсоткового прибутку? Можна зібрати багато відповідей, і всі вони розкриватимуть певний вплив того чи іншого чинника на врожайність. У своїй публікації ми хочемо звернути увагу на рослини, що є конкурентами культурних рослин, а саме на бур’яни. У чому полягає проблема? Позбутися присутності бур’янів у посівах людина намагалася від початку виникнення історичного землеробства. Розроблено сівозміни, способи обробітку ґрунту, освоєно фізичні, механічні та хімічні методи знищення бур’янів, але вирішити проблему масової присутності їх у посівах сільськогосподарських культур не вдається. Спостерігається тривала боротьба бажань людини та законів самої природи.

Конфлікт людини й природи зайшов не надто далеко, проте добір, який здійснює людина на своїх полях, уже має низку негативних наслідків. На сьогодні відомо 217 видів бур’янів (129 дводольних і 88  однодольних), що набули стійкість до гербіцидів (www.weedscience.org). Поява стійких популяцій — це реакція рослин на збереження виду в результаті постійної атаки людини з метою їх знищення.

У сучасному розумінні агрофітоценози характеризуються певним флористичним складом, структурою, взаємовідносинами рослинних організмів один з одним і навколишнім природним середовищем, саморегуляцією, динамічністю й історичністю, але відрізняються від природних формацій тим, що штучно створюються і підтримуються тільки завдяки постійним зусиллям людини. Основними структурними компонентами агрофітоценозів є популяції культурних рослин і бур’янів, на вихідні параметри останніх значною мірою впливає людина.

Стійкість до гербіцидів — це розвинений стан, за якого вплив гербіциду на популяцію бур’янів призводить до домінування генотипів, здатних виживати та рости після обробки гербіцидом у тих концентраціях, що за нормальних умов є згубними для популяції. Стійкість розвивається швидше за умов, коли гербіцид містить лише одну активну речовину, а його застосування здійснюється впродовж тривалого часу. У польових умовах, коли той самий гербіцид чи гербіциди одного хімічного класу використовуються постійно, стійкість до них може розвитися через 4–5 років.

Застосування гербіцидів, як і будь-який вплив на біологічне середовище, призвело до еволюції сегетальної флори й адаптації її представників, які надають фенотипічну стійкість і дозволяють бур’янам виживати і розмножуватися за присутності гербіцидів.

Під впливом довготривалого використання гербіцидів одного спектра фітотоксичної дії малопоширені й нечутливі до них види в агрофітоценозі можуть стати домінуючими. Яскравим прикладом цього є наслідки багаторічного застосування в посівах зернових злакових культур похідних хлорфеноксиоцтової кислоти (2,4-Д та 2М-4Х). Під їх впливом посіви зернових звільняються від одних видів бур’янів, а їх місце займають інші види, на які препарати цієї групи не впливають. Отже, зміна компонентів агрофітоценозу є наслідком різної чутливості бур’янів до гербіцидів.

Стійкі екотипи бур’янів завжди присутні в популяціях одного виду і є частиною його нормальної генетичної варіації. Беззмінне застосування одного і того ж гербіциду або гербіцидів з одним і тим самим механізмом дії призводить до добору резистентних біотипів, що мають стійкість до даного механізму дії або посилений перебіг розщеплення гербіциду. Деякі біотипи бур’янів можуть одночасно мати стійкість до хімічно відмінних гербіцидів або до препаратів з різними механізмами дії.

Еволюція цього процесу зумовлюється двома чинниками: появою спадкових змін і природним добором. З огляду на існування генетичної варіабельності й тривалого застосування гербіцидів добір можна вважати спрямованим, оскільки відбувається поступовий або швидкий зсув середньої пристосованості популяції бур’яну у бік набуття стійкості.

В результаті виникнення стійкості помітно послаблюється сприйнятливість бур’янів до сучасних гербіцидів. Часто сигналом появи стійких популяцій шкідливих організмів може бути зниження ефективності обробок пестицидом.

На прикладі схеми розглянемо, яким чином за три-чотири роки ми спостерігаємо появу стійких біотипів рослин і помічаємо різке зниження ефективності гербіцидів (рис. 1).

                   

Рис. 1. Перший рік обробки: а) обробка;  б) після обробки.

 

У будь якій популяції існують окремі рослини, які мають генетичну стійкість до гербіциду. Після обробки нестійкі рослини гинуть, а стійкі формують життєздатне насіння. Відповідно, наступного року кількість таких рослин збільшується (рис. 2).

 

      

Рис. 2. Поява стійких рослин: а) другий рік обробки;  б) через 5–6 років.

 

За умови проведення обробки гербіцидами з однією активною речовиною або механізмом дії отримуємо більшу кількість стійких видів, які знову формують насіння і мають підвищену стійкість. За тривалого такого застосування відзначається повна заміна сприйнятливих видів на стійкі (рис. 2 б).

Для більш чіткого уявлення візьмемо рис та, як приклад, появу стійких популяцій Echinochloa за тривалого застосування пеноксуламу (рис. 3).

        

Рис. 3. Процес зміни в агрофітоценозі рису.

Проблема стійкості не виникла сьогодні, вона існує вже досить довгий час, ще у 80-х роках минулого століття федерацією із захисту рослин (GCPF) було створено спеціальний комітет із проблем стійкості шкідливих організмів до гербіцидів (HRAC). Мета цього комітету — проводити моніторинг появи  резистентності, розробляти й здійснювати заходи з її подолання. Американське товариство гербологів (Weed Sciense Society of America (WSSA)) ухвалило одну з класифікацій діючих речовин гербіцидів за механізмами або первинними сайтами їх дії, яка містить максимальну кількість відомих діючих речовин гербіцидів та налічує 27 груп.

 

Таблиця 1. Класифікації гербіцидів згідно з механізмами (первинних сайтів) дії

 

Група згідно з WSSA

Група згідно з

HRAC

Механізм

 (первинний сайт) дії

Хімічний клас сполук

Приклад активної речовини

1

2

3

4

5

1

А

Інгібітори ацетил-КоА-карбоксилази (АКК)

Похідні арилоксифенокси-пропіонової кислоти (АОФПК)

Цигалофоп-бутил

Феноксапроп

Циклогександіони

Клетодим

2

В

Інгібітори ацетолактатсинтази (АЛС)

Імідазоліни

Імазамокс

Піримідинілтіо-бензоати

Біспірибак-натрію

Сульфоніламіно-карбонілтриазолінони

Пропоксикарбазон

Сульфонілсечовини

Азимсульфурон

Триазолопіримідини

Флорасулам

3

К1

Інгібітори полімерізації мікротрубочок

Динітроаніліни

Пендиметалін

Піридини

Тіазопір

4

О

Аукиноподібні гербіциди (синтетичні ауксини)

Хлорфеноксикарбонові (феноксиалканові) кислоти

2,4-Д

Бензойні кислоти

Дикамба

Піколінові (карбоксилові) кислоти

Клопіралід

Хінолін карбоксилова кислота

Квінклорак

5

С1

Інгібітори транспорту електронів у фотосистемі 2 хлоропластів (сайт А)

Фенілкарбамати

Фенмедифам

Піридазинони

Піразон

Симетричні триазини (сим-триазини)

Атразин

Пропазин

Асиметричні триазинони (ас-триазони)

Гексазинон

Триазолінони

Амікарбазон

Урацили

Ленацил

6

С3

Інгібітори транспорту електролітів у фотосистемі 2 хлоропластів
 (сайт В)

Бензотіадизон

Бентазон

Нітрили

Бромоксиніл

Фенілпіридазин

Піридат

7

С2

Інгібітори транспорту електролітів у фотосистемі 2 хлоропластів (сайт А), але відмінних за особливостями зв’язування з сайтом від групи 5

Аміди

Пропаніл

Заміщені сечовини

Ізопротурон

8

N

Інгібітори синтезу ліпідів, але не АКК

Тіокарбамати

Еспокарб

-

Бенсулід

9

G

Інгібітор 5-енол-пірувілшикимат-3-фосфатсинтази (ЕПШФ)

-

Гліфосат

10

H

Інгібітор глутамін-синтази

-

Глюфосинат

11

F3

Інгібітори біосинтезу каротиноїдів (невідомий сайт дії)

Триазоли

Аклоніфен

12

F1

Інгібітори біосинтезу каротиноїдів (інгібітори фітоендесатураз (ФДС))

Піридинкарбоксамиди

Дифлюфенікан

Інші

Флуридон

13

F4

Інгібітори 1-деокси-D-ксилозо-5-фосфатсинтази (ДОКФ)

Ізоксазолідинони

Кломазон

14

Е

Інгібітори протопорфириноген-оксидази (ПРОТОКС)

Дифенілові ефіри

Ацифлуорфен

N-фенілфталиміди

Флуміклорак

Оксадіазоли

Оксадіазон

Фенілпіразол

Пірафлуфен-етил

Піримідиндіон

Бутафенацил

Тиадиазол

Флутіацет-етил

Триазинони

Карфентазон-етил

Триазолон

Азафенідин

Інші

Флуфенпір-етил

15

КЗ

Інгібітори синтезу жирних кислот із довгим ланцюгом

Ацетамід

Напропамід

Хлорацетаніліди

Ацетохлор

Оксиацетаміди

Мефенацет

Тетразолінон

Фентразамід

Інші

Анілофос

16

N

Невідомий

Бензофуран

Етофумезат

17

Z

Невідомий

Органоарсеніти

DSMA

18

I

Інгібітори 7,8-дигідропретоатсинтетази (ДГП)

Карбамати

Асулам

19

Р

Інгібітори транспорту ауксинів

Фталамат

Нафталам

Семікарбазон

Діфлуфензопір

20

L

Інгібітори синтезу клітинної стінки (сайт А)

Нітрил

Діхлобеніл

21

L

Інгібітори синтезу клітинної стінки (сайт В)

Бензамід

Ізоксабен

22

D

Акцептори електронів у фотосистемі 1

(ФС 1) хлоропластів

Похідні біпіридилію

Дикват

23

К2

Інгібітор мітозу

Карбанілат

Карбетамід

24

М

Мембранні детергенти

Динітрофенол

Динотерб

25

Z

Невідомий

Ариламінопропіонова кислота

Флампроп

26

Z

Невідомий

Різні

Цинметилін

27

F2

Інгібітори 4-гідроксифеніл-піруватдіоксигенази (4-ГФПД)

Ізоксазол

Ізоксафлютол

Піразол

Бензофенап

Трикетони

Мезотріон

 

Спостерігається інтенсивний розвиток стійкості у бур’янів до групи гербіцидів — інгібіторів ферменту ацетолактатсинтази (АЛС) та інгібіторів ацетил-КоА-карбоксилази (АКК), частка злакових бур’янів складає 40 % від загальної кількості стійких видів у світі.

 Для прикладу ми розглядали таку культуру, як рис. Одним із найбільш важливих конкурентів культури є рід Echinochloa, який включає в себе близько 50 видів, в тому числі підвидів та різновидностей. Найбільш шкідливими у світовій практиці рисівництва є представники однорічних видів проса курячого. В Україні це такі три найпоширеніші види, як Echinochloa crus galli L., E. orizoides, E. phyllopogon, із них найбільша частка належить E.crus galli L. — довгоостиста, остиста та безоста різновидності. Окрім зазначених видів, відмічена стійкість і в інших представників спеціалізованої болотної групи. Про появу стійкості в рослин вищезгаданих видів свідчить зниження ефективності гербіциду на основі пеноксуламу на посівах рису проти комплексу бур’янів до 25 % за період беззмінного використання його з 2006 року.

У таблиці 2 представлені бур’яни агроценозів рису, які мають стійкість до гербіцидів в Україні.

 

Таблиця 2. Види бур’янів агроценозів рису, стійких до гербіцидів

 

Вид

Активна речовина

HRAC

 WSSA

Рік виявлення стійкості

Echinochloa crus-galli (L) Beauv.

Echinochloa oryzoides (Ard.)

Молінат

N

26

2001

Квінклорак

O

4

2005

Пеноксулам

B

2

2012

Азімсульфурон

B

2

2013

Біспірибак-натрій

B

2

2013

Monochoria korsakowii Regel et Maack.

Піразосульфурон-

етил

B

2

2010

Alisma plantago-aguatica L.

Піразосульфурон-

етил

В

2

2010

Bolboschoenus maritimus (L) Palla

Піразосульфурон-

етил

В

2

2009

Scirpus mucronatus L.

Піразосульфурон-

етил

В

2

2009

 

Існує база даних щодо стійких видів бур’янів і на інших культурах (www.weedscience.org). Зниження технічної ефективності гербіцидів безпосередньо пов’язане з урожайністю культури та опосередковано з авторитетом компаній, які є постачальниками засобів захисту рослин.

 Зазвичай перевага в господарствах надається здебільшого відомим і вже випробуваним особисто впродовж тривалого періоду засобам захисту рослин, наприклад гербіциду на основі трибенурон-метилу на пшениці, який окремі господарства використовують вже понад десять років. Як результат, відзначають зниження ефективності, проте це не пов’язують з появою стійких популяцій бур’янів.

В Україні вже відмічені стійкі популяції лободи білої до гербіцидів на основі ацетохлору; є популяції сокирок польових, маку дикого, фіалки польової та глухої кропиви, стійкі до деяких сульфонілсечовин; злинки канадської, рутки лікарської, повитиці польової, підмаренника чіпкого й гречки дикої — до 2,4-Д.

Людина, шукаючи способи спрощення системи контролю бур’янів та зменшення затрат на вирощування культур, за допомогою біотехнологічних та селекційних методів створила й упровадила у виробництво сорти сої, стійкої до гліфосатів; соняшнику і ріпаку — до імідазолінів і сульфонілсечовин. Посівні площі цих культур відчутно зростають не лише в світі, а й в Україні, і, за даними експертів, площі таких гібридів в Україні у 2017 році становили: імі-сульфо стійкого соняшнику — 43 %, імі-ріпаку — 9 %. Переважна частина цих полів є попередниками для зернових, що вимагає особливо обґрунтованого підходу при виборі гербіцидів для контролю падалиці. На перший погляд, ця система має бути ідеальною — однією обробкою ми вирішуємо всі питання щодо забур’янення основної культури й отримуємо максимальний прибуток. Проте вона приховує в собі не лише непередбачувані екологічні ризики, але й збільшення проблем ведення сільського господарства.

Передусім це поява стійких до гліфосатів видів бур’янів, що унеможливлює їх  контроль у наступних культурах сівозміни. Далі, це засмічення посівів озимих зернових падалицею соняшнику та ріпаку, що також ускладнює контроль сегетальної флори в період вегетації основної культури. Наразі сучасні засоби захисту дають можливість підібрати гербіциди, які контролюють падалицю, але це вимагає додаткових знань, засобів та матеріальних ресурсів. Окрім падалиці, людина методом добору створює абсолютно нові угрупування рослин, що в майбутньому будуть становити реальну загрозу культурним рослинам через споживання елементів живлення, світла, води, які диктуватимуть аграріям нові правила ведення сільського господарства, а отже, виникатиме необхідність постійного пошуку й удосконалення систем контролю чисельності рослин-бур’янів.

Це стійкі види, що залишилися на полі, — застосування гербіцидів навіть на основі двох діючих речовин із класу сульфонілсечовин не мало бажаного
ефекту. Часто спеціалісти не пов’язують їх появу з резистентністю, і чимдалі ця проблема стає щораз болючішою…

Для об’єктивної оцінки наявності стійкості й визначення її рівня необхідне проведення спеціальних досліджень. Рання діагностика резистентності проводиться за допомогою так званої діагностичної концентрації пестициду. Вона добирається з таким розрахунком, щоб забезпечити 98 % загибелі особин нормальної чутливості. Сигналом зростання стійкості слугує збільшення числа особин, що вижили в трьох наступних перевірках із використанням діагностичної концентрації препарату. Коли кількість таких особин перевищує 20 %, слід вилучити з використання даний пестицид або повністю змінити цю групу препаратів. Для запобігання резистентності у ключових шкідливих організмів розроблені цілі системи, де важливе значення має найбільш рання її діагностика в польових умовах.

Що ж є причиною формування стійких біотипів в агрофітоценозах? Це тривалість дії гербіциду впродовж одного покоління, частота мутацій у даній популяції, тиск добору й пластичність самої популяції.

Результати власних досліджень і світовий досвід дозволяють нам представити стратегію антирезистентної системи захисту посівів від бур’янів, яка включає такі заходи:

  • дотримання сівозміни, в якій використовуються гербіциди різних хімічних груп;
  • застосування агротехнічних прийомів, спрямованих на зниження чисельності бур’янів;
  • припинення використання гербіцидів, до яких у бур’янів виникла стійкість або є ризик її розвитку;
  • застосування комбінованих препаратів або бакових сумішей з 2–3 діючими речовинами, що мають різний механізм дії;
  • дотримання термінів обробок, вимог до застосування рекомендованих норм, рівномірного внесення та відповідності препаратів.