Проблемы применения гербицидов

В течение последних десятилетий технология выращивания культур не мыслится без применения химических средств уничтожения сорных растений. Общая сумма ежегодных потенциальных потерь продукции растениеводства в России в пересчете на зерно составляет 101,6 млн тонн. При этом наиболее высоки потери от конкуренции сорняков — 39,3 млн тонн, от возбудителей болезней — 34,9 млн тонн и вредителей — 27,4 млн тонн.

Сорные растения наносят многосторонний вред сельскому хозяйству, успешно конкурируя с культурными растениями за свет, элементы питания и воду. Потребляя влагу и питательные вещества, сорняки подавляют развитие культурных растений, ослабляют их устойчивость к неблагоприятным факторам. Например, растение осота за сутки испаряет в среднем до 40 г, а овса — 16 г воды. Коэффициент транспирации у пшеницы равен 513, у овса — 597, а у мари белой — 801. Наличие на 1 м2 посевов пшеницы 38 растений пикульника снижает урожайность культуры на 2,6%, а 102 растений — на 12%. Бодяк полевой при численности 10 растений на 1 м2 выносит из почвы азота — 140 кг/га, калия — 90 кг/га, фосфора — 30 кг/га; осот полевой (желтый) выносит соответственно 67, 158,8 и 28,8 кг/га, в то время как картофель при урожайности 150 ц/га выносит азота — 60 кг/га, калия — 100 кг/га и фосфора — 30 кг/га.

Гербициды в мире, особенно в странах с развитым земледелием, занимают едва ли не основное место в химизации сельского хозяйства, заметно опережая другие средства защиты растений. Если в 1960 г. при общем объеме использования пестицидов на сумму 0,85 млрд USD гербициды составляли 20%, то в 1980 г. при общем расходе на химическую защиту растений в 11,6 млрд USD этот показатель вырос до 47%, а еще через 20 лет — в 2000 г. при общей сумме затрат в 30,7 млрд USD составил 52%. Эта тенденция устойчиво сохраняется. Созданы предпосылки увеличения количества изучаемых на биологическую активность веществ до 100 000 с перспективой увеличения их количества до 1 млн в год. (Для сравнения: в 1996 г. изучалось около 10 000 веществ.) Любопытно, что не произошло существенного снижения объемов производства и применения гербицидов даже в связи с внедрением в практику генетически модифицированных культур — сои, кукурузы, хлопчатника, рапса и других, устойчивых к глифосату, глюфосинату и ряду других гербицидов. Применение глифосата выросло, но несколько снизилось использование триазиновых гербицидов и ацетанилидов, более опасных для природы.

Постоянно повышается вредоносность сорных растений. Так, по обобщенным данным полевых обследований, в Российской Федерации на посевах полевых культур экономическую опасность представляют 120 видов сорных растений (табл. 14.1). При этом на учтенной площади сельскохозяйственных культур, равной 93,2 млн га, потенциальные потери урожая от сорных растений составляют около 18,5% от валового сбора продукции растениеводства.

При многократном применении гербицидов, относящихся к одному классу химических соединений, создается опасность выработки у растений сорных сообществ всего лишь за несколько поколений механизмов устойчивости к ним. У отдельных видов сорняков возможны мутации к многократно применяемым в севообороте препаратам — сукцессионно-видовая или биотипно-популяционная резистентность сорняков к гербицидам. В настоящее время у 291 вида сорных растений зафиксирована наследуемая устойчивость практически ко всем классам гербицидов, особенно к ингибиторам ацетолактатсинтазы (сульфонилмочевины, имидазалиноны), ингибиторам фотосинтеза (триазины), ингибиторам ацетил-СоА-карбоксилазы (производные арилоксифеноксипропионовых кислот), синтетическим ауксинам (производные арилоксиуксусных кислот), ингибиторам структуры микротрубочек (динитроанилины), ингибиторам синтеза липидов (тиокарбаматы), ингибиторам енолпирувилшикиматфосфатсинтазы (глифосат) и др. Проблема преодоления резистентности на конкретном засоряющем участке при выращивании конкретной культуры в течение года и различных культур в севообороте может успешно решаться на основе чередования гербицидов с разным механизмом действия и разных классов химических соединений. Появление резистентных к гербицидам биотипов сорняков и нарушение экологического равновесия в агроэкосистемах является одной из главных причин роста затрат на химические средства защиты растений.

Создание сортов полевых культур, устойчивых к гербицидам, способствует более эффективному, дешевому и привлекательному с экологической точки зрения контролю за сорняками. Искомая устойчивость к гербицидам может возникать различными путями. Она может быть результатом точечных мутаций генов, кодирующих белок-мишень для данного гербицида. Мутации по устойчивости к гербицидам действуют на фотосинтез растений и синтез аминокислот. Эти мутации становятся причиной появления на полях устойчивых сорняков, что приводит к необходимости ротации гербицидов через определенное количество лет, когда устойчивые сорняки накапливаются в количествах, способных снизить эффективность применения данного гербицида. Устойчивость к гербицидам может быть связана также с амплификацией генов устойчивости.

При создании растений, устойчивых к гербицидам, используют два основных принципа:

• гиперэкспрессия продукта, против которого направлено действие гербицида. В этом случае при использовании гербицида в дозах, летальных для других растений, у трансформированных растений будет ингибирована только часть этого продукта. Пример реализации такого подхода — создание растений табака, устойчивых к ацифлуорифену;

• поиск генов, не угнетаемых данным гербицидом, и встройка их в геном культурных растений. В этом случае культуры не будут реагировать на использование гербицида, а сорняки будут погибать. В качестве примера можно назвать встраивание в геном пластид табака гена петунии, обеспечивающего устойчивость к глифосату.