Устойчивость сорняков к гербицидам и пути ее преодоления

Правильное применение гербицидов решает проблему появления устойчивых к гербицидам сорных растений.

Сорняки — конкуренты культурных растений за минеральные элементы питания, пространство, свет и воду. Один из наиболее эффективных методов борьбы с сорняками и повышения урожайности — применение гербицидов. Однако очень скоро стало понятно, что эффективность гербицидов со временем снижается из-за появления форм (биотипов) сорных растений, устойчивых к их воздействию, и это может стать серьезной проблемой.

Первые сообщения о развитии устойчивости сорных растений к гербицидам (триазинам) появились еще в 1968 году. К началу 1990-х годов было известно уже 120 биотипов сорных растений, устойчивых к этой, а также к 15 другим группам гербицидов. Сейчас насчитывается уже несколько сотен популяций (групп) сорняков, устойчивых к различным гербицидам.

Почему развитие устойчивости сорных растений к гербицидам вызывает такую обеспокоенность? На то есть ряд причин.

Ужесточение требований к регистрируемым препаратам и рост затрат на разработку новых гербицидов на фоне прогрессирующего повышения устойчивости к ним сорняков серьезно беспокоят производителей сельскохозяйственной продукции. Потеря эффекта от применения гербицидов приводит к серьезным экономическим и экологическим последствиям. Особенно сложно бороться с сорняками, устойчивыми сразу к нескольким классам гербицидов (кросс-устойчивость), или последовательно развивающим устойчивость к различным гербицидам (множественная устойчивость). Подбор эффективных гербицидов в этих случаях требует особенно серьезного подхода.

Устойчивость сорных растений к гербицидам развивается в несколько этапов. Вначале появляется одно или несколько растений, случайные генетические изменения которых позволяют им выжить, несмотря на применение гербицидов. Благодаря генетическим изменениям популяции организмов лучше приспосабливаются к условиям окружающей среды, в том числе и к неблагоприятным. А гербициды являются одним из новых антропогенных факторов, оказывающих влияние на популяции растений.

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 экземпляры, которые имеют устойчивость к гербициду. Семена теперь дают только те растения, которые выжили благодаря мутации. Поскольку мутация передается по наследству, то растения, выросшие из этих семян, будут обладать устойчивостью к данному гербициду. После многократного применения гербицидов с одним и тем же механизмом действия мутантные растения вытесняют чувствительные и быстро распространяются на полях.

Другая сторона устойчивости растений к гербицидам — 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, например, на основе глифосата. В конце XX века трансгенные (полученные методами генетической инженерии) сорта кукурузы, сои и хлопчатника, устойчивые к глифосату, произвели настоящий переворот в сельском хозяйстве, многократно повысив эффективность борьбы с сорняками и урожайность.

Однако продолжительное использование гербицидоустойчивых культур совместно с одним и тем же гербицидом обязательно приведет к появлению устойчивых биотипов сорняков, что собственно и произошло.

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, и его следует учитывать при рассмотрении вопроса развития устойчивости к гербицидам. Отбор подобен фильтру, на котором остаются нормальные растения, но мутанты, устойчивые к гербициду, проходят насквозь и выживают. Как это ни парадоксально, но интенсивность отбора тем сильнее, чем более мощное воздействие оказывает гербицид на данный вид сорных 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 20–30% от численности популяции. В первые годы применения одного и того же гербицида доля устойчивых растений не превышает 1–2%.

Если же продолжать применение одного и того же гербицида из года в год, то не избежать проблем: доля устойчивых растений начнет резко увеличиваться. Как показывают наблюдения, устойчивость к гербицидам группы сульфонилмочевины, при их непрерывном использовании, развивается у некоторых видов сорняков за 3–5 вегетационных сезонов. При использовании гербицидов триазиновой группы устойчивость к ним начинает проявляться через 7–10 лет непрерывного использования. При этом к системным гербицидам устойчивость возникает быстрее, чем к контактным.

Среди характеристик гербицидов, которые ускоряют развитие устойчивых к ним популяций сорных растений, следует выделить следующие:

— Если гербициды имеют только одну мишень (фермент, участвующий в определенном биохимическом превращении в тканях растений, на функции которого непосредственно воздействует данный гербицид), то устойчивость к ним развивается быстрее. 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.

— Многократное применение одного и того же гербицида в течение вегетационного периода увеличивает риск появления устойчивости к нему.

— 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.

— Использование гербицидов, не сопровождающееся другими мерами борьбы с сорняками (например, культивация) или их использование без учета других мероприятий также повышает риск появления устойчивых биотипов.

Устойчивость к гербициду может появляться не только за счет мутации гена, который кодирует фермент, но и за счет изменений метаболизма (обмена веществ). Это приводит к ускорению деградации действующего вещества в тканях сорных растений или быстрому выведению из них. 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 целый химический класс 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 гербицидам. Как только в популяции появится хотя бы одно устойчивое растение, скорость процесса начнет определяться двумя факторами: репродуктивным потенциалом вида (количеством семян на одно растение и их всхожесть) и 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 перенос семян сорняков с соседних участков, и прорастание сорняков из семян уже после проведенной обработки (вторая волна).

Но 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 появится 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 тем же механизмом действия на участке в прошлые годы?

Если ответы на эти вопросы свидетельствуют о появлении устойчивости сорняков к данному гербициду, то следует приступить к подбору других препаратов и использовать другие (не химические) методы борьбы с сорняками.
Какова же стратегия использования гербицидов, позволяющая отдалить время появления устойчивости к ним у сорняков? Основные ее положения таковы:

— Используйте гербициды только тогда, когда это действительно необходимо. Обработка гербицидами должна быть обоснована. Надо подобрать модель применения гербицидов, оптимальную с экономической точки зрения.

— Используйте ротацию гербицидов с разным механизмом действия. Никогда не делайте подряд более двух обработок гербицидами с одинаковой мишенью на одном и том же поле, особенно если не задействованы другие меры борьбы с сорняками.

— Применяйте гербициды, имеющие в своем составе два и более действующих веществ, и/или баковые смеси препаратов, или последовательно обрабатывайте поле гербицидами с разным механизмом действия. Это поможет эффективно бороться с сорняками, даже если у них уже появилась устойчивость к гербицидам. Хотя такой подход может показаться экономически более затратным, но зато он уже здесь и сейчас позволяет эффективно бороться с сорняками и избавит от потенциальных проблем в будущем.

— Соблюдайте севооборот, но при этом не забывайте о запрете на применение гербицидов с одинаковым механизмом действия более двух раз подряд.

— По возможности сочетайте обработку поля гербицидами с механическими средствами борьбы (дискование и культивация).
— Следите за появлением сорняков и не давайте им перерасти. Это снизит потенциал популяции, необходимый для появления устойчивых к гербицидам биотипов.

— Тщательно очищайте орудия обработки почвы, перед тем как переместиться с поля, где подозревается наличие устойчивых к гербицидам сорняков, на другие поля.

В заключение еще раз подчеркнем, что гербициды позволяют эффективно бороться с сорняками и повышают экономическую отдачу от растениеводства, но при их применении необходимо соблюдать меры предосторожности, позволяющие снизить риск распространения устойчивых к ним биотипов сорных растений.

Сергей Иванов

infoindustria.com.ua