Гербициды: прошлое и будущее
Гербициды сегодня стали неотъемлемой частью технологии производства сельскохозяйственных культур. При их правильном использовании можно достичь высокой эффективности обработки, устранив широкий спектр сорных видов без ущерба для сельскохозяйственных культур.
Современные виды и сорта (гибриды) культур характеризуются настолько низкой конкурентоспособностью, что без помощи человека очень легко проигрывают сорнякам, которые лучше приспособлены к разнообразным условиям среды обитания и без усилий побеждают в борьбе за питательные вещества, воду, свет и пространство в посеве.
На протяжении многих веков единственной формой ликвидации нежелательной растительности была ручная прополка. Первое упоминание о сознательном действии против сорняков мы находим в Библии. Там указывается, что 1200 лет до н. э. победоносные армии на Ближнем Востоке разбрасывали соль и пепел на завоеванных землях, чтобы сделать поля непродуктивными. Этот факт можно признать за первое в истории использование гербицидов сплошного действия.
Вплоть до середины ХХ века использовались лишь механические и агротехнические методы борьбы с сорняками, основанные на различных приёмах обработки почвы (лущение, культивация, полупар), севооборотах и очистке семенного материала. Где требовалась полная очистка от нежелательной растительности, использовался метод сжигания.
Серьезное начало химического метода борьбы положил синтез в 1932 году гербицидов из органической группы динитро-о-крезола (ДНОК) и открытие в 1944 году производных феноксиуксусной кислоты (2,4-Д и MCPA), которые были использованы в качестве первых селективных гербицидов.
С середины 50-х годов наступает стремительное развитие производства гербицидов других классов. Так, появление в 1957 году атразина повлекло за собой рост площадей кукурузы. В 60-х годах на рынок вышли производные мочевины (линурон, хлоротолурон), амидные гербициды (алахлор, пропахлор) и средства для химпрополки свеклы (хлоридазон и фенмедифам). В 70-х годах появляются гербициды, содержащие такие популярные д. в., как глифосат (Раундап), пендиметалин, изопротурон (Арелон, Кугар, Марафон), метамитрон (Голтикс), клопиралид (Лонтрел-300) и метазахлор (Бутизан).
С 80-х годов ХХ века начинаются три десятилетия инноваций в области разработки гербицидов, давших сельскому хозяйству более 130 новых действующих веществ, значительно повысивших эффективность борьбы с сорняками.
Ни одна из групп гербицидов за последние 30 лет не оказала более широкого влияния в плане химического разнообразия и применения при выращивании культур, чем те, которые ингибируют ацетолактат-синтазу (АЛС) – первого фермента, ответственного за разветвленную цепь биосинтеза аминокислот. За этот период 18 компаниями было разработано около 50 наименований гербицидов, которые зарегистрированы для применения на более чем 400 культурах. К ним относятся: сульфонилмочевины, имидазолиноны, триазолопиримидины, пиримидил(окси)бензоаты и сульфониламино-триазолиноны. Отличительными свойствами этой группы гербицидов являются низкие нормы расхода (10–50 г/га), перемещение по флоэме листьев и продолжительное действие.
Создание трансгенных растений, устойчивых к глифосату, изменило буквально все. Смещение акцентов с разработки гербицидов на производство семян глифосатустойчивых сельскохозяйственных культур внесло сильные изменения в секторе разработки гербицидов. Темпы создания новых соединений в сравнении с количеством препаратов-дженериков значительно снизились, и в будущем, судя по количеству патентов, выданных в мире, ожидается еще большее снижение.
Еще одной инновацией при разработке новых гербицидов за последние 30 лет можно назвать открытие способа борьбы с сорняками без выведения трансгенных сортов. Исследования направлены на отбор нечувствительных к конкретному гербициду культурных растений (STS-соя) или на отбор нечувствительных форм из чувствительных, производимых в культуре тканей (Clearfield – кукуруза, рапс). Поиск способа передачи устойчивости между культурами посредством генмодификаций означает возникновение риска повышения устойчивости сорняков, среди которых уже более 100 видов имеют формы, устойчивые к одному или нескольким АЛС гербицидам. При этом появление устойчивых форм сорняков требует поиска новых химических веществ и точек воздействия в будущем.
Меньше уверенности в том, что в ближайшей перспективе химическая индустрия разработает и предложит новые д. в., конкурентные или даже превосходящие существующие стандарты. Обзор новых патентов в мире подтверждает, что заявок на новые гербициды катастрофически мало. Впрочем различными фирмами продолжается поиск соединений с гербицидной активностью в классах как новых, так и уже известных гербицидных структур: триазинов, сульфонилмочевин, урацилов, пиримидинов, пиразолов, замещенных циклогександионов и даже арилоксиалканкарбоновых кислот. Кажется вероятным, что в ближайшем будущем исследователи улучшат показатели существующих классов гербицидов посредством выпуска на рынок продуктов, обладающих улучшенными характеристиками, расширенным спектром воздействия и повышенной безопасностью для урожая.
Следующим новшеством является разработка продуктов или заместителей генов, которые комплементарны тем, которые используют в трансгенных глифосатустойчивых растениях. Комплексная толерантность позволит использовать дополнительные гербициды для расширения спектра действия на сорняки, а также глифосат для борьбы с глифосатустойчивыми сорняками.
Глифосат-толерантные культуры преподали несколько уроков, свидетельствующих о том, что в борьбе с сорняками не существует «абсолютного оружия». Сорняки вырабатывают устойчивость в ответ на воздействие человека. В связи с этим необходим постоянный поиск новых перспективных подходов. Необходимо сосредоточить усилия на поиске новых технологий борьбы с сорняками, которые, определенно, найдут свое место в будущем. Если же предположить, что описанная выше ситуация с подачей заявок на патенты в области гербицидов отражает инновационную активность в данной отрасли, то времени на раскачку не осталось.
В настоящее время на рынок Беларуси довольно быстро поступают современные эффективные гербициды, хотя видно, что 50–60 лет назад процесс проникновения препаратов на наши поля занимал не менее 20–30 лет (табл.).
В 80-х годах ХХ века в странах с очень интенсивным сельским хозяйством появилась тенденция к сокращению использования гербицидов. Эти тенденции были вызваны экологической политикой в странах ЕС и США, где разрабатывались региональные методы снижения норм расхода гербицидов при сохранении высокой эффективности. В Европе наиболее интенсивно исследования проводились в Великобритании, Дании, Франции и Германии.
Выражение заботы о здоровье потребителей и чистоте окружающей среды было закреплено на законодательном уровне. Директива ЕС 91/414/EEC содержала заявление о том, что средства защиты должны быть безопасными в применении и не нести угрозы для человека и окружающей среды. Одним из путей достижения этой цели было формирование концепции «устойчивого сельского хозяйства», основной девиз которого звучит так: удовлетворение текущих потребностей в продовольствии общества не должно ограничивать эти возможности для будущих поколений.
С концепцией устойчивого сельского хозяйства связана аграрная деятельность по принципам надлежащей практики с использованием интегрированных методов защиты растений. Эта концепция возникла в середине 80-х годов ХХ века. В течение нескольких лет наблюдается снижение потребления гербицидов в странах интенсивного ведения сельского хозяйства, особенно Северной Америки и Европы. Эта тенденция также будет прослеживаться в ближайшем будущем. Например, Дания снизила уровень потребления средств защиты за последние 20 лет на 56%.
Однако не всегда снижение потребления «химии» связано с экологизацией отрасли. В начале 90-х годов ХХ века резкое увеличение цен на средства производства заставило снижать затраты, в том числе за счет снижения объемов внесения пестицидов и удобрений. Сейчас ситуация изменилась в сторону большей интенсификации, но уровень их потребления в Восточной Европе (в т. ч. Беларуси) все еще намного ниже, чем в странах Западной Европы и США. Анализируя спектр гербицидов за последние 40 лет, можно заметить, что из реестра были исключены гербициды с высокой токсичностью и персистентностью.
Регистрация гербицидов в мире и в Республике Беларусь
Действующее
вещество Регистрация в мире В Польше В Республике Беларусь
2,4-Д 1942 Спустя 23 лет Спустя 46 лет (1988)
МСРА 1945 Спустя 20 лет Спустя 43 года (1988)
Атразин 1957 Спустя 8 лет нет данных
Хлоридазон 1962 Спустя 4 года Спустя 33 года (1995)
Фенмедифам 1967 Спустя 5 лет Спустя 21 год (1988)
Хлортолурон 1969 Спустя 8 лет Спустя 29 лет (1988)
Изопротурон 1974 Спустя 7 лет Спустя 21 год (1995)
Глифосат 1974 Спустя 5 лет Спустя 15 лет (1989)
Хлорсульфурон 1979 Спустя 6 лет Спустя 16 лет (1995)
Флуазифоп-П-бутил 1980 Спустя 4 года Спустя 23 года (2003)
Феноксапроп-П-этил 1989 Спустя 2 года Спустя 6 лет (1995) Йодосульфурон-метил 1999 Через год Через год (2000) Форамсульфурон 2002 Одновременно Спустя 3 года (2005)
Предполагается, что в рамках защиты окружающей среды и здоровья потребителей в ближайшие годы в сельском хозяйстве будут активно развиваться альтернативные методы борьбы с сорняками, связанные с использованием нехимических методов – физических и биологических, а также технологии точного земледелия.
В основе физических методов лежит применение явления фотобластизма, высокой температуры, сжатого воздуха, инфракрасного излучения или лазерного луча.
В 80–90-е годы ХХ века были проведены исследования (особенно в США и Канаде, меньше – в Европе, Израиле, Китае, Японии и Австралии) по созданию биогербицидов как более безопасной альтернативы синтетических химических веществ. Эти продукты имеют ограниченное применение, характеризуются узким диапазоном действия, часто по отношению только к одному виду. Поэтому их использование может быть только дополнением к традиционным средствам. К биогербицидам относятся микогербициды – препараты на основе патогенных грибов, таких как AALтоксин, вырабатываемый Alternaria alternata ssp. Lycopersici. Он используется в США для борьбы с сорняками в посевах сои, хлопка, риса и кукурузы. Его спектр действия включает паслен черный (Solanum nigrum), щирицу запрокинутую (Amaranthus retroflexus). С полевым хвощом (Equisétum arvénse) борется гриб Puccinia punctiformis. Аллелогербициды – вещества природного происхождения, содержащие аллелопатины растения и биогербициды на основе бактерий.
Точные технологии защиты предполагают использование передовых технологий и систем, которые позволяют свести к минимуму ненужное потребление средств защиты растений. В этом вопросе можно выделить два типа задач:
1 точное применение гербицидов на основе карты сорняков на поле. Для этого используются сканирующая техника и системы GPS для создания засоренности поля и передачи этих данных в память компьютера, управляющего процессом обработки.
2 точный выбор гербицидов и их норм, сроков и способов применения с использованием компьютеризированных систем поддержки принятия решений (ДСС). Компьютеризированная программа включает в себя базу данных сорняков и гербицидов.
Гербициды в Беларуси
В «Государственном реестре…» Беларуси ежегодно включается довольно много торговых марок гербицидов, однако среди них в последнее время относительно мало новых препаратов с инновационными действующими веществами в составе. По объемам применения глифосатсодержащие гербициды продолжают оставаться ведущими. Препараты на их основе постоянно совершенствуются путем включения в них других гербицидов, антидотов, синергистов и иных функциональных ингредиентов. Замещенные феноксиуксусные кислоты, составлявшие основу ассортимента гербицидов в республике в 60-е годы, не потеряли своего значения и до настоящего времени. Теперь, однако, их используют, главным образом, как составную часть комбинаций с гербицидами других групп.
Продолжается разработка гербицидных композиций, содержащих два или несколько действующих веществ известного строения с различным механизмом действия на растения, а с другой стороны, в ассортименте существуют сравнительно большое количество и «чистых» сульфонилмочевин. При этом увеличение их доли происходит как за счет появления аналогов известных сульфонилмочевинных гербицидов, так и за счет препаратов с новыми действующими веществами.
Перспективное направление – использование антидотов и смачивателей как компонентов гербицидного препарата. В последние годы на нашем рынке появилось большое количество гербицидов на основе никосульфурона (Никомекс плюс, ВРГ, Никостар 40 КС), что связано с окончанием патентной защиты на данное действующее вещество.
В связи с «уходом» из «Государственного реестра…» для защиты посевов рапса ацетохлор-содержащих гербицидов можно прогнозировать их замещение комбинированными гербицидами на основе метазахлора, кломазона, квинмерака, диметенамида-П (в последней регистрации – Алгоритм, КЭ, Бутизан авант, СЭ, Бутизан дуо, КЭ, Сириус квин, КС, Эмбарго, КС).
В посевах озимых зерновых культур не теряют актуальности гербициды на основе комбинаций таких действующих веществ, как изопротурон, дифлюфеникан, йодосульфурон-метил-натрий, мезосульфурон-метил, метрибузин, трибенуронметил и др. Совершенствуются препаративные формы уже известных препаратов (Стомп профессионал, МКС, Зонран, ККР, Лазурит супер, КНЭ и др.).
Заключение
За последние 80 лет производство гербицидов получило стремительное развитие – от высокотоксичных для окружающей среды и последующих культур севооборота до более безопасных, с избирательным (специализированным) механизмом действия.
Развитие научных исследований приведет к более широкому привлечению биотехнологических методов и созданию препаратов, альтернативных химическим методам борьбы с сорняками, а также широкое использование информационных технологий и спутниковых систем для точного внесения гербицидов.
Очень важным вопросом является постоянное снижение негативного воздействия гербицидов на качество урожая (более безопасные продукты, низкие нормы, новые системы применения).
Ожидается дальнейшее совершенствование защиты растений в органическом земледелии (нехимическая борьба с сорняками, более конкурентоспособные сорта либо обладающие высоким потенциалом аллелопатии).
Благодарим специалистов Института защиты растений за консультативную помощь в подготовке статьи.
Подготовила Анна Кислекова
Использованные источники
1. Клиффорд Гервик. Разработка гербицидов за 30 прошедших лет. Обзор прошлого и размышления над будущим // http://www.agrow.com.
2. Эра глифосата подходит к концу // «Защита растений», 2011, № 7.
3. T. Praczyki, G. Skrzypczak. Stan aktualny I kierunki rozwoju herbologii // Progress in Plant Protection / Postępy w Ochronie Roślin, 2011, 51 (1).
4. Государственный реестр средств защиты растений, допущенных к использованию. 1995, 1998, 2002–2013.
Партнеры
