Резистентность сорняков к гербицидам: как управлять рисками

Этой статьей редакция «ГлавАгроном» завершает цикл публикаций по развитию резистентности сорных растений к гербицидам. В соавторстве с нашими учеными-экспертами в заключительном выпуске мы делимся практическими рекомендациями по борьбе с этой проблемой.

В настоящее время на мировом рынке преобладают трансгенные, устойчивые к гербицидам (гербицид-толерантные) культуры. Разработка новых, селективных механизмов действия часто менее привлекательна на относительно «небольшом» европейском рынке и усугубляется растущими требованиями к регистрации. Поэтому за последние 30 лет не было введено в производство ни одного нового гербицидного механизма действия (рис. 1).

Группа метаболических или неспецифических механизмов резистентности включает ряд различных биохимических или биофизических процессов, которые препятствуют достижению эффективной концентрации гербицида в месте действия (рис. 2) через:

• ускорение метаболизма (обмена веществ);
• снижение усвоения;
• уменьшенный транспорт действующего вещества в растении;
• перепроизводство целевого фермента.

Агротехнические меры

Гербициды во всем мире являются одним из наиболее эффективных и, как правило, самых дешевых и надежных методов борьбы с сорными растениями. Однако больше случаев устойчивости приводит к экономическим последствиям на уровне хозяйства, когда необходимо увеличить интенсивность гербицидной обработки, но при этом происходит снижение урожайности из-за недостаточной борьбы с сорной растительностью. Таким образом, в рамках эффективного управления резистентностью необходим более тщательный учет агротехнических мероприятий в земледелии, чтобы свести к минимуму интенсивность отбора устойчивых растений (рис. 3). Основная цель — получить как можно более разнообразную флору сорняков без отдельных доминирующих видов.

При планировании управления устойчивостью севооборот составляет основу борьбы с сорной растительностью и стоит на первом месте. Для конкретного севооборота в снижении засоренности полей на длительное время важно обеспечить чередование между озимыми и яровыми культурами. Следует отказаться от практики сокращения ротации севооборотов, так как основная масса сорных растений сопутствует определенным культурам (лисохвост полевой и метлица обыкновенная — в посевах озимых зерновых культур, виды проса в кукурузе). Уничтожение этих видов сорняков требует применения различных гербицидов. Частый возврат культуры на прежнее место в севообороте способствует развитию нескольких видов специализированных трудноискоренимых сорных растений. Также не следует возделывать дольше одного года зерновые по зерновым. Неблагоприятные условия для развития сорняков создаются при соблюдении правильного чередования озимых и яровых культур в севообороте.

Влияние севооборота на сдерживание развития резистентности подтверждается результатами многолетних исследований на примере лисохвоста полевого (рис. 4). 

В рамках этого исследования более 500 участков на юге Германии были исследованы в нестандартном (не «типичном») регионе устойчивости. При отсутствии яровых культур в севообороте на 35% участков лисохвост полевой был восприимчив к гербицидам, на 25% участков отмечено снижение эффективности гербицидов, а на 40% участков сорняк проявил устойчивость. Исследования подтверждают значительное снижение риска развития устойчивых сорняков в севооборотах с включением 1/3 доли яровых культур. Это касается и озимых культур. В севооборотах, включающих озимые и яровые культуры, сорняки показали ниже резистентность, чем там, где присутствовали только озимые культуры.

Способ обработки почвы также существенно влияет на видовое разнообразие сорных растений, их численность и вредоносность. Различные способы минимальной обработки почвы способствуют развитию определенных видов растений, которые впоследствии могут стать доминирующими. 

Некоторые виды сорных растений, например виды лисохвоста или райграса, могут прорасти только из верхних слоев почвы и не дают всходов из более глубоких слоев (табл. 1).

Когда при обработке почвы семена сорняков попадают в нижние слои, скорость их появления и, следовательно, жизнеспособность в большинстве случаев значительно снижаются. Исследования на юге Германии также показали: чем больше обработок почвы в севообороте, тем ниже вероятность появления устойчивости сорняков (рис. 4). С другой стороны, значительное снижение обработки почвы приводит к повышению потенциала прорастания семян сорняков в самом верхнем слое почвы. Следовательно, количество сорняков увеличивается.

Таблица 1. Биологические параметры некоторых семян сорных растений (составленные по данным разных авторов)

Например, массовое засорение посевов видами костра стало проблемой только из-за минимальной обработки почвы. В последние годы при плужной вспашке короткий срок жизнеспособности семян костра бесплодного (1-2 года) не создавал каких-либо существенных проблем с устойчивостью (табл. 1).

Глубокая вспашка может уменьшить значительный запас семян злаковых сорных растений с более продолжительным периодом покоя, если запахивать эти семена с оборотом пласта на длительный срок (10 лет). Таким образом можно лишить семена сорных растений жизнеспособности или предупредить появление их всходов в течение ближайших лет до следующей обработки почвы на ту же глубину. Исключением является овсюг обыкновенный, который может накапливаться в более глубоких слоях почвы и не зависит от способа обработки почвы.

Сорт. В посевах зерновых культур на подавление сорных растений влияние могут оказать выбор сорта культуры. Конкурентоспособность конкретного сорта зависит от структуры и плотности листьев и корневой системы. Селекционеры и агрономы часто предпочитают высокопродуктивные сорта пшеницы с коротким стеблем и низким индексом урожая (отношение веса зерна к общему весу надземной массы). Однако для профилактического подавления сорняков при возделывании культуры следует выбирать сорта с хорошо развитым листовым аппаратом и мощной корневой системой, поскольку такие сорта демонстрируют более сильную конкурентную силу.

Сроки сева. Количество всходов резистентных видов сорняков (лисохвоста полевого, метлицы обыкновенной, костра и райграса) можно уменьшить «провокационным методом» с применением разных способов поверхностной обработки почвы на фоне поздних сроков сева зерновых культур. Поздний посев зерновых культур позволяет всходам сорных растений накапливаться еще до посева (осенью — лисохвосту полевому и райграсу или весной — овсюгу обыкновенному). Сразу после появления всходов сорных растений перед посевом основной культуры их можно уничтожить механической обработкой или неселективным гербицидом. Полевые испытания в северной Германии демонстрируют значительное влияние сроков посева озимой пшеницы на развитие лисохвоста полевого (табл. 2).

Таблица 2. Влияние срока посева на развитие лисохвоста полевого в северогерманских болотистых низменностях (в среднем за четыре года) (Krüssel and Hoppe, 2006)

Не следует недооценивать аспект возможного переноса и распространения сорной растительности. Сорняки могут рассеиваться на большие расстояния при неправильном использовании уборочных машин, комбайнов, тары и транспорта. Сорные семена забиваются в шнеки, под планки полотняных транспортеров, в отверстия решет, ячейки триеров, различные пазы и щели. Именно перевозка сельскохозяйственных материалов становится причиной появления новых очагов устойчивых популяций сорных растений в «чистых» регионах. Чтобы не допустить быстрого распространения устойчивых сорных растений на поля и другие сельскохозяйственные угодья, настоятельно рекомендуется очищать машины и оборудование при их перемещении из других районов и полей.

Химические меры

Чаще всего резистентные биотипы сорняков возникают в посевах монокультуры, на которых практикуется ежегодное применение одних и тех же гербицидов избирательного действия. Чтобы избежать развития устойчивости сорных растений, возникающей в результате длительного применения препаратов на основе одного действующего вещества, рекомендуется:

• соблюдать севообороты;
• чередовать обработки гербицидами разного механизма действия;
• применять комплексные гербициды на основе нескольких действующих веществ с различными механизмами действия.

Проблема резистентности имеет всеобщий характер, независимо от используемых гербицидов. Однако характер и уровень ее проявления связаны со свойствами препаратов и биологическими особенностями растений. В Германии практически нет универсальных решений для эффективного управления гербицидами.

При высокой засоренности севооборота злаковыми сорняками химпрополку следует проводить, используя действующие вещества разного механизма действия (группы HRAC). К сожалению, спектр механизмов действия гербицидов, работающих по всходам злаковых сорняков, очень ограничен по сравнению с устойчивостью лисохвоста полевого. Ингибиторы ACC-aзы (группа HRAC A) и фотосистемы II (группа HRAC C) уже в значительной степени подвержены риску повышения устойчивости сорняков и больше не могут использоваться во многих частях Германии. Вместо них используют гербициды — ингибиторы ацетолактатсинтазы ALS (группа HRAC B), контролирующие синтез разветвленных аминокислот (изолейцина, лейцина, валина), что также приводит к неизбежному «износу» этой важной группы действующих веществ.

Для сдерживания развития устойчивости лисохвоста полевого в системе севооборота необходимо целенаправленное чередование гербицидов — ингибиторов АСС-азы и ALS. При этом частота использования обеих групп не должна превышать 50% в системе гербицидной защиты севооборота. Для этого следует, по возможности, использовать альтернативные гербициды (группы HRAC F, K или N) с низким уровнем устойчивости, сочетать с другими препаратами в баковых смесях. Предпосевное уничтожение сорных растений с использованием глифосата (группа HRAC G) или механическая борьба перед посевом также являются важными компонентами управления устойчивостью.

Определение риска резистентности на поле

Риск развития устойчивости злаковых сорняков можно рассчитать из таблицы 3. Отдельные факторы риска могут быть оценены от 1 до 5 балла. По суммарному значению можно определить уровень риска:

• низкий риск резистентности — 13-26 баллов;
• риск средней резистентности — 27-51 балла;
• высокий риск резистентности — 52-65 баллов.

Факторы риска, которые оценены высокими баллами, должны быть пересмотрены в рамках эффективного управления устойчивостью.

Таблица 3. Оценка риска резистентности (источник: K. Gehring, модифицировано по HRAC)

Меры по снижению риска резистентности сорных растений должны предприниматься профилактически. Исследования показали, что при возникновении резистентных форм затраты на защиту посевов от сорняков будут гораздо выше. Таким образом, проактивное управление резистентностью является инвестицией в будущее, сохранением потенциала урожайности сельскохозяйственных культур для конкретного участка и неограниченной способностью к их возделыванию.

К сожалению, проблема часто признается только тогда, когда устойчивые популяции уже обосновались на засоренных территориях. Решающее значение имеет то, что даже при первом подозрении на некоторое количество выживших сорняков целесообразно провести соответствующие тесты на устойчивость. Например, биоанализ (с использованием семян выживших растений) или молекулярные методы (из образцов листьев) могут дать четкое представление о том, действительно ли присутствует резистентность и на какие действующие вещества. Только таким образом в будущем разработка стратегии по сдерживанию развития устойчивости к конкретным гербицидам может быть адаптирована к конкретной ситуации.

Заключение

Проблема резистентности сорных растений к гербицидам не может объективно отслеживаться без налаженной системы информирования и мониторинга сорной растительности, ее количественного и видового состава в посевах сельскохозяйственных культур. Такие наблюдения требуют системного подхода и должны проводиться на фоне уже существующих севооборотов, агротехнических приемов и химпрополки.

Развитие устойчивых к гербицидам сорных растений — сложный процесс, на который влияют многие факторы. Как динамика этого развития, так и появление высокорезистентных популяций, к сожалению, слишком часто недооцениваются на практике. В то же время очень проблематично реагировать, если эффективность борьбы с сорняками имеющимися гербицидами уже значительно нарушена. Чтобы избежать риска экономических потерь, снижения урожайности и возможности выращивать отдельные культуры, необходимо найти альтернативу. Ключом к этому является технология обработки почвы, которая предотвращает одностороннее появление многолетних доминирующих и трудно искореняемых сорняков. Концепция использования гербицидов с чередованием химических классов и механизмов действия в посевах основных сельскохозяйственных культур является основой для ведения эффективного сельского хозяйства.

Подготовлено по материалам, опубликованным в журнале «Наше сельское хозяйство» (2019 г., №15).