Gli erbicidi ampiamente usati stanno lottando per uccidere alcune erbacce. Alcuni esperti pensano che il calore possa essere parte del problema.
CIRCA 10 ANNI FA, nel caldo feroce dell'estate del Kansas, molte delle nocive erbacce di kochia che invadevano i campi di ricerca di Phillip Stahlman semplicemente non si muovevano se spruzzate con una miscela di due erbicidi ampiamente usati, glifosato e dicamba. Solo pochi mesi prima, nel clima primaverile più fresco, la miscela di erbicida aveva facilmente innescato le piccole foglie sottili dell'erba per arricciarsi e diventare marroni, segnalando la morte della pianta.
Ora la tenace erba aveva lasciato Stahlman perplesso. Stahlman, allora uno scienziato di erba presso la Kansas State University, non aveva mai incontrato questo problema con gli erbicidi prima. Inizialmente pensava di aver applicato i prodotti chimici in modo errato. Ma anno dopo anno è successa la stessa cosa. Stahlman sapeva che stava succedendo qualcosa. Teneva d'occhio le erbacce nei suoi campi. Ha anche conferito con gli agricoltori locali che hanno riferito di aver visto problemi simili. “La luce non si è accesa per un po 'finché il problema non ha continuato a ripresentarsi. È stato come mettere insieme un puzzle ", afferma Stahlman.
Alla fine, Stahlman, che da allora è andato in pensione, ha deciso che il problema era probabilmente la temperatura: qualcosa nell'irrorazione a fuoco vivo stava rendendo gli erbicidi meno efficaci.
Stahlman non è il solo a fare questa osservazione. Oggi, prove crescenti suggeriscono che temperature di circa 90 gradi Fahrenheit o superiori possono rendere alcune erbacce resistenti agli erbicidi ancora più resistenti e rendere altre infestanti meno sensibili a determinate sostanze chimiche.
Alcuni agricoltori dicono di sapere che le alte temperature possono rovinare alcuni erbicidi, quindi cercano di evitare di spruzzare nella calura del giorno. "Una buona regola pratica è che se è compresa tra 85 e 90 gradi Fahrenheit, non spruzzare", afferma Curt Gottschalk, un manager di un'azienda agricola a Hays, Kansas.
Non tutti gli esperti concordano sul fatto che questo modello, ampiamente dimostrato negli esperimenti di laboratorio, rappresenta un problema per gli agricoltori. E alcuni erbicidi sembrano funzionare anche meglio alle alte temperature. Ma se il calore sta aumentando la resistenza di molte erbacce ai principali erbicidi, le implicazioni potrebbero essere significative. Se non controllate, le erbacce possono devastare i raccolti e il reddito: se gli agricoltori non si sforzassero di controllare le erbacce, potrebbero spazzare via circa la metà di tutti i raccolti di mais e soia negli Stati Uniti e in Canada, secondo la Weed Science Society of America, una società senza scopo di lucro di scienziati accademici e industriali. La perdita potrebbe costare agli agricoltori circa 43 miliardi di dollari all'anno.
Gli agricoltori stanno già combattendo contro le epidemie di erbe infestanti che hanno sviluppato una resistenza genetica a più erbicidi, tra cui glifosato e dicamba. Stahlman e altri ricercatori sull'erba sostengono che la temperatura potrebbe essere un secondo fattore trascurato che rafforza le difese delle erbe infestanti contro gli erbicidi. Sebbene la maggior parte degli agricoltori ora capisca che la temperatura influisce sugli erbicidi, a un occhio inesperto potrebbe sembrare una resistenza agli erbicidi, dice Stahlman.
Questi ricercatori temono anche che il problema possa peggiorare in futuro poiché i cambiamenti climatici aumentano le temperature e gli eventi meteorologici estremi, comprese le ondate di calore, diventano più frequenti.
"Sappiamo già che la resistenza agli erbicidi è la questione più problematica nel controllo delle infestanti chimiche", ha scritto in una e-mail a Undark Maor Matzrafi, uno scienziato dell'erba presso l'Organizzazione nazionale per la ricerca agricola di Israele. "Forse la riduzione della sensibilità dovuta ai cambiamenti climatici è la prossima in linea."
AGRICOLTORI UTILIZZATI fare meno affidamento sugli erbicidi, controllando invece le erbe infestanti utilizzando metodi laboriosi come la lavorazione del terreno e la rimozione manuale. Ma, a partire dalla metà degli anni '1990, le aziende di biotecnologia hanno iniziato a lanciare colture geneticamente modificate resistenti ai comuni e potenti erbicidi. I nuovi semi hanno permesso agli agricoltori di spruzzare liberamente i loro campi con prodotti agrochimici per uccidere le erbacce mentre il loro raccolto GM prosperava. La tecnologia ha reso superflua la maggior parte del diserbo manuale e l'uso di erbicidi è aumentato a livello globale. Ma le erbacce si sono evolute in risposta e sono emerse varietà resistenti agli erbicidi. Ciò ha dato il via a una nuova battaglia tra agricoltori ed erbacce, con gli agricoltori che utilizzano sempre più combinazioni di sostanze chimiche, oltre a dosi aggiuntive, per cercare di eliminare le erbacce.
Dopo l'esperienza di Stahlman con le erbacce di kochia, tuttavia, iniziò a esaminare se la temperatura potesse influenzare le prestazioni dell'erbicida più di quanto fosse ampiamente riconosciuto. (Stahlman, come molti scienziati accademici dell'erba, in passato ha ricevuto finanziamenti per la ricerca da aziende agrochimiche.)
Per decifrare come il calore aiuta le erbacce a respingere gli erbicidi, Stahlman ha collaborato con i colleghi della KSU Mithila Jugulam, una fisiologa delle erbe infestanti, e Junjun Ou, un assistente di ricerca. Il team ha coltivato piantine da popolazioni di kochia originarie del Kansas, in camere mantenute a temperature comprese tra 63.5 e 90.5 gradi Fahrenheit, rappresentative del calore diurno primaverile ed estivo dello stato. La temperatura nelle camere scendeva ogni 12 ore per imitare le ore notturne più fresche. Quando le piantine hanno raggiunto un'altezza di circa 4 pollici, i ricercatori hanno dosato alcune con glifosato e altre con dicamba. A intervalli settimanali, il team ha esaminato le erbacce per segni di lesioni. Dopo un mese, hanno abbattuto le erbacce, asciugate e pesate.
Il team ha scoperto che, a temperature elevate, avevano bisogno di più del doppio della quantità di glifosato e dicamba per controllare le erbacce. Essi pubblicato i loro risultati nel 2016.
Per capire perché il calore riduce la sensibilità, i ricercatori hanno monitorato i percorsi degli erbicidi attraverso le erbe infestanti utilizzando versioni leggermente radioattive di glifosato e dicamba. Il primo prodotto in precedenza da Monsanto e il secondo prodotto da BASF Corp. (BASF Corp. ha fornito una borsa di studio per studenti laureati a Ou per un progetto diverso).
Il team ha scoperto che le foglie assorbivano meno glifosato a temperature più elevate. Non sono sicuri del perché, ma Jugulam pensa che il calore possa incoraggiare la kochia a sviluppare cuticole più spesse - uno strato protettivo sulla superficie fogliare - che quindi aumentano le difese delle erbacce contro l'erbicida. Il team ha scoperto un processo diverso al lavoro quando le erbacce hanno incontrato il dicamba. La temperatura non ha influenzato la quantità di dicamba assorbita dalle erbacce, ma ha ostacolato il movimento dell'erbicida attraverso la pianta in modo che meno raggiungesse il suo obiettivo: il tessuto che si sviluppa sulle punte di nuovi germogli e foglie.
In un altro studio, pubblicato l'anno scorso, Jugulam ha rivolto la sua attenzione all'erbicida 2,4-D, uno degli ingredienti dell'agente arancione, un famigerato defogliatore utilizzato nella guerra del Vietnam. Oggi è uno degli erbicidi più utilizzati. Jugulam ha testato come la temperatura influisse sulla capacità dell'erbicida di controllare la canapa comune, un'erbaccia a foglia larga trovata invadendo i campi di mais e soia del Midwest.
Nei test, Jugulam ha esaminato alcune comuni canapa d'acqua che avevano sviluppato una resistenza genetica al 2,4-D e altre che non l'avevano. Ha scoperto che ci sono volute più di tre volte più erbicida per uccidere l'erba resistente in condizioni calde e secche rispetto a temperature più fresche. Ha trovato un effetto simile ma minore nelle erbacce sensibili.
L'acqua canapa resistente agli erbicidi sopravvive all'esposizione al 2,4-D scomponendo rapidamente la sostanza chimica in sostanze non tossiche prima che possa raggiungere i suoi obiettivi sulla punta di radici, steli e foglie. Quando la temperatura è alta, ha scoperto Jugulam, waterhemp scompone queste molecole più velocemente.
Jugulam ha anche notato che ad alte temperature, alcune erbe infestanti resistenti agli erbicidi sembrano diventare più resistenti e alcune infestanti sensibili potrebbero richiedere più erbicida per il loro controllo.
Non tutte le erbacce e gli erbicidi rispondono alla temperatura allo stesso modo. Ad esempio, Jugulam ha anche scoperto che il 2,4-D e il glifosato funzionano better a temperature più elevate contro l'ambrosia comune e gigante, altre due erbacce comuni nei campi degli agricoltori statunitensi. Jugulam afferma anche che, anche nei casi in cui il calore ostacola gli erbicidi, gli impatti sembrano essere per lo più limitati alle condizioni di siccità. Le aree con elevata umidità e precipitazioni potrebbero non vedere gli stessi effetti.
Ma alcuni esperti dicono che stanno crescendo le prove in una varietà di specie e prodotti chimici per l'agricoltura che la temperatura, e in alcuni casi i livelli elevati di anidride carbonica, influenzano il controllo delle infestanti, almeno in laboratorio.
Nei test pubblicato nel 2016, Matzrafi ha scoperto che ad alte temperature quattro diverse specie di erbacce si sono opposte al diclofop-metile, un ingrediente di un erbicida prodotto da Bayer, significativamente meglio di quanto facessero a temperature più basse. Matzrafi ha anche scoperto che le alte temperature rendevano un altro erbicida, il pinoxaden, meno in grado di frenare la crescita del falso bromo dell'erba invasiva. Inoltre, l'erba ha prosperato anche quando è passata da condizioni più fresche a un ambiente più caldo fino a due giorni dopo il trattamento con erbicida (la ricerca è stata parzialmente finanziata da ADAMA Agricultural Solutions, un'azienda agrochimica con sede in Israele).
"I nostri risultati, e molti altri studi dagli anni '90, suggeriscono che le condizioni ambientali post-applicazione possono anche influenzare la sensibilità agli erbicidi", ha spiegato Matzrafi in una e-mail. Anche se gli agricoltori spruzzano a temperature più basse, ciò potrebbe non essere sufficiente per evitare gli effetti del calore.
Nonostante le dosi crescenti di diclofop-metile, questo loietto sensibile agli erbicidi prospera in un clima più caldo. In ogni foto, l'erbicida viene applicato in quantità maggiori andando da sinistra a destra. Sulla pianta all'estrema sinistra, non viene applicato alcun erbicida. Nella foto a sinistra, il loglio viene coltivato a temperature più basse (50-61 gradi Fahrenheit), mentre nella foto a destra, il loglio viene coltivato a temperature più elevate (82-93 gradi Fahrenheit). visiva: Cortese concessione del Maor Matzrafi
Queste condizioni, temono gli esperti, peggioreranno a causa del cambiamento climatico. Già, molti stati degli Stati Uniti importanti per l'agricoltura, così come altre importanti regioni produttrici di cibo in tutto il mondo, sperimentano regolarmente temperature che superano i 90 gradi Fahrenheit durante le stagioni di crescita. Alcuni ricercatori affermano che i problemi con il calore e le prestazioni degli erbicidi stanno venendo alla ribalta ora in parte a causa di episodi più frequenti di caldo estremo negli ultimi decenni.
Tuttavia, è difficile definire gli effetti visti oggi sui recenti cambiamenti climatici, Lewis Ziska, fisiologo vegetale della Columbia University di New York, ha scritto in una e-mail a Undark. Ma, sottolineando che le erbacce sono "il limite maggiore per la produzione alimentare", Ziska avverte che "rappresenteranno una sfida formidabile per gli agricoltori in un ambiente più estremo".
Nel Midwest, ad esempio, le temperature potrebbero aumentare in media di 8.5 gradi Fahrenheit entro la fine del secolo, con periodi di caldo estremo più lunghi e più frequenti, secondo proiezioni del governo federale. E in Asia meridionale, inclusa l'India, una regione di importanza mondiale per la produzione di riso, legumi, noci e cotone, il Gruppo intergovernativo di esperti sui cambiamenti climatici progetti che le temperature medie annuali aumenteranno di quasi 6 gradi Fahrenheit entro il 2100.
Nel primo esperimento del suo genere, i cui risultati furono riferito l'anno scorso, Matzrafi ha studiato l'effetto congiunto del calore e dell'aumento dei livelli di anidride carbonica su due diverse specie di infestanti e ha scoperto che la combinazione aumenta le difese erbicide delle infestanti al di là di questo da entrambi i fattori da solo.
Non è chiaro se i produttori di erbicidi siano preparati per le prossime sfide di un pianeta in via di riscaldamento. Molti sconsigliano temperature di irrorazione ottimali per garantire l'efficacia nelle linee guida che distribuiscono agli agricoltori.
In una dichiarazione scritta Clark Ouzts, un portavoce di Sygenta, il produttore di pinoxaden, afferma che la società non ha studiato i potenziali effetti del cambiamento climatico sull'attività dell'erbicida, ma che "la ricerca sul campo e le applicazioni commerciali non hanno mostrato che la temperatura ha un impatto sull'attività di Pinoxaden. "
Charla Lord, un portavoce di Bayer, ha scritto in una dichiarazione che gli erbicidi dell'azienda sono "ampiamente testati per soddisfare tutti i requisiti delle autorità di regolamentazione" e "etichettati in modo che gli applicatori sappiano come richiederli per un controllo e un successo ottimali". L'azienda non ha risposto a domande specifiche sull'efficacia dei propri prodotti ad alte temperature, sebbene la società lo abbia fatto postato sulle sfide dell'irrorazione ad alta temperatura sul suo sito web. Corteva, che produce erbicidi che incorporano 2,4-D, non ha risposto alle richieste di commento su come le alte temperature influenzano le prestazioni dell'erbicida.
NON TUTTI LO SONO convinto che questi risultati sperimentali creino problemi per gli agricoltori. Alcuni ricercatori ed esperti di erbe infestanti affermano che le condizioni di laboratorio differiscono radicalmente dal campo, rendendo i risultati meno pertinenti. "Non credo che si possa dire con certezza che questo sta avendo un impatto su scala reale", ha scritto Brad Hanson, esperto di erba presso l'Università della California, Davis, in una e-mail a Undark. Hanson ha lavorato con Matzrafi alla ricerca pubblicata lo scorso anno.
Hanson, che lavora con gli agricoltori della California come ricercatore e specialista di estensione, ha anche scritto che gli agricoltori in genere usano abbastanza erbicida per superare qualsiasi piccolo cambiamento nella sensibilità delle infestanti causato dal calore.
Kassim Al-Khatib, un fisiologo delle colture presso l'Università della California, Davis che ha studiato come si comportano gli erbicidi sotto il caldo e l'umidità, ha scritto in una e-mail a Undark che gli studi sono condotti in condizioni di laboratorio attentamente controllate che gli agricoltori non avrebbero mai trovato nel loro campi. "Ciò che accade in condizioni controllate generalmente non supporta ciò che accade in condizioni di campo", ha scritto.
Nella sua ricerca, Al-Khatib ha studiato l'effetto della temperatura e dell'umidità su un piccolo numero di tipi di erbicidi e specie di erbe infestanti. Nei casi che ha studiato, dice, l'efficacia dell'erbicida generalmente migliora a temperature e umidità più elevate, a meno che le temperature non superino i 100 gradi Fahrenheit. Matzrafi e Jugulam concordano sul fatto che il laboratorio non riflette l'ambiente agricolo più complesso.
"Ma non credo che diminuisca l'importanza dei risultati", ha scritto Matzrafi. Lui, Stahlman e altri dicono di aver visto l'effetto sul campo da soli: “Penso che stiamo vedendo qualcosa. Penso che nei prossimi 10 anni ne vedremo di più. Sarà un grosso problema ", afferma Chuck Otte, un agente di ricerca ed estensione del K-State nella contea di Geary, Kansas, che lavora principalmente con gli agricoltori.
I risultati della ricerca stanno provando notizie per gli agricoltori che fanno affidamento sugli erbicidi per tenere a bada le erbacce sempre più utilizzate come armi. Per ora, alcuni agricoltori si stanno impegnando per evitare alcuni degli effetti del calore spruzzando erbicidi durante i periodi più freddi della giornata. Nel cuore dell'estate, Carie Moore dice che a volte si sveglia prima dell'alba per irrorare la sua fattoria di 650 acri nel North Dakota prima che il caldo salga troppo, raggiungendo occasionalmente i 100 gradi Fahrenheit. Ma quando il globo si riscalda, gli agricoltori dovranno affrontare finestre più strette durante le quali le temperature sono abbastanza fresche da poter spruzzare, afferma Ziska. E la ricerca di Matzrafi suggerisce che l'irrorazione durante i periodi più freddi non garantisce che l'efficacia dell'erbicida non sia influenzata dalle esplosioni di calore che arrivano nel corso della giornata o anche il giorno successivo.
E a volte gli agricoltori non possono evitare di spruzzare erbicidi con il caldo, in particolare nelle enormi fattorie con diverse migliaia di acri.
Otte dice che gli scettici potrebbero non rendersi conto che i loro erbicidi non funzionano perché il calore ha dato una mano alle erbacce. Potrebbero innanzitutto presumere che la colpa sia di una serie di altri fattori comuni, come la resistenza agli erbicidi, la mancanza di precipitazioni o la mancanza di erbicida. "Ci sono così tanti fattori di confusione che è difficile risolvere tutto", dice.
A lungo termine, gli agricoltori dovranno ridurre la dipendenza dagli erbicidi e utilizzare invece altre tecniche più spesso utilizzate nell'agricoltura biologica oggi per tenere a bada le erbacce, affermano molti esperti. Ad esempio, piantare colture di copertura come l'avena primaverile o il trifoglio cremisi aiuta a impedire che le erbacce attecchiscano nel terreno nudo e la coltivazione di una varietà di colture in rotazione può infestare le erbacce aiutando a sopprimere le popolazioni. Moore si sta già muovendo in questa direzione. Ruota i semi di soia con grano, orzo e un paio di altre colture e pianta una varietà di colture di copertura aggiuntive tra cui segale e piselli.
Occasionalmente lavora anche il terreno per soffocare la crescita delle infestanti. "Meno dobbiamo spruzzare sostanze chimiche, meglio è", dice. Tuttavia, per mantenere i raccolti, l'agricoltura non può abbandonare completamente gli erbicidi, afferma Ziska. Con pochissime nuove sostanze chimiche in offerta, gli agricoltori dovranno essere più attenti con gli erbicidi di cui dispongono ora per assicurarsi che continuino a lavorare in futuro. I produttori devono fornire agli agricoltori consigli migliori su quando e come utilizzare gli erbicidi, aggiunge Matzrafi.
"Gli agricoltori non possono più solo spruzzare e pregare", dice Otte.
