Ζιζανιοκτόνο

Αγριόχορτα που καταστέλλονται με ζιζανιοκτόνα

Τα ζιζανιοκτόνα είναι χημικές ουσίες που χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο των ανεπιθύμητων φυτών. Τα εκλεκτικά ζιζανιοκτόνα ελέγχουν συγκεκριμένα είδη ζιζανίων, ενώ αφήνουν την επιθυμητή καλλιέργεια σχετικά άθικτη, ενώ τα μη-εκλεκτικά ζιζανιοκτόνα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να καθαρίσουν χωματερές, βιομηχανικούς χώρους και εργοτάξια, σιδηροδρομικές γραμμές και αναχώματα από όλα τα φυτικά είδη με τα οποία έρχονται σε επαφή. Τα ζιζανιοκτόνα διακρίνονται ως προς την εμμονή (ή υπολειμματική δράση: πόσο καιρό το προϊόν παραμένει στη θέση του και ενεργό), τον τρόπο πρόσληψης (εάν απορροφάται μόνο από τα υπέργεια φυλλώματα, από τις ρίζες, ή άλλα μέσα), και το μηχανισμό δράσης (πώς λειτουργεί). Ιστορικά, προϊόντα όπως το κοινό αλάτι και άλλα μεταλλικά άλατα έχουν χρησιμοποιηθεί ως ζιζανιοκτόνα, αλλά, είναι πλέον ξεπερασμένα και σε ορισμένες χώρες κάποια έχουν απαγορευθεί λόγω της εμμονής τους στο εδάφος, την τοξικότητα και ανησυχίες για μόλυνση των υπόγειων υδάτων. Τα ζιζανιοκτόνα έχουν επίσης χρησιμοποιηθεί σε πολεμικές επιχειρήσεις και συρράξεις.

Τα σύγχρονα ζιζανιοκτόνα είναι συχνά συνθετικά μιμητικά των φυσικών φυτικών ορμονών, που παρεμβαίνουν στην ανάπτυξη των φυτών στόχων. Ο όρος οργανικό φυτοφάρμακο έχει καταλήξει να σημαίνει "ζιζανιοκτόνο που προορίζεται για βιολογική καλλιέργεια". Ορισμένα φυτά παράγουν τα δικά τους φυσικά ζιζανιοκτόνα, όπως το γένος Καρυδιά (καρύδια), ή το βρωμόδεντρο· αυτή η δράση και άλλες σχετικές χημικές αλληλεπιδράσεις, ονομάζονται αλληλοπάθεια. Λόγω της αντοχής στα ζιζανιοκτόνα - μια σημαντική έγνοια στη γεωργία - πολλά προϊόντα φυτοπροστασίας περιέχουν συνδυασμό ζιζανιοκτόνων με διαφορετικούς τρόπους δράσης. Για την ολοκληρωμένη διαχείριση επιβλαβών οργανισμών μπορούν να χρησιμοποιούνται ζιζανιοκτόνα παράλληλα με άλλες μεθόδους ελέγχου των παρασίτων.

Το 2007 οι παγκόσμιες δαπάνες για την φυτοπροστασία ανήλθαν σε €34,5 δισ.· εκ των οποίων τα ζιζανιοκτόνα ήταν το μεγαλύτερο μέρος των πωλήσεων με 40%, ακολουθούμενα από τα εντομοκτόνα, τα μυκητοκτόνα και άλλα είδη. Μικρότερες ποσότητες χρησιμοποιούνται στη δασοκομία, τα βοσκοτόπια, και τη διαχείριση των εκτάσεων που προστατεύονται ως οικότοποι άγριας πανίδας.

Ιστορία

Πριν από την ανακάλυψη των χημικών ζιζανιοκτόνων, χρησιμοποιούνταν παραδοσιακές μέθοδοι ελέγχου των ζιζανίων, όπως η ρύθμιση του pH εδάφους, της αλμυρότητας, ή της γονιμότητας. Ή μηχανικές μέθοδοι (όπως η άροση).

Τα πρώτα ζιζανιοκτόνα

2,4-D, το πρώτο χημικό ζιζανιοκτόνο, που ανακαλύφθηκε κατά τη διάρκεια του Δευτέρου Παγκοσμίου Πολέμου.

Αν και οι έρευνες για τα χημικά ζιζανιοκτόνα ξεκίνησε στις αρχές του 20ου αιώνα, η πρώτη σημαντική ανακάλυψη ήταν το αποτέλεσμα ερευνητικής εργασίας στο Ηνωμένο Βασίλειο και τις ΗΠΑ, κατά τη διάρκεια του Δευτέρου Παγκοσμίου Πολέμου, για την πιθανή χρήση ζιζανιοκτόνων σε πολεμικές επιχειρήσεις. Το πρώτο σύγχρονο ζιζανιοκτόνο, 2,4-D, που ανακαλύφθηκε το 1940, σκότωνε ορισμένα πλατύφυλλα ζιζάνια στα δημητριακά χωρίς να βλάπτει τις καλλιέργειες.

Πολλές έρευνες της περιόδου επιδίωκαν τη βελτίωση της απόδοσης των καλλιεργειών. Από ανάλυση του εδάφους ως ένα δυναμικό σύστημα, παρά μια αδρανή ουσία, δοκιμάζονταν τεχνικές όπως η διάχυση. Με ποσοτικοποίηση της επίδρασης των διάφορων φυτικών ορμονών, των αναστολέων και άλλων χημικών στην ενεργότητα των μικροοργανισμών του εδάφους και εκτίμηση της άμεσης επίδρασης τους στην ανάπτυξη του φυτού ανακαλύφθηκαν αποτελεσματικά προϊόντα που διατέθηκαν για εμπορική χρήση μετά τον πόλεμο.

Το 2,4-D, που διατέθηκε στο εμπόριο το 1946, ήταν το πρώτο επιτυχημένο εκλεκτικό ζιζανιοκτόνο. Χρησιμοποιήθηκε για φυτοπροστασία σε καλλιέργειες σίτου, αραβόσιτου, ρυζιού, και άλλων δημητριακών επειδή σκοτώνει τα δικοτυλήδονα (πλατύφυλλα φυτά), και δεν βλάπτει τα μονοκοτυλήδονα (χόρτα).

Περαιτέρω ανακαλύψεις

Η οικογένεια των τριαζίνων, που περιλαμβάνει την ατραζίνη, εισήχθησαν κατά τη δεκαετία του 1950, Συσχετίζεται με ανησυχίες για μόλυνση των υπογείων υδάτων, επειδή δε διασπάται εύκολα (εντός ολίγων εβδομάδων) σε αλκαλικά εδάφη, παραμένουν κατάλοιπα που μεταφέρονται μακριά με τις βροχοπτώσεις και μολύνουν περιοχές.

Η γλυφοσάτη εισήχθη το 1974 ως μη εκλεκτικό ζιζανιοκτόνο και παράλληλα αναπτύχθηκαν καλλιεργούμενα φυτά ανθεκτικά στο ζιζανιοκτόνο. Η συνεργική δράση των δύο εδραίωσαν τη μέθοδο στα τέλη του 1990.

Ορολογία

Τα ζιζανιοκτόνα ταξινομούνται/ομαδοποιούνται με διάφορους τρόπους π. χ. ανάλογα με τη δραστικότητα, τον χρόνο εφαρμογής, τη μέθοδο εφαρμογής, το μηχανισμό δράσης, τη χημική οικογένεια.

Προσδοκώμενο αποτέλεσμα

• Έλεγχος είναι η καταστροφή των ανεπιθύμητων ζιζανίων, ή η καταστολή τους ώστε να μην ανταγωνίζονται τις καλλιέργειες.
• Η καταστολή είναι οικονομικά αποδεκτή λύση.
• Η ασφάλεια των καλλιεργειών, για τα εκλεκτικά ζιζανιοκτόνα, είναι η ελάχιστη δυνατή φθορά ή βλάβη της.
• Τα αποφυλλωτικά είναι σχεδιασμένα για να αφαιρούν τα φυλλώματα αντί να σκοτώνουν το φυτό.

Εκλεκτικότητα (όλα ή συγκεκριμένα φυτά)

• Τα εκλεκτικά ζιζανιοκτόνα ελέγχουν ή καταστέλλουν ορισμένα είδη φυτών χωρίς να επηρεάζουν την ανάπτυξη των άλλων ειδών. Η επιλεκτικότητα μπορεί να οφείλεται σε μετατόπιση, διαφορική απορρόφηση, φυσικές (μορφολογικές) ή φυσιολογικές διαφορές μεταξύ των φυτικών ειδών. π.χ. Το 2,4-D καταστέλλει τα πλατύφυλλα αλλά είναι αναποτελεσματικό για τα αγρωστώδη.
• Τα μη εκλεκτικά ζιζανιοκτόνα δεν είναι εξειδικευμένα σε συγκεκριμένα ειδών φυτών και καταστρέφουν κάθε φυτική ύλη που αγγίζουν. π.χ. τα Paraquat και η γλυφοσάτη.

Ο χρόνος της εφαρμογής

• Προφυτευτικά: είναι μη εκλεκτικά ζιζανιοκτόνα που εφαρμόζονται στο έδαφος πριν από τη φύτευση. Ορισμένα ενσωματόνονται μηχανικά στο έδαφος για να αποφευχθούν απώλειες από φωτοαποικοδόμηση και/ή πτητικότητα. Χρησιμοποιούνται σε καλλιέργειες ντομάτας, αραβοσίτου, σόγιας, φράουλας, κ.α. Τα υποκαπνιστικά εδάφους όπως το μεταμ-νάτριο και το νταζομέτ είναι προφυτευτικά.
• Προβλάστησης: εφαρμόζονται στο έδαφος προτού βλαστήσει το ζιζάνιο. Δεν παρεμποδίζουν το φύτρωμα αλλά σκοτώνουν τα ζιζάνια επιδρώντας στην κυτταρική διαίρεση του φιντανιού. Τα ώριμα ζιζάνια δεν επηρεάζονται. Παραδείγματα είναι τα Dithopyr και pendimethalin.
• Μετά τη βλάστηση: εφαρμόζονται όταν τα ζιζάνια έχουν ήδη αναδυθεί από το έδαφος. Διακρίνονται σε απορροφούμενα από τα φύλλα ή τις ρίζες, εκλεκτικά ή μη-εκλεκτικά, επαφής ή συστηματικά. Η εφαρμογή τους κατά τη διάρκεια βροχοπτώσεων είναι αναποτελεσματική επειδή εκπλένονται οπότε αποφεύγεται. π.χ. το 2,4-D είναι ένα ζιζανιοκτόνο εκλεκτικό, συστηματικό, απορροφώμενο από φύλλα που εφαρμόζεται μετά τη βλάστηση.

Μέθοδος εφαρμογής

• Στο έδαφος: προσλαμβάνονται από τη ρίζα ή τα φιντάνια και εφαρμόζονται προφυτευτικά ή προ της βλάστησης. Η αποτελεσματικότητα των ζιζανιοκτόνων εξαρτάται από πληθώρα παραγόντων. Τα ζιζάνια απορροφούν τα ζιζανιοκτόνα εξίσου με παθητικούς και ενεργούς μηχανισμούς. Με προσρόφηση των ζιζανιοκτόνων σε κολλοειδή του εδάφους ή οργανική ύλη, περιορίζεται η διαθέσιμη ποσότητα για το ζιζάνιο. Η τοποθέτηση του ζιζανιοκτόνου στο σωστό στρώμα του εδάφους είναι πολύ σημαντική, αλλά μετατοπίζεται από μηχανικές διεργασίες και βροχοπτώσεις. Φαινόμενα που μειώνουν τη διαθεσιμότητά των ζιζανιοκτόνων που βρίσκονται στην επιφάνεια του εδάφους είναι η φωτόλυση και η πτητικότητα. Στην κατηγορία περιλαμβάνονται το EPTC και η τριφλουραλίνη.
• Στο φύλλωμα: εφαρμόζονται στα υπέργεια εκτεθειμένα φυλλώματα και είναι γενικά μεταβλαστητικά ζιζανιοκτόνα. Μπορεί είτε να μεταφέρονται (συστηματικά) σε όλο το φυτό ή να παραμένουν στο σημείο επαφής. Οι εξωτερικοί φραγμοί των φυτών, όπως η επιδερμίδα, κηροί και κυτταρικό τοίχωμα επηρεάζουν την απορρόφηση και δράση των ζιζανιοκτόνων. Στην κατηγορία περιλαμβάνονται η γλυφοσάτη, το 2,4-D και το ντικάμπα.

Εμμονή

• Υπολειμματική δράση: είναι το χρονικό διάστημα κατά το οποίο το ζιζανιοκτόνο παραμένει αποτελεσματικό στο έδαφος. Χαμηλή υπολειμματική δράση σημαίνει ότι το ζιζανιοκτόνο θα εξουδετερωθεί μέσα σε ένα σύντομο χρονικό διάστημα από την εφαρμογή (ολίγες εβδομάδες ή μήνες) - και συνήθως οφείλεται σε βροχοπτώσεις ή αντιδράσεις της γης. Η υπόλειμματική δράση μπορεί να αφήσει το έδαφος σχεδόν μόνιμα άγονο.

Μηχανισμός δράσης

• Αναστολή του ενζύμου Ακετυλο-συνένζυμο Α καρβοξυλάση: συμμετέχει στη σύνθεση των λιπιδίων. Οι αναστολείς επηρεάζουν την σύνθεση κυτταρικής μεμβράνης στα μεριστώματα των χόρτων. Καταστέλλουν τα αγρωστώδη και δεν επηρεάζουν τα δικοτυλήδονα φυτά.
• Αναστολή του ενζύμου συνθάση του ακετολακτικού: συμμετέχει στη σύνθεση ορισμένων αμινοξέων (βαλίνη, λευκίνη και ισολευκίνη). Η έλλειψη των απαραίτητων αμινοξέων καταλήγει σε αναστολή της σύνθεσης του DNA και διακοπή της ανάπτυξης του φυτού. Οι αναστολείς είναι δραστικοί εξίσου σε αγρωστώδη και δικοτυλήδονα. Στην κατηγορία περιλαμβάνονται διάφορες σουλφονυλουρίες, ιμιδαζολίνες, τριαζολοπυριμιδίνες, πυριμιδινυλο οξυβενζοϊκά, και σουλφονυλάμινο καρβονυλο τριαζολινονες. Επειδή ο μηχανισμός δράσης επηρεάζει μόνο φυτά και όχι ζώα, αυτοί οι αναστολείς θεωρούνται ασφαλή ζιζανιοκτόνα.
• Αναστολή του ενζύμου 5-ενολοπυροσταφυλοσικιμική-3-φωσφορική συνθάση: συμμετέχει στη σύνθεση των αμινοξέων τρυπτοφάνη, φαινυλαλανίνη και τυροσίνη. Οι αναστολείς είναι δραστικοί εξίσου σε αγρωστώδη και δικοτυλήδονα. Στην κατηγορία περιλαμβάνεται η γλυφοσάτη.
• Οι συνθετικές αυξίνες είναι οργανικά ζιζανιοκτόνα που ανακαλύφθηκαν περί το 1940, μετά από μακροχρόνια μελέτη στις αυξίνες που ρυθμίζουν την ανάπτυξη των φυτών. Οι συνθετικές αυξίνες μιμούνται την δράση των φυσικών φυτικών ορμόνων. Είναι δραστικές εξίσου σε αγρωστώδη και δικοτυλήδονα. Στην κατηγορία περιλαμβάνεται το 2,4-D.
• Αναστολή του Φωτοσυστήματος ΙΙ: παρεμβαίνουν σε ένα από τα στάδια φωτοσύνθεσης. Στην κατηγορία περιλαμβάνονται ορισμένες τριαζίνες (όπως η ατραζίνη) και παράγωγα ουρίας (diuron)
• Αναστολή του φωτοσυστήματος Ι: είναι ορισμένες διπυριδίνες.(όπως τα diquat και paraquat).
• Αναστολή του ενζύμου 4-Υδρόξυφαινυλοπυρουβική διοξυγενάση: συμμετέχει στο μεταβολισμό της τυροσίνης. Οι μεταβολίτες της τυροσίνης είναι απαραίτητοι για τη σύνθεση καροτενοειδών που προστατεύουν τη χλωροφύλλη από φωτόλυση. Κατόπιν επίδρασης του αναστολές τα φυτά γίνονται λευκά από έλλειψη χλωροφύλλης και πεθαίνουν. Στην κατηγορία περιλαμβάνεται η μεσοτριόνη.

Χρήση και εφαρμογή

Ψεκασμός καλλιέργειας με ζιζανιοκτόνα από τρακτέρ στη Βόρεια Ντακότα.

Τα περισσότερα ζιζανιοκτόνα εφαρμόζονται ως υδατοδιαλυτά σπρέι με εξοπλισμό εδάφους. Για μεγάλες περιοχές ο ψεκασμός γίνεται με αυτοκινούμενους ψεκαστήρες εξοπλισμένους με μακριούς βραχίονες (18 έως 37 μ.) με ακροφύσια ψεκασμού ανά διαστήματα 0,50 έως 0,76 μ. Υπάρχουν, επίσης, ψεκαστήρες χειρός, ψεκαστήρες ρυμουλκούμενοι από όχημα και ψεκαστήρες για άμαξα αλόγων. Σε μεγάλες εκτάσεις τα ζιζανιοκτόνα εφαρμόζονται με εναέριο ψεκασμό από ελικόπτερα ή αεροπλάνα, ή μέσω αρδευτικών συστημάτων.