Гербициды

До конца 19 в. для борьбы с сорной растительностью использовали соль и золу. Открытие 1-го селективного гербицида произошло в 19 в. после изучения гербицидных свойств сульфата меди. Исследователями отмечалось его избирательное действие против двудольных сорняков. В начале 20 в. появились работы по применению сульфата железа, арсената аммония, серной кислоты, нитрата меди для борьбы с сорняками.

Началом развития химического метода борьбы с сорняками считают создание в 1940-х гг. органических соединений: ДНОК (из группы динитроортокрезола) и производных феноксиуксусной кислоты [действующее вещество (д. в.) – 2,4-дихлорфеноксиуксусная кислота (2,4-Д) и 4-​хлор-​2-​метилфеноксиуксусная кислота (МЦПА)]. С середины 1950-х гг. появляются другие классы гербицидов: например, группа триазинов (д. в. – атразин). В 1960-х гг. были синтезированы производные мочевины (д. в. – линурон, хлоротолурон). В 1970-х гг. появляются глифосатсодержащие препараты, хлорацетамиды (д. в. – метазахлор), динитроанилины (д. в. – пендиметалин).

В списке пестицидов и агрохимикатов, разрешённых к применению на территории РФ, на 2023 г. в ассортименте гербицидов представлено около 100 д. в. На их основе производят более 600 препаратов сплошного и избирательного действия.

По объекту применения:

• арборициды – применяют против нежелательной древесно-кустарниковой растительности;
• дефолианты – вещества, удаляющие листву с растений;
• десиканты – вещества, подсушивающие растения и ускоряющие их созревание.

По избирательности действия:

• избирательные – уничтожают сорняки, не затрагивая культуру;
• неизбирательные (сплошного действия) – подавляют как сорную, так и культурную растительность.

По характеру действия:

• почвенные (обрабатывается почва);
• повсходовые (применяются по всходам сорняков).

По способу проникновения:

• контактные гербициды – уничтожают сорняки после контакта (д. в. – бентазон). Основным условием эффективности применения контактных гербицидов является равномерное нанесение;
• системные гербициды – хорошо поглощаются растениями и передвигаются по ним. Некоторые препараты проникают в растения через надземные органы (д. в. – глифосат), другие способны проникать в растения через корневую систему (д. в. – метсульфурон-метил). Однако последние не являются почвенными гербицидами (применяются как повсходовые), поскольку при почвенном внесении была бы увеличена их норма расхода, что нежелательно для окружающей среды.

По ботаническому классу сорняков:

• препараты, эффективные против злаковых сорных растений (граминициды);

• препараты, эффективные против двудольных сорных растений;
• препараты, эффективные против однолетних и многолетних видов сорных растений.

По механизму действия:

• гербициды, разрушающие клеточные мембраны (д. в. – оксифлуорфен, карфентразон-этил, дикват);
• ингибиторы синтеза аминокислот (д. в. – имазамокс, имазетапир, хлорсульфурон, метсульфурон-метил, трибенурон-метил, тифенсульфурон-метил, римсульфурон, трифлусульфурон-метил, десмедифам, фенмедифам, глифосат);
• гормоноподобные гербициды (д. в. – 2,4Д, МЦПА, дикамба, клопиралид);
• ингибиторы синтеза жиров (д. в. – клетодим, флуазифоп-п-бутил, хилазофоп- п-этил, флуазифоп- п-бутил, этофумезат);
• ингибиторы процесса фотосинтеза (д. в. – прометрин, метометрон, метрибузин, бентазон);
• ингибиторы синтеза пигментов (д. в. – клетодим);
• ингибиторы меристематического митоза (д. в. – пендиметалин, ацетохлор).

По химическому строению:

• производные фосфоновой кислоты (д. в. – глифосат);
• производные хлорфеноксиуксусной кислоты (д. в. – 2,4Д; МЦПА);
• тиадиазины (д. в. – бентазон);
• производные пиколиновой кислоты (д. в. – клопиралид);
• производные триазолинонов (д. в. – карфентразон-этил);
• производные сульфонилмочевины (д. в. – хлорсульфурон, метсульфурон-метил, трибенурон-метил, тифенсульфурон-метил, римсульфурон, трифлусульфурон-метил);
• производные фенилкарбаминовой кислоты (д. в. – фенмедифам, десмедифам);
• производные бензойной кислоты (д. в. – дикамба);
• производные имидазолинонов (д. в. – имазамокс, имазетапир);
• производные арилоксифеноксипропионовой кислоты (д. в. – феноксапроп-п-этил, хизалофоп –п-этил, флуазифоп-п-бутил);
• циклогександионы (д. в. – клетодим);
• триазины (д. в. – прометрин, метомитрон, метрибузин);
• динитроанилины (д. в. – пендиметалин);
• хлорацетамиды (д. в. – С-метолахлор, метазахлор).

Применение гербицидов приводит к загрязнению сельскохозяйственной продукции, загрязнению сопредельных сред, накоплению пестицидов в почве, образованию устойчивых форм сорных растений.

Решающую роль в процессах метаболизма и циркуляции гербицидов играет почва. Она, как сложная и биологически активная система, является барьером, задерживающим и детоксицирующим пестициды, уменьшая их циркуляцию в окружающей среде. При многократном внесении стойких препаратов почва может стать источником загрязнения продукции растениеводства, а затем животноводства.

После попадания гербицидов в почву с ними происходят следующие процессы:

• Сорбция гербицидов почвой. Процесс связан: 1) с содержанием органического вещества в почве – чем больше органического вещества в почве, тем больше сорбция и тем бо́льшие нормы расхода применяют (в пойменных и торфяных почвах нормы расхода повышают в два раза); 2) с содержанием илистых частиц – чем больше ила, тем больше сорбция при одинаковом содержании органического вещества.
• Разрушение гербицидов под действием микроорганизмов, которое характеризует микробиологическую активность почвы. Пределом токсичности гербицидов для почвы является снижение активности деятельности микроорганизмов на 25 %. Почвы обладают способностью самоочищения, что отражено в индексе самоочищающейся способности почвы и зависит от её типа (индекс самоочищающейся способности почв – показатель, учитывающий все свойства почвы, участвующие в превращении пестицида; указывается на специальных агроэкотоксикологических почвенных картах).
• Химическое разрушение. Зависит от уровня рН почвы, характерно не для всех веществ, специфично для эфиров и веществ, плохо использующихся микроорганизмами.
• Фотолиз вещества под действием ультрафиолетовых лучей. Степень фотолиза определяется интенсивностью солнечного излучения, идёт только на поверхности, потери достигают 20 % от внесённого количества.
• Гидролиз. Характеризуется скоростью гидролиза (время, за которое разрушится 50 % гербицида).
• Реакции окисления-восстановления.
• Вымывание. Зависит от свойств вещества и количества осадков в определённой зоне.
• Вынос с растениями.
• Потери при обработке почвы.

Остатки гербицида в почве называются предельно допустимой концентрацией (ПДК). Это постоянный показатель, устанавливаемый экспериментальным путём. Пока ПДК не установлено, пользуются временным (расчётным) нормативом – ориентировочно допустимой концентрацией (ОДК). В почве ПДК нормируется по четырём показателям:

• Транслокационному – концентрация гербицида в почве, при которой он не будет поступать в сопредельные среды (воду, воздух и растения).
• Общесанитарному – концентрация гербицида в почве, безопасная для почвенной микрофлоры.
• Санитарно-токсикологическому – концентрация гербицида в почве, безопасная для работающих в поле.
• Фитотоксическому – концентрация гербицида в почве, нетоксичная для самых чувствительных к нему растений.

Резистентными к гербицидам считают такие популяции сорняков, которые не реагируют или слабо реагируют на обработку каким-либо препаратом в рекомендуемой дозе, многократно до этого использовавшимся. Некоторые резистентные сорняки способны разрушать действующие вещества гербицидов, переводя их в нетоксичные для растения соединения.

Проблема резистентности сорняков к гербицидам впервые возникла в конце 1960-х гг. По данным Международной базы данных устойчивых к гербицидам сорняков, на 2023 г. насчитывается около 268 видов сорных растений, которые приобрели чётко выраженную резистентность к определённым видам гербицидов.

Отсутствие севооборота и ротации гербицидов вызывает изменение видового состава сорного компонента агроценоза возделываемой культуры. В этом случае естественный отбор приводит к тому, что число растений восприимчивых видов уменьшается, а устойчивых – увеличивается и они заполняют освободившиеся участки.