Herbicyd jest substancja czynna lub fitosanitarne preparat o właściwości zabija roślin . Termin „zabójca chwastów” jest synonimem herbicydu.
Herbicydy należą do rodziny pestycydów , która sama zalicza się do rodziny biocydów .
Herbicydy stosuje się w ochronie roślin , w golfie , w leśnictwie , w walce z chwastami konkurującymi z uprawami, czy to zielnymi, czy drzewiastymi . Powiązaną praktyką rolniczą jest odchwaszczanie chemiczne.
W zależności od sposobu działania mogą być stosowane przed lub powschodowo.
Wyróżniamy :
„Pytocyd” to termin ogólny obejmujący wszystkie te produkty.
Przed powszechnym stosowaniem chemicznych herbicydów do zwalczania chwastów stosowano metody kontroli upraw , takie jak zmiana pH gleby, zasolenie lub poziom żyzności. W tym celu wykorzystywano i nadal stosuje się sterowanie mechaniczne (obejmujące uprawę roli).
Stosowanie chemicznych herbicydów rozpoczęło się w latach 80. XIX wieku, tylko ze związkami nieorganicznymi (minerały). W 1896 r. Louis Bonnet odchwaszczał pszenicę przeciwko gorczycy polnej we Francji przy użyciu 6% roztworu siarczanu miedzi . Następnie stosuje się inne sole oraz rozcieńczony kwas siarkowy. Było to szeroko stosowane we Francji między dwiema wojnami światowymi pod kierownictwem agronoma Edmonda Rabaté. Stosuje się go pod uprawę zbóż pomimo jego wad związanych z silną korozyjnością oraz faktem, że nie eliminuje niektórych chwastów (zwłaszcza traw). Nie został ostatecznie wyparty przez syntetyczne herbicydy aż do lat 60. XX wieku.
Pierwsze organiczne herbicydy pojawiły się przed II wojną światową, takie jak 4,6-dinitro-orto-krezol ( DNOC ) opatentowany we Francji w 1932 przez Pastac i Truffaut czy pentachlorofenol (PCP) wprowadzony w Stanach Zjednoczonych w 1936 jako środek do konserwacji drewna i używany od 1940 jako środek chwastobójczy do zbóż.
Mimo, że badania na herbicydy chemicznych rozpoczął się pod koniec XIX -go wieku , pierwszy przełom był wynikiem badań przeprowadzonych w Wielkiej Brytanii i USA w czasie II wojny światowej na temat potencjalnego użycia broni biologicznej .
Pierwszy nowoczesny herbicyd, kwas 2,4-dichlorofenoksyoctowy , został odkryty i zsyntetyzowany w Imperial Chemical Industries przez WG Templemana. W 1940 r. ten ostatni wykazał, że „odpowiednio zastosowane środki wzrostu zabijały niektóre chwasty szerokolistne w zbożach bez szkody dla upraw”. W 1941 roku jego zespołowi udało się zsyntetyzować cząsteczkę. W tym samym roku Pokorny uzyskał ten sam wynik w Stanach Zjednoczonych.
Niezależnie od tego, zespół kierowany przez Judaha Hirscha Quastela (w) dokonał tego samego odkrycia na stacji doświadczalnej Rothamsted . Quastel został poproszony przez Radę Badań Rolniczych (en) (CRA) o odkrycie metod poprawy plonów. Analizując glebę jako układ dynamiczny, a nie jako substancję obojętną, był w stanie zastosować techniki takie jak infuzja. Dzięki temu projekt Quastel był w stanie określić ilościowo wpływ różnych hormonów roślinnych, inhibitorów i innych substancji chemicznych na aktywność mikroorganizmów glebowych i ocenić ich bezpośredni wpływ na wzrost roślin. Praca tej jednostki pozostała całkowicie tajna, ale po wojnie niektóre odkrycia, w tym 2,4-D, zostały opracowane do użytku komercyjnego.
Kiedy 2,4-D został wprowadzony na rynek w 1946 r., wywołał rewolucję w rolnictwie i stał się pierwszym skutecznym herbicydem selektywnym. Poprawia zwalczanie chwastów pszenicy , kukurydzy , ryżu i innych roślin zbożowych , ponieważ selektywnie usuwa chwasty szerokolistne , ale nie wpływa na większość roślin jednoliściennych (trawy). Niski koszt 2,4-D ułatwia jego stosowanie do dziś i pozostaje jednym z najczęściej stosowanych herbicydów na świecie. Podobnie jak w przypadku innych herbicydów typu kwasowego, obecne preparaty wykorzystują albo sól aminową (często trimetyloaminy ) albo jeden z wielu estrów związku macierzystego. Te pochodne są łatwiejsze w obsłudze niż kwas.
Rodzina triazyny, która obejmuje atrazynę , została wprowadzona w latach pięćdziesiątych; jest to rodzina herbicydów, która ma największy wpływ na zanieczyszczenie wód gruntowych. Atrazyna nie rozkłada się łatwo (w ciągu kilku tygodni) po zastosowaniu na gleby o lekko zasadowym odczynie . W alkalicznych warunkach glebowych, atrazyna może być przeniesiona przez profil glebowy do lustra wody poprzez przesiąkanie wody po deszczach, powodując wspomniane zanieczyszczenie.
Glifosat ( Roundup ) został wprowadzony na rynek w 1974 roku do nieselektywnego zwalczania chwastów. Dzięki stworzeniu odmian roślin uprawnych odpornych na glifosat jest obecnie szeroko stosowany do odchwaszczania upraw. Połączenie herbicydu z odpornymi nasionami pomogło skonsolidować sektor nasion z przemysłem chemicznym pod koniec lat 90-tych.
Wiele nowoczesnych chemicznych herbicydów stosowanych w rolnictwie i ogrodnictwie jest specjalnie opracowanych tak, aby szybko rozkładały się po zastosowaniu. Pozwala to na założenie plonów po zastosowaniu, bez wpływu herbicydu.
Jednak herbicydy o niskiej aktywności resztkowej (czyli szybko rozkładające się) nie zapewniają zwalczania chwastów przez cały sezon wegetacyjny i nie zapewniają zabicia korzeni chwastów pod osłonami powierzchni (ryzyko ponownego pojawienia się tych roślin w sposób destrukcyjny), co pozostawia miejsce dla chwastów o wysokim poziomie trwałości w glebie.
Grupa robocza „Terminologia” Komisji ds. Badań Biologicznych (CEB) Francuskiego Stowarzyszenia Ochrony Roślin zaleca stosowanie następujących definicji dla różnych rodzajów herbicydów:
Preparaty sprzedawane w handlu muszą być zarejestrowane (dla jednego lub więcej zastosowań).
Środek chwastobójczy zawiera na ogół jedną lub więcej aktywnych cząsteczek (np. glifosat w przypadku Round Up) i adiuwanty (np. polioksyetylenoaminę lub POEA w przypadku Roundup; POEA, który według niektórych ma specyficzne działanie na traktowane rośliny) w celu stabilizacji mieszaniny lub przyspieszenia lub umożliwienia jej przenikanie do tkanek roślinnych w celu ich zabicia (lub zahamowania ich wzrostu w przypadku inhibitorów wzrostu ).
Sposoby działania herbicydów opierają się na:
We Francji zanieczyszczenie wody powodowane przez środki ochrony roślin jest (pod względem liczby cząsteczek i tonażu produktu) głównie spowodowane syntetycznymi herbicydami.
Stosowano je głównie na początku XX wieku. Najczęściej używane obecnie to:
Stanowią one zdecydowaną większość herbicydów na obecnym rynku. Dla wygody są one pogrupowane według rodzaju penetracji rośliny:
Herbicydy dla korzeniPojawiające się w 1960 r. dinitroaniliny są bardzo słabo rozpuszczalne w wodzie, mają wysoką lotność i często ulegają fotodegradacji: są zatem produktami wprowadzanymi do gleby przed założeniem uprawy.
Działają poprzez zatrzymanie wzrostu sadzonek wkrótce po wykiełkowaniu. Są one określane pod terminem -niewłaściwie- "przeciw kiełkowaniu". Są one dokładniej antymitotykami . Stosuje się je przedwschodowo przeciwko trawom. Ich toksyczność jest niska, a trwałość zmienia się w zależności od zastosowanej dawki (od kilku tygodni do roku). Ich nazwa kończy się przyrostkiem „linia”.
Przykłady: benfluralin, butralin , fluchloraline, nitralin, oryzalin , pendimetalin, trifluralin
Są to wyłącznie herbicydy. Ich wchłanianie to głównie korzeń. Przenoszone przez surowy sok gromadzą się w liściach, gdzie hamują fotosyntezę . Charakteryzują się bardzo niską rozpuszczalnością w wodzie i dość długą trwałością działania w glebie (2 do 3 miesięcy), ale zmienną w zależności od napotkanych warunków ekologicznych (gleba, deszcz, temperatura). Dobrze działają na trawy i niektóre rośliny dwuliścienne . Stosuje się je przed wschodami lub powschodami. Ich toksyczność jest prawie zerowa. Ich nazwa kończy się sufiksem „uron”.
Przykłady: chlortoluron , chloroksuron, cycluron, diuron , ethidimuron , fenuron, izoproturon, linuron, monolinuronu, metabenztiazuron, metobromuron, metoksuron, monuron, tebutiuron, thiazafluron, siduron, neburon ...
Ta grupa ma strukturę cykliczną. Działają poprzez konkurencyjne hamowanie na fotosystem II. Aktywne cząsteczki zajmują miejsce plastochinonu na poziomie miejsca aktywnego, białka D1 w tylakoidach , co hamuje redukcję plastochinonu, a tym samym transport elektroniczny. W fotosystemie II występuje wówczas nadmiar elektronów , co prowadzi do stresu oksydacyjnego i zmniejszenia syntezy cukrów . Wnikają w korzenie i są transportowane przez surowy sok. Są nakładane bezpośrednio na podłoże. Kukurydzy jest tolerancję roślin tych związków, zwłaszcza atrazyny . Sorgo toleruje ale pszenica i soja są podatne. Ich toksyczność jest niska, a ich selektywność często dobra. Ich rozpuszczalność w wodzie jest zmniejszona i dlatego są w niewielkim stopniu porywane w glebie. Ich trwałość może więc dla niektórych sięgać od 6 do 12 miesięcy.
Przykłady: atrazyna , cyjanazyna , methoprotryne, propazyna, terbutylazyna, symazyny , symetryna, secbumeton, terbumeton , ametryna, desmetryne, prometryne, terbutryna ...
Herbicydy dla korzeni i dolistnychNiektóre produkty z tej rodziny są herbicydami totalnymi, inne są selektywne. Pochłaniane przez drogi dolistne i korzeniowe są niezależne od warunków klimatycznych. Działają poprzez blokowanie aktywności enzymu AHAS (lub ALS) niezbędnego do syntezy 3 niezbędnych aminokwasów: waliny, leucyny i izoleucyny. Zapobiega to wzrostowi rośliny i prowadzi do przedwczesnego starzenia się. Ten sposób działania tłumaczy niską toksyczność tych substancji wobec zwierząt i ludzi, ponieważ ci ostatni nie potrafią syntetyzować tych aminokwasów, pozyskując je z roślin.
Stosowane na zboża lub do całkowitego odchwaszczania, są bardzo elastyczne w użyciu. Ich trwałość to kilka miesięcy.
Przykłady: imazaméthabenz , imazapyr…
Działają na ten sam enzym co imidazolinony, syntaza acetomleczanu (ALS)
Przykłady: amidosulfuron , azimsulfuron , chlorosulfuron , tifensulfuron ...
Zsyntetyzowane od 1964, cząsteczki te mają 2 pierścienie benzenowe połączone tlenem. Są wchłaniane przez liście i korzenie. Ich transport w zakładzie jest bardzo ograniczony, mają działanie kontaktowe. Działają hamująco na wzrost merystemów i dlatego są powszechnie stosowane przed wzejściem lub wcześnie powschodowo przeciwko trawom. Hamują również oddychanie. Ich rozpuszczalność w wodzie jest niska i utrzymują się w glebie od 2 do 4 miesięcy. Ich toksyczność dla ssaków jest niska. Ich nazwa zwykle kończy się sufiksem „fène”.
Przykłady: acifluorfen sodowy, aklonifen, bifenoks , bromofenoksym, chlometoksyfen, diklofop metylowy , fluorodifen, fomesafen, laktofen, nitrofen, oksyfluorfen.
Herbicydy dolistneZnane w 1942 r. są wchłaniane przez liście i przenoszone przez sok. Ich kaustyczność wynosi zero. Istnieją 2 główne grupy:
Najbardziej znanym jest kwas 2,4-D (dichloro 2,4-fenoksyoctowy), szeroko stosowany do selektywnego odchwaszczania roślin jednoliściennych, które nie są na niego bardzo wrażliwe, w przeciwieństwie do roślin dwuliściennych. 2,4,5-T jest stosowany jako pędzla.
Przykłady:
Pochodząca z benzenu grupa ta obejmuje cząsteczki toksyczne dla zwierząt (środek owadobójczy) i roślin. Są koloru żółtego. Są szeroko stosowane przeciwko szerokiej gamie roślin dwuliściennych w stadium siewek, do ochrony zbóż w zabiegach powschodowych. Są to szybko działające herbicydy kontaktowe, które powodują martwicę tkanek, która więdnie i obumiera. Działają na błony komórkowe, które przepuszczają jony H + , znacznie obniżając pH komórek. Nie poruszają się po roślinie, herbicyd wpłynie tylko na zaatakowane części, w wyniku pojawienia się oparzeń w miejscu uderzenia.
Ze względu na wysoką toksyczność są niebezpieczne dla ludzi i środowiska . DNOC, gdy jest suchy, stwarza również ryzyko wybuchu. Barwniki nitro są obecnie zastępowane bardziej selektywnymi produktami.
Przykłady: DNBP (dinoseb), DNOC (dinitro-oorto-krezol), dinoterbe, PCP (pentachlorofenol).
Te herbicydy, zaprojektowane w 1945 roku do niszczenia traw, dzielą się na 4 kategorie:
Te herbicydy mają wspólną niską toksyczność i większą lub mniejszą lotność. Zaburzają podział komórek (antymitotyczne) i ogólną fizjologię rośliny, powodując zjawisko pętli do kosza, ponieważ liście nie mogą się rozwijać.
Najczęściej stosuje się je przedwschodowo ( tiokarbaminiany ) lub posiewnie, czasem powschodowo (fenmedifam, barbam). Z wyjątkiem związków allatowych, które utrzymują się w glebie przez kilka miesięcy, ich trwałość jest prawie zerowa.
Przykłady:
Zsyntetyzowane w latach pięćdziesiątych, powstają przez połączenie 2 cykli pirydynowych. Są fotosyntetycznymi akceptorami elektronów, aktywnymi w lekkich reakcjach fotosyntezy, powodując zatrzymanie asymilacji CO 2 . Powodują również rozpad nienasyconych kwasów tłuszczowych, wszystkie te działania prowadzą do śmierci.
Charakteryzują się szybkością działania i brakiem selektywności (całkowity środek chwastobójczy), z wyjątkiem difenzokwatu . Wnikają do narządów powietrznych, ale niewiele migrują. To przede wszystkim produkty kontaktowe. Są bardzo dobrze rozpuszczalne w wodzie i nie działają na glebę, ponieważ są silnie wchłaniane przez gliny, przez co rozkładają się bardzo powoli. Są bardzo toksyczne dla ludzi i zwierząt, a antidotum nie jest znane (w zależności od cząsteczek).
Przykłady: dikwat , parakwat , difenzokwat .
Są to herbicydy przeciw traw, które hamują karboksylazę acetylokoenzymu A (ACCase) w chloroplastach . Pojawiło się wiele oporności, niektóre wynikają z modyfikacji enzymu w roślinie, inne z drugiej strony wynikają z innych mechanizmów (odporność niezwiązana z celem).
Przykłady: aloksydim-sodowy , klodinafop-propargilowy .
Jest to totalny środek chwastobójczy, czyli nieselektywny herbicyd. Mechanizm działania tego pestycydu jest ogólnoustrojowy. Działa poprzez blokowanie enzymu syntazy 5-enolopirogronianoszikimowo-3-fosforanowej (EPSPS). Jest to produkt drażniący i toksyczny, najlepiej znany pod marką Roundup .
Wojna wietnamska ujawniła szkodliwy wpływ na wietnamską populację „ Agent Orange ”, defoliantu utworzonego z mieszaniny 2,4-D i 2,4,5T , używanego podczas tego konfliktu przez armię amerykańską.
2,4,5-T wykazał długą trwałość i wysoką toksyczność dioksyny , 2,3,7,8tetrachlorodibenzeno-p-dioksyn * ( dioksyn z Seveso ) zawierał ślady w mieszaninie ze składnikiem aktywnym. Substancja ta jest syntetyczną pozostałością 2,4,5-T, 100 razy bardziej toksyczną niż strychnina . Ma wyraźny efekt teratogenny. Szacuje się, że w latach 1962-1971 w dżungli i na polach ryżowych Wietnamu Południowego rozrzucono 50 milionów litrów Agent Orange, czyli 20 000 t składników aktywnych zawierających 167 kg dioksyn. Odnotowano w latach 1974-1977 wyraźny wzrost wątroby raka w tym regionie. Produkt ten jest oskarżany o powodowanie wad wrodzonych, takich jak fokomelia (z greckiego „ciało foki”): wietnamskie dzieci rodzą się bez rąk i nóg.
W końcu powoduje poważne zmiany skórne ( trądzik chlorowy ). TCDD pozostaje w organizmie przez długi czas (30 lat), gdzie jego rozpuszczalność w tłuszczach sprzyja jego koncentracji i przechowywaniu. Długo utrzymuje się w glebie, ponieważ dioksyny są trudno przyswajalne przez rośliny.
2,4,5 T jest zakazane w 15 krajach, w tym w Stanach Zjednoczonych, a jego stosowanie jest poważnie ograniczone w 7 innych.
Stosowanie nawozu zielonego , poprzez unikanie rozmnażania się chwastów , umożliwia ograniczenie stosowania herbicydów.
Rotacje między zbożami ozimymi i jarymi umożliwiają „przerwanie” cykli wegetatywnych i zmniejszenie „zapasu” nasion w glebie.
Walka z chwastami wymaga przewidywania: nie traktujemy uprawy, ale przygotowujemy działkę na następną.
Suszone nadziemne części różnych roślin (np. Artemisia annua , Bromus tectorum , Hordeum murinum , Origanum vulgare ) wprowadzone do gleby znacznie ograniczyły wzrost chwastów. Wraz z pojawieniem się kwasu nonanowego (Finalsan) i kwasu octowego w niektórych rodzajach herbicydów, możemy uznać, że pierwszy sukces przemysłowy został osiągnięty dzięki inspiracji allelopatią .
Zjawiska odporności na pestycydy (porównywalne ze zjawiskami oporności na środki przeciwdrobnoustrojowe ) pojawiły się na całym świecie poprzez selekcję w obliczu rosnącego użycia środków chwastobójczych. Wykazano, że niektóre rośliny są w stanie metabolizować i rozkładać pestycydy, które zabijają inne rośliny (na przykład topole ( Populus spp.) W przypadku herbicydów na bazie chloroacetanilidu, co może być przydatne do oczyszczania wody skażonej przez niektóre środki chwastobójcze.
Środki chwastobójcze mogą czasami wchodzić w interakcje z sąsiednimi uprawami, jeśli są stosowane w okresach wietrznych (zjawisko dryfu w czasie opryskiwania, w szczególności podczas opryskiwania samolotem lub helikopterem) lub po wypłukiwaniu do upraw położonych w dół wzgórza, jeśli pada deszcz podczas oprysku lub krótko po nim.
W latach 70. wykazano, że w wieloletnim cyklu płodozmianu resztki selektywnego chwastownika zastosowanego w roku „n” mogą utrzymywać się w glebie, a w roku n+1 zmniejszać plony innych upraw podatnych na tego chwastownika.
Wreszcie, niektóre środki chwastobójcze zawierające toksyny nie ulegające rozkładowi, takie jak arsen , stosowane w szczególności na polach golfowych i uprawach bawełny w Stanach Zjednoczonych, są odpowiedzialne za powolną akumulację tego zanieczyszczenia w glebie, a czasami w wodzie (patrz artykuł 1 „ Wpływ na środowisko pól golfowych, aby uzyskać więcej informacji).
Intensywne i powszechne stosowanie środków chwastobójczych sprzyjało pojawieniu się zjawiska odporności niektórych tak zwanych chwastów „chwastów”. W niektórych przypadkach widzimy nawet odporność krzyżową na kilka chwastobójców (w tym na wszystkich chwastobójczych). Te odporności stwarzają coraz bardziej złożone problemy w zarządzaniu uprawami.
Na początku XXI wieku wykazano, że wielokrotne narażenie na subletalne (nieśmiercionośne) dawki środków chwastobójczych obecnych w glebie lub środowisku docelowej rośliny sprzyjały pojawieniu się takiej odporności.
Te odporności oddziałują z uprawami na co najmniej dwa sposoby, promując utrzymanie bardzo konkurencyjnych gatunków w uprawach, ze szkodą dla plonów, a czasami powodując straty w cenach sprzedaży (mniej „czyste” uprawy) lub sanitarne (niektóre chwasty zdają się sprzyjać chorobom, na które są bardziej odporne niż rośliny uprawne, np. sporysz żyta np. lis polny, Alopecurus myosuroides ). Już w latach 80. w Anglii opublikowano przewodniki techniczne, aby spróbować poradzić sobie z tym oporem, który już stwarza w Anglii trwałe problemy z ochroną upraw ozimych; przewodniki te proponują stosowanie bardziej skutecznych środków chwastobójczych i przy ich maksymalnej wydajności (ryzyko ujawnienia nowych form odporności chwastów) lub zintegrowanie praktyk zintegrowanej ochrony przed szkodnikami, w tym upraw wysiewanych wiosną, po orce, w płodozmianie, późną jesienią siew lub rolnictwo ekologiczne.
Zwiększona skuteczność zwalczania chwastów, jaką umożliwiają herbicydy, może narazić niektóre gatunki chwastów na ryzyko wyginięcia. Ogólnie rzecz biorąc, prowadzą do zmniejszenia różnorodności chwastów. Zmniejszenie liczebności i różnorodności chwastów ma również negatywny wpływ na populacje ptaków nasiennych.
We Francji, a w wielu krajach stosowanie herbicydów do kontrolowania rozwoju dzikiego chwastów spowodowało szeroko zanieczyszczenia wód powierzchniowych i podziemnych przez substancje czynne o środki chwastobójcze, w szczególności związków chemicznych o. Triazyny : symazynę , terbutylazyna , etc. Herbicydy z rodziny triazyny podlegają zakazowi we Francji, ale nie w Unii Europejskiej . Zanieczyszczenie wody może być spowodowane substancją czynną lub produktami jej degradacji: często obserwuje się kwas aminometylofosfonowy (AMPA), produkt degradacji glifosatu oraz produkty degradacji atrazyny . Zanieczyszczenie to prowadzi do wzrostu kosztów wody pitnej. Pozostałości pestycydów są również wykrywalne w wielu glebach, w tym daleko od obszaru ich zastosowania.
Stosowanie pestycydów jest przyczyną chorób dotykających rolników i ich rodziny: depresji, raka, zwyrodnienia siatkówki, problemów z oddychaniem, choroby Parkinsona i wad wrodzonych.
Stosowanie herbicydów przez opryskiwanie musi być zgodne z zaleceniami producenta i przepisami, które mogą różnić się w zależności od kraju.
W Europie „opryski pestycydami z powietrza prawdopodobnie będą miały znaczący negatywny wpływ na zdrowie ludzkie i środowisko, w szczególności z powodu znoszenia opryskiwanych produktów. Opryski z powietrza powinny zatem być ogólnie zakazane, z możliwością odstępstwa tylko wtedy, gdy ta metoda ma wyraźne zalety z punktu widzenia jej ograniczonego wpływu na zdrowie i środowisko w porównaniu z innymi metodami oprysków. inne realne rozwiązanie, pod warunkiem, że do ograniczenia znoszenia wykorzystana zostanie najlepsza dostępna technologia ” .
Istnieje wiele marek herbicydów , możemy przytoczyć: Roundup , Charlygranger, Fertiligène, Resolva itp.