VÒNG 10 NĂM SAU, trong cái nóng gay gắt của mùa hè Kansas, nhiều loài cỏ dại kochia độc hại xâm chiếm lĩnh vực nghiên cứu của Phillip Stahlman đơn giản là sẽ không nhúc nhích khi được phun hỗn hợp hai loại thuốc diệt cỏ được sử dụng rộng rãi, glyphosate và dicamba. Chỉ vài tháng trước đó, trong thời tiết mát mẻ hơn của mùa xuân, hỗn hợp thuốc diệt cỏ đã dễ dàng kích hoạt những chiếc lá mỏng nhỏ của cỏ dại cuộn tròn và chuyển sang màu nâu, báo hiệu sự tàn lụi của cây cỏ.
Giờ thì cỏ dại đã đâm chồi nảy lộc của Stahlman. Stahlman, khi đó là một nhà khoa học cỏ dại tại Đại học Bang Kansas, chưa bao giờ gặp phải vấn đề này với thuốc diệt cỏ trước đây. Ban đầu, ông cho rằng mình đã áp dụng các chất hóa học không chính xác. Nhưng năm này qua năm khác, điều tương tự đã xảy ra. Stahlman biết có điều gì đó đang xảy ra. Ông theo dõi sát sao cỏ dại trên ruộng của mình. Ông cũng trao đổi với những nông dân địa phương cho biết họ đã gặp vấn đề tương tự. “Đèn không sáng trong một thời gian cho đến khi vấn đề tiếp tục tái diễn. Nó giống như đặt một câu đố lại với nhau, ”Stahlman nói.
Cuối cùng, Stahlman, người đã nghỉ hưu, quyết định rằng vấn đề có thể là do nhiệt độ: Có điều gì đó về việc phun thuốc ở nhiệt độ cao khiến thuốc diệt cỏ kém hiệu quả hơn.
Stahlman không đơn độc trong việc đưa ra nhận định này. Ngày nay, nhiều bằng chứng cho thấy rằng nhiệt độ khoảng 90 độ F trở lên có thể làm cho một số loại cỏ dại kháng thuốc diệt cỏ thậm chí còn có khả năng kháng thuốc cao hơn và khiến các loại cỏ dại khác ít nhạy cảm hơn với một số loại hóa chất.
Một số nông dân nói rằng họ biết nhiệt độ cao có thể làm rối loạn một số loại thuốc diệt cỏ, vì vậy họ cố gắng tránh phun thuốc vào những ngày nắng nóng. Curt Gottschalk, một quản lý trang trại ở Hays, Kansas, cho biết: “Một nguyên tắc nhỏ là nếu nhiệt độ từ 85 đến 90 độ F, đừng xịt thuốc.
Không phải tất cả các chuyên gia đều đồng ý rằng mô hình này, phần lớn được chứng minh trong các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm, đặt ra một vấn đề cho nông dân. Và một số loại thuốc diệt cỏ dường như hoạt động tốt hơn ở nhiệt độ cao. Nhưng nếu nhiệt làm tăng khả năng chống chịu của nhiều loài cỏ dại đối với các loại thuốc diệt cỏ chính, thì tác động của nó có thể rất đáng kể. Nếu không được kiểm soát, cỏ dại có thể tàn phá mùa màng và thu nhập - nếu nông dân không nỗ lực kiểm soát cỏ dại, họ có thể quét sạch khoảng một nửa sản lượng ngô và đậu tương trên khắp Hoa Kỳ và Canada, theo Hiệp hội Khoa học Cỏ dại của Hoa Kỳ, một xã hội phi lợi nhuận của các nhà khoa học trong ngành và học thuật. Khoản lỗ này có thể khiến nông dân thiệt hại khoảng 43 tỷ USD mỗi năm.
Nông dân đang chiến đấu chống lại dịch bệnh của cỏ dại đã phát triển tính kháng di truyền với nhiều loại thuốc diệt cỏ, bao gồm glyphosate và dicamba. Stahlman và các nhà nghiên cứu cỏ dại khác cho rằng nhiệt độ có thể là yếu tố thứ hai bị bỏ qua để tăng cường khả năng phòng vệ của cỏ dại chống lại thuốc diệt cỏ. Mặc dù hầu hết nông dân hiện nay đều hiểu rằng nhiệt độ ảnh hưởng đến thuốc diệt cỏ, nhưng đối với những người chưa qua đào tạo thì nó có thể giống như khả năng kháng thuốc diệt cỏ, Stahlman nói.
Các nhà nghiên cứu này cũng lo ngại vấn đề có thể trở nên tồi tệ hơn trong tương lai khi biến đổi khí hậu làm tăng nhiệt độ và các hiện tượng thời tiết khắc nghiệt, bao gồm cả các đợt nắng nóng, trở nên thường xuyên hơn.
Maor Matzrafi, một nhà khoa học về cỏ dại tại Tổ chức Nghiên cứu Nông nghiệp Quốc gia của Israel, đã viết trong một email cho Undark: “Chúng tôi đã biết rằng kháng thuốc diệt cỏ là vấn đề nan giải nhất trong việc kiểm soát cỏ dại bằng hóa chất. "Có thể giảm độ nhạy cảm do biến đổi khí hậu là vấn đề tiếp theo."
NÔNG DÂN DÙNG ĐỂ ít phụ thuộc vào thuốc diệt cỏ, thay vào đó kiểm soát cỏ dại bằng các phương pháp tốn nhiều công sức như xới và nhổ bỏ thủ công. Tuy nhiên, bắt đầu từ giữa những năm 1990, các công ty công nghệ sinh học bắt đầu ra mắt các loại cây trồng biến đổi gen có khả năng chống lại các loại thuốc diệt cỏ mạnh, phổ biến. Hạt giống mới cho phép người nông dân tự do phun thuốc hóa học nông nghiệp trên cánh đồng của họ để diệt cỏ dại trong khi cây trồng biến đổi gen của họ phát triển mạnh mẽ. Công nghệ này làm cho hầu hết việc làm cỏ thủ công trở nên không cần thiết và việc sử dụng thuốc diệt cỏ đã tăng lên trên toàn cầu. Nhưng cỏ dại đã phát triển để đáp ứng, và các giống kháng thuốc diệt cỏ đã xuất hiện. Điều đó đã đặt ra một cuộc chiến mới giữa người nông dân và cỏ dại, với việc người nông dân ngày càng sử dụng nhiều hóa chất, cũng như liều lượng bổ sung, để cố gắng loại bỏ cỏ dại.
Tuy nhiên, sau kinh nghiệm của Stahlman với cỏ dại kochia, ông bắt đầu kiểm tra xem liệu nhiệt độ có thể ảnh hưởng đến hiệu suất thuốc diệt cỏ nhiều hơn những gì đã được công nhận rộng rãi hay không. (Stahlman, giống như nhiều nhà khoa học cỏ dại khác, đã nhận được tài trợ nghiên cứu từ các công ty hóa chất nông nghiệp trong quá khứ.)
Để giải mã cách nhiệt giúp cỏ dại chống lại thuốc diệt cỏ, Stahlman đã hợp tác với các đồng nghiệp của KSU là Mithila Jugulam, một nhà sinh lý học cỏ dại và Junjun Ou, một trợ lý nghiên cứu. Nhóm nghiên cứu đã trồng cây con từ các quần thể kochia có nguồn gốc từ Kansas, trong các buồng được giữ ở nhiệt độ dao động từ 63.5 đến 90.5 độ F - đại diện cho cái nóng ban ngày vào mùa xuân và mùa hè của bang. Nhiệt độ trong các buồng giảm 12 giờ một lần để bắt chước thời gian ban đêm mát mẻ hơn. Khi cây con cao khoảng 4 inch, các nhà nghiên cứu đã định lượng một số cây bằng glyphosate và những cây khác bằng dicamba. Định kỳ hàng tuần, nhóm nghiên cứu kiểm tra cỏ dại để tìm dấu hiệu bị thương. Sau một tháng, họ chặt cỏ và phơi khô, cân.
Nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng, ở nhiệt độ cao, họ cần gấp đôi lượng glyphosate và dicamba để kiểm soát cỏ dại. Họ công bố kết quả của họ trong năm 2016.
Để hiểu lý do tại sao nhiệt làm giảm độ nhạy, các nhà nghiên cứu đã theo dõi đường đi của thuốc diệt cỏ thông qua cỏ dại bằng cách sử dụng các phiên bản phóng xạ nhẹ của glyphosate và dicamba. Cái trước do Monsanto sản xuất và cái sau được sản xuất bởi BASF Corp. (BASF Corp. đã cung cấp vai trò trợ lý sinh viên tốt nghiệp cho Ou cho một dự án khác.)
Nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng lá cây hấp thụ ít glyphosate hơn ở nhiệt độ cao hơn. Họ không chắc tại sao, nhưng Jugulam cho rằng sức nóng có thể khuyến khích kochia phát triển lớp biểu bì dày hơn - một lớp bảo vệ trên bề mặt lá - sau đó tăng cường khả năng phòng vệ của cỏ dại chống lại thuốc diệt cỏ. Nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra một quy trình khác tại nơi làm việc khi cỏ dại chạm trán với dicamba. Nhiệt độ không ảnh hưởng đến lượng dicamba mà cỏ dại hấp thụ, nhưng nó đã cản trở sự di chuyển của thuốc diệt cỏ qua cây trồng để nó ít đạt được mục tiêu - mô phát triển ở đầu chồi và lá mới.
Trong một nghiên cứu khác, xuất bản năm ngoáiJugulam hướng sự chú ý của mình đến chất diệt cỏ 2,4-D, một trong những thành phần của chất da cam, một chất làm rụng lá khét tiếng được sử dụng trong Chiến tranh Việt Nam. Ngày nay, nó là một trong những loại thuốc diệt cỏ được sử dụng rộng rãi nhất. Jugulam đã kiểm tra nhiệt độ ảnh hưởng như thế nào đến khả năng kiểm soát cây nước thông thường của thuốc diệt cỏ, một loại cỏ dại lá rộng đã xâm lấn các cánh đồng ngô và đậu tương ở Trung Tây.
Trong các thử nghiệm, Jugulam đã kiểm tra một số loài cây nước thông thường đã phát triển tính kháng di truyền với 2,4-D và một số thì không. Cô nhận thấy rằng phải mất nhiều hơn ba lần thuốc diệt cỏ để tiêu diệt cỏ dại kháng thuốc trong điều kiện khô nóng so với ở nhiệt độ mát hơn. Cô ấy đã tìm thấy một tác động tương tự nhưng nhỏ hơn ở các loại cỏ dại nhạy cảm.
Cây nước kháng thuốc diệt cỏ sống sót sau khi tiếp xúc với 2,4-D bằng cách nhanh chóng phá vỡ hóa chất thành các chất không độc hại trước khi nó có thể tiếp cận mục tiêu ở đầu rễ, thân và lá. Jugulam nhận thấy khi nhiệt độ cao, cây nước sẽ phá vỡ các phân tử đó nhanh hơn.
Jugulam cũng lưu ý rằng dưới nhiệt độ cao, một số loại cỏ dại kháng thuốc diệt cỏ dường như trở nên kháng thuốc hơn và một số loại cỏ nhạy cảm có thể cần nhiều thuốc diệt cỏ hơn để kiểm soát chúng.
Không phải tất cả cỏ dại và thuốc diệt cỏ đều phản ứng với nhiệt độ theo cùng một cách. Ví dụ, Jugulam cũng đã phát hiện ra rằng 2,4-D và glyphosate hoạt động hơn ở nhiệt độ cao hơn chống lại cỏ dại thông thường và cỏ dại khổng lồ, hai loại cỏ dại khác thường gặp trên đồng ruộng của nông dân Hoa Kỳ. Jugulam cũng nói rằng, ngay cả trong trường hợp sức nóng cản trở thuốc diệt cỏ, các tác động dường như chỉ giới hạn ở điều kiện khô. Các khu vực có độ ẩm cao và lượng mưa có thể không có tác dụng tương tự.
Nhưng một số chuyên gia nói rằng bằng chứng đang phát triển ở nhiều loài và hóa chất nông nghiệp cho thấy nhiệt độ, và trong một số trường hợp, mức độ carbon dioxide cao, ảnh hưởng đến việc kiểm soát cỏ dại, ít nhất là trong phòng thí nghiệm.
Trong các bài kiểm tra công bố vào năm 2016, Matzrafi phát hiện ra rằng ở nhiệt độ cao, bốn loài cỏ dại khác nhau chống lại diclofop-methyl, một thành phần trong thuốc diệt cỏ do Bayer sản xuất, tốt hơn đáng kể so với chúng ở nhiệt độ thấp hơn. Matzrafi cũng phát hiện ra rằng nhiệt độ cao đã làm cho một loại thuốc diệt cỏ khác, pinoxaden, ít có khả năng hạn chế sự phát triển của cỏ giả brome xâm lấn. Hơn nữa, cỏ phát triển mạnh ngay cả khi nó được chuyển từ điều kiện mát hơn sang môi trường nóng hơn trong vòng hai ngày sau khi xử lý thuốc diệt cỏ. (Nghiên cứu được tài trợ một phần bởi ADAMA Agricultural Solutions, một công ty hóa chất nông nghiệp có trụ sở tại Israel).
Matzrafi giải thích trong một email: “Những phát hiện của chúng tôi và nhiều nghiên cứu khác từ những năm 90 cho thấy rằng các điều kiện môi trường sau khi ứng dụng cũng có thể ảnh hưởng đến độ nhạy cảm với thuốc diệt cỏ. Ngay cả khi nông dân phun thuốc trong thời gian nhiệt độ mát hơn, điều đó có thể không đủ để tránh ảnh hưởng của nhiệt.Mặc dù tăng liều lượng diclofop-metyl, loại cỏ lúa mạch đen nhạy cảm với thuốc diệt cỏ này vẫn phát triển mạnh ở khí hậu ấm hơn. Trong mỗi bức ảnh, thuốc diệt cỏ được sử dụng với lượng lớn hơn theo chiều từ trái sang phải. Trên cây xa trái không được bón thuốc diệt cỏ. Trong ảnh bên trái, cỏ lúa mạch đen được trồng ở nhiệt độ thấp hơn (50-61 độ F), trong khi ở ảnh bên phải, cỏ lúa mạch đen được trồng ở nhiệt độ cao hơn (82-93 độ F). Trực quan: Được phép của Maor Matzrafi
Các chuyên gia lo ngại rằng những điều kiện đó sẽ trở nên tồi tệ hơn khi biến đổi khí hậu. Hiện tại, nhiều bang của Hoa Kỳ quan trọng đối với nông nghiệp, cũng như các khu vực sản xuất lương thực lớn khác trên thế giới, thường xuyên trải qua nhiệt độ lên tới 90 độ F trong các mùa trồng trọt. Một số nhà nghiên cứu nói rằng các vấn đề về nhiệt và hiệu suất thuốc diệt cỏ đang xuất hiện trước mắt một phần do các đợt nắng nóng khắc nghiệt xảy ra thường xuyên hơn trong vài thập kỷ qua.
Tuy nhiên, thật khó để xác định những tác động ngày nay đối với những thay đổi khí hậu gần đây, Lewis Ziska, một nhà sinh lý học thực vật tại Đại học Columbia ở New York, đã viết trong một email cho Undark. Tuy nhiên, lưu ý rằng cỏ dại là “hạn chế lớn nhất đối với sản xuất lương thực”, Ziska cảnh báo rằng “chúng sẽ là một thách thức ghê gớm đối với nông dân trong một môi trường khắc nghiệt hơn”.
Ví dụ, ở Trung Tây, nhiệt độ có thể tăng trung bình 8.5 độ F vào cuối thế kỷ này, với những đợt nắng nóng khắc nghiệt kéo dài hơn và thường xuyên hơn, theo dự báo của chính phủ liên bang. Và ở Nam Á, bao gồm cả Ấn Độ - một khu vực quan trọng toàn cầu về sản xuất gạo, đậu, hạt và bông - Ủy ban liên chính phủ về biến đổi khí hậu dự án rằng nhiệt độ trung bình hàng năm sẽ tăng gần 6 độ F vào năm 2100.
Trong thử nghiệm đầu tiên thuộc loại này, kết quả là báo cáo năm ngoái, Matzrafi đã nghiên cứu tác động chung của nhiệt và tăng mức độ carbon dioxide trên hai loài cỏ dại khác nhau và phát hiện ra rằng sự kết hợp làm tăng khả năng phòng thủ diệt cỏ của cỏ dại hơn cả chỉ bằng một trong hai yếu tố.
Không rõ liệu các nhà sản xuất thuốc diệt cỏ có chuẩn bị cho những thách thức sắp tới của một hành tinh đang ấm lên hay không. Nhiều người không khuyến nghị nhiệt độ phun tối ưu để đảm bảo hiệu quả trong các hướng dẫn mà họ phân phối cho nông dân.
Trong một tuyên bố bằng văn bản, Clark Ouzts, người phát ngôn của Sygenta, nhà sản xuất pinoxaden, cho biết công ty chưa nghiên cứu tác động tiềm tàng của biến đổi khí hậu đối với hoạt động của thuốc diệt cỏ, nhưng “nghiên cứu thực địa và các ứng dụng thương mại đã không cho thấy nhiệt độ có một tác động đến hoạt động của Pinoxaden. ”
Charla Lord, người phát ngôn của Bayer, đã viết trong một tuyên bố rằng thuốc diệt cỏ của công ty “được thử nghiệm rộng rãi để đáp ứng tất cả các yêu cầu của cơ quan quản lý” và “được dán nhãn để người áp dụng biết cách áp dụng chúng để đạt được sự kiểm soát và thành công tối ưu”. Công ty đã không trả lời các câu hỏi cụ thể về hiệu quả của các sản phẩm của họ dưới nhiệt độ cao, mặc dù công ty đã đăng về những thách thức khi phun ở nhiệt độ cao trên trang web của hãng. Corteva, công ty sản xuất thuốc diệt cỏ kết hợp 2,4-D, đã không trả lời yêu cầu bình luận về mức độ ảnh hưởng của nhiệt độ cao đến hiệu suất của thuốc diệt cỏ.
KHÔNG PHẢI MỌI NGƯỜI LÀ thuyết phục rằng những phát hiện thử nghiệm này gây rắc rối cho nông dân. Một số nhà nghiên cứu và chuyên gia về cỏ dại nói rằng điều kiện phòng thí nghiệm hoàn toàn khác với thực địa, khiến kết quả ít phù hợp hơn. Brad Hanson, một chuyên gia về cỏ dại tại Đại học California, Davis, đã viết trong một email gửi cho Undark: “Tôi không nghĩ rằng chúng ta có thể nói chắc chắn rằng điều này đang có tác động ở quy mô thế giới thực. Hanson đã làm việc với Matzrafi về nghiên cứu được công bố năm ngoái.
Hanson, người làm việc với nông dân California với tư cách là nhà nghiên cứu và chuyên gia khuyến nông, cũng viết rằng nông dân thường sử dụng đủ thuốc diệt cỏ để khắc phục bất kỳ thay đổi nhỏ nào về độ nhạy của cỏ dại do nhiệt gây ra.
Kassim Al-Khatib, một nhà sinh lý học cây trồng tại Đại học California, Davis, người đã điều tra cách thuốc diệt cỏ hoạt động dưới nhiệt độ và độ ẩm, đã viết trong một email cho Undark rằng các nghiên cứu được thực hiện trong điều kiện phòng thí nghiệm được kiểm soát cẩn thận mà nông dân sẽ không bao giờ tìm thấy trong lĩnh vực. Ông viết: “Những gì xảy ra trong điều kiện được kiểm soát thường không hỗ trợ những gì xảy ra trong điều kiện hiện trường.
Trong nghiên cứu của riêng mình, Al-Khatib đã nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ và độ ẩm lên một số lượng nhỏ các loại thuốc diệt cỏ và các loài cỏ dại. Trong các trường hợp mà ông đã nghiên cứu, ông nói, hiệu quả của thuốc diệt cỏ thường cải thiện ở nhiệt độ và độ ẩm cao hơn, trừ khi nhiệt độ vượt quá 100 độ F.Matzrafi và Jugulam đồng ý rằng phòng thí nghiệm không phản ánh môi trường trang trại phức tạp hơn.
“Nhưng tôi không nghĩ nó làm giảm tầm quan trọng của kết quả,” Matzrafi viết. Anh ấy, Stahlman, và những người khác nói rằng họ đã nhìn thấy hiệu quả trong lĩnh vực này cho chính họ. “Tôi nghĩ rằng chúng tôi đang nhìn thấy điều gì đó. Trong 10 năm tới, tôi nghĩ chúng ta sẽ thấy nhiều hơn thế. Đó sẽ là một vấn đề lớn, ”Chuck Otte, một nhân viên Nghiên cứu và Khuyến nông K-State ở Quận Geary, Kansas, người chủ yếu làm việc với nông dân, cho biết.
Các kết quả nghiên cứu đang cố gắng cung cấp tin tức cho những người nông dân dựa vào thuốc diệt cỏ để ngăn chặn cỏ dại ngày càng bị vũ khí hóa. Hiện tại, một số nông dân đang cố gắng ngăn chặn một số tác động từ nắng nóng bằng cách phun thuốc diệt cỏ vào những thời điểm mát mẻ hơn trong ngày. Vào giữa mùa hè, Carie Moore cho biết đôi khi cô thức dậy trước bình minh để phun thuốc cho trang trại rộng 650 mẫu Anh của mình ở North Dakota trước khi nhiệt lên quá cao, đôi khi lên tới 100 độ F. Nhưng khi trái đất ấm lên, nông dân sẽ phải đối mặt với các cửa sổ hẹp hơn trong đó nhiệt độ đủ mát để phun thuốc, Ziska nói. Và nghiên cứu của Matzrafi cho thấy rằng việc phun thuốc trong thời gian mát mẻ hơn không đảm bảo rằng hiệu quả của thuốc diệt cỏ không bị ảnh hưởng bởi những đợt nóng đến vào cuối ngày hoặc thậm chí ngày hôm sau.
Và đôi khi nông dân không thể tránh khỏi việc phun thuốc diệt cỏ khi nắng nóng, đặc biệt là ở những trang trại rộng lớn với vài nghìn mẫu Anh.
Otte nói rằng những người hoài nghi có thể không nhận ra thuốc diệt cỏ của họ không hoạt động vì nhiệt đã giúp cỏ dại giúp đỡ. Trước tiên, họ có thể cho rằng một loạt các yếu tố phổ biến khác là do lỗi, chẳng hạn như kháng thuốc diệt cỏ, thiếu lượng mưa hoặc quá ít thuốc diệt cỏ. Ông nói: “Có rất nhiều yếu tố gây nhiễu nên rất khó để loại bỏ tất cả.
Về lâu dài, nông dân sẽ cần phải bớt phụ thuộc vào thuốc diệt cỏ và thay vào đó sử dụng các kỹ thuật khác thường được sử dụng hơn trong nông nghiệp hữu cơ ngày nay để ngăn chặn cỏ dại, nhiều chuyên gia nói. Ví dụ, trồng các loại cây che phủ như dạ yến thảo hoặc cỏ ba lá đỏ thẫm giúp ngăn chặn cỏ dại mọc rễ trên đất trống và trồng nhiều loại cây trồng luân phiên có thể giúp ngăn chặn các loại cỏ dại giúp ngăn chặn quần thể. Moore đã đi theo hướng này. Cô luân canh đậu nành với lúa mì, lúa mạch, và một số loại cây trồng khác và trồng nhiều loại cây che phủ bổ sung bao gồm lúa mạch đen và đậu Hà Lan.
Thỉnh thoảng cô cũng xới đất để ngăn cỏ dại phát triển. Ziska nói: “Chúng ta càng ít phải phun hóa chất càng tốt, nhưng để duy trì sản lượng, nông nghiệp không thể hoàn toàn bỏ thuốc diệt cỏ. Với rất ít hóa chất mới được cung cấp, nông dân sẽ cần phải cẩn thận hơn với các loại thuốc diệt cỏ mà họ có hiện tại để đảm bảo chúng tiếp tục hoạt động trong tương lai. Matzrafi cho biết thêm, các nhà sản xuất cần cung cấp cho nông dân lời khuyên tốt hơn về thời điểm và cách sử dụng thuốc diệt cỏ.
Otte nói: “Nông dân không còn có thể vừa phun thuốc vừa cầu nguyện nữa.