Die wisselwerking tussen onkruiddoders en grond - SA Grain
Home INPUT & PRODUCTION Die wisselwerking tussen onkruiddoders en grond
Prof Charlie Reinhardt,
lektor/navorser in Landbouwetenskappe, Noordwes-Universiteit en navorsingsleier in die South African Herbicide Resistance Initiative (SAHRI) by die Universiteit van Pretoria
Fertasa se grondsuurheidswerkgroep* in samewerking met Graan SA, kyk in hierdie reeks artikels na die oorsake, slaggate, invloed van en oplossing vir grondsuurheid. In hierdie negende artikel in die reeks kyk prof Charlie Reinhardt na die impak van on­kruiddoders op grondgesondheid.
Massiewe hoeveelhede plaagdoders, wat on­kruiddoders insluit, word daagliks wêreldwyd in die omgewing vrygestel vir die bestryding van peste, plae en onkruid. Die meeste van hierdie chemikalieë is sinteties of abioties van aard, met ander woorde in fabrieke geproduseer en nie van natuurlike of biotiese oorsprong nie.
Grond is die kompartement van die omgewing wat die meeste aan toegediende plaagdoders blootgestel is – indien nie direk nie, dan indirek – omdat die grootste deel van middels wat toegedien word mettertyd in die grondomgewing beland. Interaksies tussen plaagdoders en gronddeeltjies, in besonder kleimine­rale en die humusfraksie van organiese materiaal (oftewel die kolloïdale fraksie met 'n deeltjiegrootte <1 mikron), bepaal grootliks die biologiese aktiwiteit of werking van plaagdoders asook die lotsbestemming/uiteinde daarvan.
Die molekulêre stabiliteit of integriteit van plaag­doders is bepalend vir hoe lank biologiese aktiwiteit behoue bly. Daar word hierna verwys as die nawer­kingperiode – hoe langer hierdie periode, hoe langer bly 'n plaag­doder effektief. Daar is egter 'n negatiewe nadraai a­an nawerking verbonde wanneer dit so lank duur dat dit 'n risiko raak vir besoedeling van die omgewing. Beweging of translokasie van plaag­doders in hul aktiewe vorm vanuit die teikenarea, soos 'n gewasland, maak daarvan besoedelaars van ander kompartemente van die omgewing soos onder- en bogrondse waterbronne en die atmosfeer.
In die geval van onkruiddoders, hou 'n lang nawerking 'n eiesoortige risiko vir gewasproduksie in. 'n Té lang nawerking kan veroorsaak dat biologies aktiewe residue van onkruiddoders in grond oordra na die groeiseisoen wat volg op die een waarin die onkruiddoder toegedien is, met die gevolg dat gevoelige opvolggewasse beskadig kan word. Hierdie risiko plaas 'n ekstra onus op die vervaardigers en gebrui­kers van onkruiddoders, want nie alleenlik is besoedeling van die omgewing 'n belangrike oorweging by die lotsbestemming/uiteinde van onkruiddoders in grond nie, maar ook direkte ekonomiese verlies weens gewasskade.
Uit bostaande volg vanselfsprekend die behoefte­ dat daar 'n einde moet wees aan die periode wat enige plaagdoder aktief is in enige kompartement van die omgewing. Bowenal moet daar die vermoë by mense en tegnologie bestaan om die gedrag en lotsbestemming/uiteinde van plaagdoders te verstaan, te meet en te voorspel. Veral sedert die 1970's en 1980's het sodanige kennis en tegnologie met rasse skrede ontwikkel – min of meer in pas met 'n toe­ne­mend kritiese publiek se kommer oor sintetiese chemikalieë, veral dié afkomstig uit landboube­drywe, wat mense saam met kos en water inneem en inasem. Daardie kommer het gou oorgegaan in teenkan­ting en vandag is plaagdoders en hul vervaardigers onder die vergrootglas, wat die wêreld warm maak wat betref die behoefte vir en vereistes van "veilige en omge­wingsvriendelike" chemiese landbouhulpmiddels.
Alle sintetiese plaagdoders is basies onderhewig aan dieselfde omgewingsfaktore – wat tot mindere­ of meerdere mate inwerk op hul effektiwiteit of plaagdodende werking en stabiliteit/nawerking in die omgewing. Die tempo waarteen omgewingsfaktore op plaagdoders inwerk, verskil van middel tot middel en daar is legio permutasies van faktore betrokke. Alleenlik deeglike navorsing kan die eiesoortige gedrag en lotsbestemming/uiteinde van plaagdoders blootlê. Vervolgens word op onkruiddoders gefokus.
Lading op die kolloïdale grondfraksie
Interaksies tussen gronddeeltjies van die kolloïdale fraksie en onkruiddoders word grootliks deur elektriese lading op beide die onkruiddodermolekules en gronddeeltjies bepaal. Daar is aantrekkingskrag tussen positiewe (+) en negatiewe (-) lading en afstoting deur soortgelyke lading (+ + of – -). Onkruiddodermolekules kan óf positiewe lading óf ne­gatiewe lading dra óf dit kan neutraal wees met geen lading nie.
Kleiminerale soos kaoliniet (1:1 laag-klei) en montmorilloniet (2:1 laag-klei) het negatiewe lading op hul oppervlakke wat katioonadsorpsievermoë (KAV), ook genoem katioonuitruilvermoë­ (KUV), aan kleiminerale verleen. Katione is ione met positiewe lading (byvoorbeeld Ca++, Mg++, K+) wat aan negatiewe lading op kleiminerale bind of adsorbeer (vaslê). Hierdie bindings is omkeerbaar sodat mineraalelemente tydelik beskikbaar of onbeskikbaar vir opname deur plantwortels kan wees, afhangend van hoe sterk hulle aan die kleifraksie gebind is.
Die kolloïdale (<1 mikron) organiese materiaal in grond behels die humusfraksie waarvan humiensuur en fulviensuur die belangrikste komponente is. Humus dra lading wat oorwegend negatief is. Daar is egter ook positiewe lading op organiese kolloïede teenwoordig en molekules kan weens die amorfe (struktuurlose) aard van humus fisies vasgehou word. Dit gee aan organiese kolloïede die vermoë om selfs met onkruiddodermolekules wat geen lading dra nie, te bind. Voorbeelde van molekules wat permanent neutraal is, is die asetaniliedgroep van onkruiddoders, naamlik alachloor, asetochloor en metolachloor.
Dit verklaar waarom die asetaniliede so 'n besonder hoë bio­logiese aktiwiteit of werking in sandgrond met lae organiese materiaalinhoud het, byvoorbeeld in soge­naamde 'waaisandgrond', aangesien dit nie op klei bind nie. Daar is ook so min humus in sulke grond teenwoordig dat opname deur plantwortels so vinnig plaasvind dat die gewas se ensiemsisteem, wat die onkruiddoder na opname afbreek of metaboliseer, oorweldig word – met gewasskade as resultaat. Dit is waarom metolachloor en asetochloor saam met 'n beveiligingsmiddel geformuleer word wanneer hierdie grasdoders voor opkoms in mielies ('n gras) gebruik word. Die beveiligingsmiddel se doel is die stimulering van die ensiemsisteem wat asetaniliede in mielies onskadelik stel of afbreek.
Verreweg die meerderheid onkruiddoders word sterker deur organiese kolloïede geadsorbeer as deur kleiminerale. Organiese materiaalinhoud van grond, spesifiek die humusfraksie, is dus 'n veel beter voorspeller van die biologiese aktiwiteit van onkruiddoders in grond as klei-inhoud. Nogtans word die dosis van onkruiddoders in Suid-Afrika aanbeveel op die basis van slegs die klei-inhoud van die grond en word organiese materiaalinhoud nie in ag geneem nie. Dat hierdie sisteem enigsins werk, is suiwer te danke aan die gewoonlik positiewe korrelasie tussen klei-inhoud en organiese materiaalinhoud – met toename in klei-inhoud is daar gewoonlik 'n toename in organiese materiaalinhoud.
Maar wat gemaak as die klei-inhoud van 'n grond konstant bly en die organiese materiaalinhoud, spesifiek die humusfraksie, word beduidend verhoog? Dit kan verwag word in die geval van suksesvolle behoud en verhoging van die organiese materiaalinhoud van 'n grond waar bewaringsboerderypraktyke toegepas word. In so 'n geval kan verwag word dat die geregistreerde dosis (die etiket­aanbeveling gebaseer op die klei-inhoud van grond) van die on­kruiddoder mettertyd swakker onkruidbeheer sal oplewer, omdat organiese materiaalinhoud oor tyd wesenlik verhoog het, terwyl dosis volgens klei-inhoud alleen bepaal word en dus vasgepen bly. So 'n situasie van geleidelike swakker onkruidbeheer weens toename in die humusinhoud van 'n grond, kan maklik met on­kruidweerstand teen 'n onkruiddoder verwar word. In beide gevalle lei dit tot swakker onkruidbeheer oor tyd.
Water is dié medium waarin alle chemiese reaksies plaasvind. Dit is die volmaakte oplosmiddel en gevolglik ook die perfekte draer van opgeloste stowwe. Watermolekules is deur middel van waterstofbindings in noue kontak met kleiminerale en humus asook met die katione wat aan hierdie kolloïede gebind is, dermate dat hoë grondvoginhoud swak binding van katione in grond tot gevolg het. Aan die een kant bevorder hoë grondvoginhoud die opname van voedingselemente, wat weens swakker binding aan kolloïede in water in oplossing gaan vir maklike opname deur plantwortels. Aan die ander kant kan voedingselemente tot so 'n mate uit die wortelsone geloog word dat voedingstekorte by die gewas ontstaan.
Dieselfde gebeur met onkruiddoders in grond – onder hoë grondvogtoestande is dit in hoë mate beskikbaar vir opname deur plante (gewas en onkruid), maar terselfdertyd is dit onderhewig aan loging uit die boonste grondlaag (0 cm tot 10 cm), waar dit teenwoordig moet wees vir opname deur onkruidsaailinge. By lae grondvoginhoud is 'n beduidende deel van onkruiddodermolekules nie in oplossing in water nie, maar eerder in noue kontak en/of sterk gebind (vasgelê) op kolloïede, met die gevolg dat onkruiddodende werking minstens tydelik swak sal wees omdat min onkruiddoder beskikbaar is vir opname deur die onkruid. Dit verduidelik ook hoekom water nodig is vir die aktivering van onkruiddoders wat aan grond toegedien word asook waarom droogtetoestande wat volg op die toediening van sekere onkruiddoders die risiko vergroot dat hul residue kan oordra na 'n volgende groeiseisoen en gevoelige gewasse beskadig kan word.
Water is betrokke by een van die belangrikste chemiese mega­nismes waardeur onkruiddoders in grond afgebreek of onskadelik gestel word – water tree op as reagens in hidrouliese reaksies waarin halogeenelemente soos chloor (Cl), broom (Br) en fluoor (F) op onkruiddodermolekules deur die -OH (hidroksielgroep) van water vervang word, met die gevolg dat die molekules hul biologiese aktiwiteit verloor. Die halogeenelemente tree op as beskerming van sintetiese organiese molekules teen mikrobe-afbreking, want dit is toksies vir mikrobes. Eers wanneer die halogene verwyder is, kan mikrobes die molekules verder afbreek na hul basiese, onskadelike boustene van koolstof (C), waterstof (H), suurstof (O) en stikstof (N). Onkruiddoders in die triasiengroep (byvoorbeeld atrasien en terbutielasien) se afbreking is hoofsaaklik te wyte aan 'n hidrouliese reaksie onder suur grondtoestande. Hidrolise vind ook plaas onder sterk alkaliese toestande (pH >8). Onder naby neutrale en neutrale (pH = 7) grond-pH is die triasiengroep se molekules egter baie stabiel en word lang nawerking daarvan bevorder.
Wanneer pH gemeet word, is dit eintlik die konsentrasie van water­stof-ione (H+) wat bepaal word as maatstaf van grondsuurheid of -alkaliniteit. By lae pH- of suur toestande oorheers H+ en onder alkaliese toestande (pH >7) is die konsentrasie H+ laag en die konsentrasie OH- (hidroksiel-ione) hoog – hierdie is net nog 'n belangrike funksie van water (H+ + OH- = H2O). In grond wat nie suur is nie en ideaal is vir gewasgroei, word negatiewe lading op klei en organiese materiaal (humusfraksie) geneutraliseer deur die positiewe lading van plantvoedingselemente (Ca++, Mg++, K+) wat daar bind.
Onkruiddodermolekules met positiewe lading sal op dieselfde wyse deur klei en humus vasgelê word. Atrasien se ladingseienskappe is byvoorbeeld pH-afhanklik. Onder suur grondtoestande het dit positiewe lading wat sterk binding op klei en humus moontlik maak, maar in die omgewing van 'n pH van 7 is die molekules effektief sonder lading of neutraal – en gevolglik vrylik beskikbaar vir opname deur plantwortels óf uitloging. Parakwat is die een onkruiddoder wat permanente, sterk positiewe lading dra wat nie pH-afhanklik is nie. Dit verklaar waarom dit onmiddellik onaktief raak sodra dit met grond in aanraking kom. Glifosaat het 'n negatiewe lading wat swak vaslegging aan kolloïede impliseer, maar vinnige afbreking deur grondmikrobes is die eintlike rede waarom dit lae tot onbenullige aktiwiteit in grond het.
Grond-pH is bepalend van die stabiliteit of nawerkingsperiode van baie onkruiddoders. Die triasiengroep is baie stabiel by naby neutrale en neutrale grond-pH; residue van triasiene wat vanaf die seisoen van toediening oordra na die volgende seisoen het al baie gewasskade veroorsaak. Die probleem is egter grootliks ondervang deur vaspenning van die totale hoeveelheid triasiene wat per seisoen toegedien mag word, naamlik die perk van 1 kg aktiewe bestanddeel per hektaar per seisoen. Mesotrioon is nog 'n onkruiddoder wat van tyd tot tyd en plek tot plek met oordraging in grond en gevolglike gewasskade verbind word.
Lading op mesotrioonmolekules is negatief by 'n grond-pH geskik vir gewasproduksie en gevolglik is vaslegging op klei (negatiewe lading) nie sterk nie, maar dit word wel op organiese materiaal vasgelê. Mesotrioon, anders as die triasiene, se afbreking in grond is nie onderhewig aan chemiese afbreking (hidrolise) nie, maar is te wyte aan mikrobe-afbreking. Onder grondtoestande wat nie be­vorderlik is vir mikrobe-aktiwiteit nie, soos lae organiese materiaal­inhoud of lang periodes van droogte en/of koue, kan dit gebeur dat biologies aktiewe residue van mesotrioon oordra na die volgende seisoen. Bekalking is der­halwe 'n belangrike faset wat 'n invloed het op die werking van on­kruiddoders. Bekalking beïnvloed die grond-pH en suurheid van die grond om 'n beter omgewing vir die plant te skep, wat 'n doeltreffende werking van die onkruiddoder verseker.
Mikrobe-aktiwiteit in grond
Grondmikrobes speel 'n groot rol in die periode wat sekere on­kruiddoders se biologiese aktiwiteit behoue bly in grond. Daarom het mikrobes 'n invloed op beide die effektiwiteit en nawerking van baie soorte onkruiddoders. Die effek van mikrobes op mesotrioon en glifosaat is vroeër verduidelik. Omdat grondfaktore soos grond-pH, organiese materiaalinhoud, grondvog en temperatuur die teenwoordigheid en aktiwiteit van mikrobes bepaal, het hierdie faktore ook 'n indirekte invloed op onkruiddoders wat gevoelig is vir mikrobe-afbreking. Sintetiese onkruiddoders is meestal organies van aard en dien gevolglik as voedsel vir mikrobes. Soos vroeër genoem is, word die stabiliteit van sintetiese molekules teen mikrobes be­skerm deur die teenwoordigheid van halogeenelemente (Cl, F, Br) in die struktuur van sodanige molekules. Klaarblyklik smaak die molekules dan nie lekker vir mikrobes nie en/of die halogeenelemente is toksies vir mikrobes.
Praktyke wat daarin slaag om die organiese materiaalinhoud, spesifiek die humusfraksie, van grond betekenisvol oor tyd te verhoog, kan lei tot progressiewe verlaging in die biologiese aktiwiteit en nawerking van verskeie grondtoegediende onkruiddoders. Daarom moet daar rekening gehou word met die toepaslikheid van voorskrifte vir onkruiddoderdosis wat alleenlik op klei-inhoud gebaseer is. Bekalking en derhalwe die toevoeging van katione soos Ca het 'n positiewe invloed op grondstruktuur, wat lei tot beter deurlugting wat optimale biologiese aksie verseker.
Verskillende grondbewerkingspraktyke, soos geenbewerking en minimumgrondbewerking, het 'n eiesoortige invloed op struktuur, deurlugting, waterinfiltrasie en koolstofinhoud en moet in ag geneem word tydens die keuse van onkruiddoders. Hier geld ook die ou waarheid: "Vir elke aksie wat die mens toepas in die natuur, is daar meer as een reaksie." Ten slotte behoort die konsep van presisieboerdery verbreed te word om aspekte wat hier bespreek is, in te sluit.