제초제

Herbicide
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제초제 도포 후의 밭
제초제로 방제된 잡초

제초제(미국: / ˈɜːrb ɪsa ɪdz/, UK: / ˈh ɜːr-/)는 흔히 잡초라고도 알려진 원치 않는 식물을 방제하는 데 사용되는 물질입니다. 선택적 제초제는 원하는 작물을 비교적 무해하게 유지하면서 특정 잡초 종을 제어하는 반면, 비선택적 제초제(때로는 총 제초제라고 함)는 식물을 무차별적으로 죽입니다.[2] 농업의 주요 관심사인 제초제 내성 때문에 많은 제품이 제초제를 다른 작용 수단과 결합합니다. 통합 해충 관리는 다른 해충 방제 방법과 함께 제초제를 사용할 수 있습니다.

2012년 미국에서는 적용 중량에 따라 결정되는 전체 제초제 사용량의 약 91%가 농업에서 발생했습니다.[3]: 12 2012년 세계 살충제 지출액은 약 247억 달러로, 제초제가 매출액의 약 44%로 가장 큰 비중을 차지했고, 살충제, 살균제, 훈증제가 그 뒤를 이었습니다.[3]: 5 제초제는 목초지 [5]시스템뿐만 아니라 특정 제형이 침엽수를 선호하는 경목 품종을 억제하는 것으로 밝혀진 [4]임업에도 사용됩니다.

역사

제초제가 널리 사용되기 전에는 토양의 pH, 염도 또는 비옥도 수준을 변경하는 것과 같은 문화적 통제가 잡초를 방제하는 데 사용되었습니다.[6] 잡초를 방제하기 위해 경운과 홍수를 포함한 기계적 방제도 사용되었습니다. 19세기 말과 20세기 초에는 잡초를 방제하기 위해 황산, 비소, 구리염, 등유, 염소산나트륨과 같은 무기 화학 물질이 사용되었지만, 이 화학 물질들은 독성, 인화성 또는 부식성이 있고 비용이 많이 들어 잡초 방제에 효과가 없었습니다.[7][8]

제초제

2,4-D, 최초의 선택적 화학 제초제 발견 2,4-D는 2차 세계 대전 중에 발견되었습니다.

영국과 미국에서 전쟁에서 제초제의 잠재적인 사용에 대한 연구의 결과로 2차 세계 대전 동안 주요한 돌파구가 생겼습니다.[9] 이 화합물 2,4-D는 Imperial Chemical Industries의 W. G. Templeman에 의해 처음 합성되었습니다. 1940년, 인돌아세트산과 나프탈렌아세트산에 대한 그의 연구는 "적절하게 적용된 성장 물질은 곡물에 있는 특정한 활엽수 잡초를 작물에 해를 끼치지 않고 죽일 것"이라고 지적했습니다."[10]이러한[10][11] 물질들은 너무 비싸고 미생물에 의한 분해로 인해 토양에서 너무 오래 살지 못했지만, 1941년에 그의 팀은 2,4-D를 포함하여 더 낮은 비용과 더 나은 효능으로 동일한 효과를 얻기 위해 광범위한 화학 물질을 합성하는 데 성공했습니다.[12] 같은 해 미국의 R. Pokorny도 이를 달성했습니다.[13] 독립적으로, Rothamsted Experimental Station에서 일하는 Juda Hirsch Quastel의 팀도 같은 발견을 했습니다. Quastel은 농업연구위원회(ARC)로부터 농작물 수확량 향상을 위한 방법을 발견하는 임무를 맡았습니다. 토양을 비활성 물질이 아닌 동적인 시스템으로 분석함으로써 관류와 같은 기술을 적용할 수 있었습니다. Quastel은 다양한 식물 호르몬, 억제제 및 기타 화학 물질이 토양 내 미생물의 활동에 미치는 영향을 정량화하고 식물 성장에 미치는 직접적인 영향을 평가할 수 있었습니다. 그 부대의 전체 작업은 비밀로 남아 있었지만, 2,4-D 화합물을 포함하여 전쟁 후 상업적인 용도로 특정한 발견물들이 개발되었습니다.[14]

1946년 2,4-D가 상업적으로 출시되었을 때, 그것은 최초의 성공적인 선택적 제초제가 되어 전 세계적인 농업 생산량의 혁명을 촉발시켰습니다. 그것은 밀, 옥수수(옥수수), 쌀 및 유사한 곡물 풀 작물에서 잡초 방제를 크게 향상시켰는데, 이는 쌍떡잎식물(광엽식물)을 죽이지만 대부분의 단떡잎식물(풀)을 죽이는 것은 아니기 때문입니다. 2,4-D의 저렴한 비용으로 인해 오늘날에도 계속 사용되고 있으며, 세계에서 가장 일반적으로 사용되는 제초제 중 하나로 남아 있습니다.[15] 다른 산 제초제와 마찬가지로, 현재 제형은 아민염(종종 트리메틸아민) 또는 모 화합물의 많은 에스테르 중 하나를 사용합니다.

추가 발견

아트라진을 포함하는 트리아진 계열의 제초제는 1950년대에 도입되었습니다; 그것들은 지하수 오염과 관련하여 가장 우려되는 제초제 계열이라는 현재의 구별을 가지고 있습니다. 아트라진은 중성 이상의 pH를 가진 토양에 적용된 후 쉽게 분해되지 않습니다(몇 주 이내). 알칼리성 토양 조건에서 아트라진은 앞서 언급한 오염을 유발하는 강우 후 토양수에 의해 물 테이블까지 토양 프로파일로 운반될 수 있습니다. 따라서 아트라진은 일반적으로 제초제에 바람직하지 않은 특성인 "캐리어오버"를 가지고 있다고 합니다.

글리포세이트는 1950년대에 처음 제조되었지만 제초 활성은 1960년대에야 인정되었습니다. 1971년에 라운드업으로 판매되었습니다.[16] 글리포세이트 내성 작물의 개발로, 현재는 작물을 재배하는 데 선택적인 잡초 방제에 매우 광범위하게 사용됩니다. 제초제와 내성 종자가 짝을 이룬 것은 1990년대 후반 종자 및 화학 산업을 공고히 하는 데 기여했습니다.

농업과 원예에 사용되는 많은 현대 제초제는 적용 후 짧은 기간 내에 분해되도록 특별히 제조되었습니다.

용어.

예를 들어, 제초제는 활성, 적용 시기, 적용 방법, 작용 메커니즘 및 화학 구조에 따라 다양하게 분류/분류될 수 있습니다.

선택성

제초제의 화학적 구조는 주로 효과에 영향을 미칩니다. 2,4-D, 메코프로프, 그리고 디캄바는 많은 광엽 잡초를 방제하지만 잔디 잔디에는 여전히 효과가 없습니다.[17]

화학 첨가제는 선택성에 영향을 미칩니다. 계면활성제는 스프레이 용액의 물리적 특성과 제초제의 전체적인 식물 독성을 변화시켜 전위를 증가시킵니다. 제초제 안전제는 작물에 의한 제초제 내성을 증가시키지만 제초제가 잡초를 손상시킬 수 있도록 하여 선택성을 향상시킵니다.

선택성은 적용 상황과 기술에 따라 결정됩니다. 기후적 요인은 습도, 빛, 강수량 및 온도를 포함한 흡수에 영향을 미칩니다. 잎에 도포된 제초제는 분무 액적의 건조 시간을 늘리고 큐티클 수분을 증가시켜 높은 습도에서 잎에 더 쉽게 들어갈 것입니다. 높은 강도의 빛은 일부 제초제를 분해하고 잎 표피가 두꺼워져 흡수를 방해할 수 있습니다. 강수는 일부 잎에 적용된 제초제를 씻어내거나 제거할 수 있지만 토양에 적용된 제초제의 뿌리 흡수를 증가시킬 것입니다. 가뭄 스트레스를 받는 식물은 제초제를 옮길 가능성이 적습니다. 온도가 올라가면 제초제의 성능이 떨어질 수 있습니다. 매우 추운 날씨에는 흡수와 전위가 감소할 수 있습니다.

비선택적 제초제

일반적으로 고엽제로 알려진 비선택적 제초제는 산업 현장, 폐기물 현장, 철도 및 철도 제방을 청소하는 데 사용됩니다. 파라콰트, 글루포시네이트 및 글리포세이트는 비선택적 제초제입니다.[17]

적용시기

  • 식재 전 : 식재 전 제초제는 식재 전 토양에 도포되는 비선택적 제초제입니다. 일부 식전 제초제는 기계적으로 토양에 통합될 수 있습니다. 혼입의 목적은 광분해 및/또는 휘발성을 통해 소산을 방지하는 것입니다. 제초제는 제초제 처리 구역을 통해 자라는 잡초를 죽입니다. 휘발성 제초제는 목초지를 심기 전에 토양에 포함되어야 합니다. 식전 제초제를 처리한 토양에서 재배되는 작물은 토마토, 옥수수, 대두, 딸기 등이 있습니다. 메타-나트륨 및 다조멧과 같은 토양 훈증제는 식재 전 제초제로 사용됩니다.[17]
  • 발아 전: 잡초 묘목이 토양 표면을 통해 나오기 전에 발아 전 제초제를 바릅니다. 제초제는 잡초가 발아하는 것을 막지는 못하지만, 제초제 처리 구역을 통해 자라면서 새로운 묘목의 세포 분열에 영향을 주어 잡초를 죽입니다. 디티오피르와 펜디메탈린은 발아 전 제초제입니다. 적용 또는 활성화 전에 이미 출현한 잡초는 주요 생장점이 처리를 빠져나가기 때문에 사전 제초제의 영향을 받지 않습니다.[17]
  • 출현 후: 이 제초제는 잡초 묘목이 토양 표면을 통해 나온 후에 적용됩니다. 엽면 또는 뿌리 흡수, 선택적 또는 비선택적, 접촉 또는 전신적일 수 있습니다. 이러한 제초제는 비가 올 때는 흙에서 씻겨나가 효과가 없기 때문에 사용하는 것이 좋습니다. 2,4-D는 선택적이고 전신적이며 엽면에 흡수된 발아 후 제초제입니다.[17]

적용방법

  • 도포된 토양: 토양에 살포되는 제초제는 일반적으로 출현하는 묘목의 뿌리 또는 싹에 의해 흡수되며, 식재 전 또는 발아 전 처리로 사용됩니다. 토양에 적용된 제초제의 효과에는 몇 가지 요인이 영향을 미칩니다. 잡초는 수동적 메커니즘과 능동적 메커니즘을 통해 제초제를 흡수합니다. 토양 콜로이드나 유기물에 대한 제초제 흡착은 종종 잡초 흡수에 사용할 수 있는 양을 감소시킵니다. 정확한 토양 층에 제초제를 배치하는 것은 매우 중요하며, 이는 기계적으로 그리고 강우에 의해 달성될 수 있습니다. 토양 표면의 제초제는 가용성을 감소시키는 여러 과정을 거칩니다. 휘발성과 광분해는 제초제의 가용성을 감소시키는 두 가지 일반적인 공정입니다. 토양에 살포된 많은 제초제는 땅속에 있는 동안 식물의 싹을 통해 흡수되어 죽거나 다칩니다. EPTC와 트리플루랄린은 토양에 살포되는 제초제입니다.[17]
  • 엽면 적용: 이것들은 땅 위의 식물의 일부에 적용되고 노출된 조직에 흡수됩니다. 이들은 일반적으로 발아 후 제초제이며, 공장 전체에 걸쳐 이동(체계적)되거나 특정 장소(접촉)에 남아 있을 수 있습니다. 큐티클, 왁스, 세포벽 등과 같은 식물의 외부 장벽은 제초제 흡수 및 작용에 영향을 미칩니다. 글리포세이트, 2,4-D, 디캄바는 엽면 살포 제초제입니다.[17]

고집

제초제는 적용 후 짧은 시간(몇 주 또는 몇 달 이내) 내에 중화될 경우 잔류 활성이 낮은 것으로 설명됩니다. 일반적으로 이는 강우 또는 토양에서의 반응으로 인한 것입니다. 잔류 활성이 높은 것으로 설명되는 제초제는 토양에서 장기간 강력하게 유지됩니다. 일부 화합물의 경우 잔류 활성으로 인해 땅이 거의 영구적으로 척박해질 수 있습니다.[citation needed]

작용기전

작용기전에 따라 분류되는 제초제

제초제는 식물의 성장을 지원하는 생화학적 기계를 방해합니다. 제초제는 종종 천연 식물 호르몬, 효소 기질 및 보조 인자를 모방합니다. 그들은 대상 식물의 대사를 방해합니다. 제초제는 작용 부위에 따라 분류되는 경우가 많은데, 이는 일반적으로 작용 부위가 동일한 제초제는 민감성 식물에 유사한 증상을 유발하기 때문입니다. 제초제 내성 관리를 보다 효과적으로 처리할 수 있어 제초제의 작용 부위를 기준으로 분류하는 것이 바람직합니다.[17] 작용 메커니즘(MOA)에 의한 분류는 적용 후 식물에서 영향을 받는 첫 번째 효소, 단백질 또는 생화학적 단계를 나타냅니다.

메커니즘 기반 분류와 보완적으로 제초제는 화학 구조나 모티프에 따라 분류되는 경우가 많습니다. 유사한 구조 유형은 유사한 방식으로 작동합니다. 예를 들어, aryloxphenoxypropionate 제초제(diclofop chlorazifop, fluazifop)는 모두 ACCase 억제제로 작용하는 것으로 보입니다.[18] 풀에 대항하여 사용되는 소위 사이클로헥산디온 제초제에는 사이클로옥시딤, 클레토딤, 트랄콕시딤, 부톡시딤, 세톡시딤, 프로폭시딤, 메소트리오네 등이 시판되고 있습니다.[25] 제초제 화학 계열 그룹에 대해 아는 것은 작용 부위에 대한 내성을 관리하기 위한 단기 전략입니다.[26] 페녹시아세트산은 천연 옥신인돌아세트산(IAA)을 모방합니다. 이 과에는 MCPA, 2,4-D 및 2,4,5-T, 피클로람, 디캄바, 클로피랄리드 및 트리클로피르가 포함됩니다.

WSSA 및 HRAC 분류

제초제는 WSSA(Wede Science Society of America)와 제초제 저항성 및 세계 곡물(HRAC) 시스템을 사용하여 작용 방식에 따라 분류됩니다.[27] 결국 제초제 저항 행동 위원회(HRAC)[28]와 미국 잡초 과학 협회(WSSA)[29]는 분류 체계를 개발했습니다.[30][31] WSSA 및 HRAC 시스템의 그룹은 숫자와 문자로 지정되며, 사용자에게 제초제 작용 방식에 대한 인식을 알리고 내성 관리를 위한 보다 정확한 권장 사항을 제공합니다.[32]

사용 및 적용

자세한 정보: 농약적용
노스다코타에서 트랙터의 스프레이 팔에서 제초제가 뿌려지고 있습니다.

대부분의 제초제는 지상 장비를 사용한 수성 스프레이로 적용됩니다. 지상 장비는 디자인이 다양하지만, 넓은 면적은 긴 붐이 장착된 자주식 분무기를 사용하여 20~30인치(510~760mm) 간격의 분무 노즐을 사용하여 60~120피트(18~37m) 간격으로 분무할 수 있습니다. 견인식, 핸드헬드 및 말이 끄는 분무기도 사용됩니다. 넓은 지역에서 제초제는 헬리콥터나 비행기를 이용하거나 관개 시스템을 통해 항공적으로 사용될 수도 있습니다.

제초제에 젖은 심지가 붐에 매달려 더 큰 잡초 식물의 꼭대기를 끌거나 굴리는 잡초 제거법도 사용될 수 있습니다. 이를 통해 아래 초원에 있는 관련되지만 바람직한 짧은 식물에 영향을 미치지 않고 직접 접촉하여 키가 큰 초원 잡초를 처리할 수 있습니다. 이 방법은 스프레이 드리프트를 피할 수 있는 이점이 있습니다. 웨일즈에서는 2015년에 워터 코스의 MCPA 수준을 줄이기 위해 무료 잡초 제거 임대를 제공하는 계획이 시작되었습니다.[33]

나무를 재배하는 것과 연간 작물을 재배하는 것 사이의 높이 유사성이 잡초 경쟁과 유사한 문제를 산출하는 초기 성장 단계에서 임업은 거의 차이가 없습니다. 그러나 연간과 달리 대부분 그 이후에는 적용이 불필요하므로 목재 작물의 생산적인 경제 주기 사이의 지연을 줄이기 위해 대부분 사용됩니다.[34]

오용 및 오용

시리즈의 일부
오염
공장에서 나오는 대기오염
항공사
생물학적
디지털.
전자기학
자연의
노이즈
방사능
흙
고형폐기물
공간
써멀
시각.
전쟁
물.
토픽
미스크

목록

분류

제초제 휘발 또는 분무 드리프트는 특히 바람이 부는 조건에서 제초제가 인근 밭이나 식물에 영향을 미칠 수 있습니다. 때때로 오류로 인해 잘못된 밭이나 식물이 분사될 수 있습니다.

정치적, 군사적, 분쟁적으로 사용합니다.

주요기사 : 무지개 제초제와 제초전
2004년 에이전트 오렌지의 희생자들이 대부분인 베트남의 장애 어린이들.

제초전은 화학 물질을 사용하지만, 주요 목적은 농산물 생산을 방해하거나 적에게 은폐 또는 은폐를 제공하는 식물을 파괴하는 것입니다. 말레이시아 비상사태 (1948–1960) 기간 동안, 영국군은 말레이시아 국민해방군(MNLA) 저항세력의 위장, 잠재적 식량원을 박탈하고 그들을 밀림에서 쫓아내기 위해 제초제와 고엽제를 말레이시아 시골(작물밭 포함)에 배치했습니다. 제초제와 고엽제의 배치는 MNLA가 잠재적인 식량 공급원을 박탈하기 위해 활동하는 지역에서 매복을 방지하고 작물 밭을 파괴하기 위해 정글 산책로를 얇게 만드는 이중의 목적을 수행했습니다. 영국 공군(RAF) 항공기에서도 제초제와 고엽제가 살포됐습니다.[35] 베트남 전쟁 중 미군이 화학 무기로 제초제를 사용한 것은 화학 물질을 취급한 베트남 국민들과 미군들에게 가시적이고 장기적인 영향을 남겼습니다.[36][37] 남베트남의 산림 20% 이상, 경작지 3.2%는 전쟁 중 한 차례 이상 살포됐습니다.[38] 베트남 정부는 베트남에서 최대 4백만 명이 고엽제에 노출됐고, 에이전트 오렌지 때문에 무려 3백만 명이 질병을 앓았다고 밝혔고,[39] 베트남 적십자사는 에이전트 오렌지에 노출돼 최대 100만 명이 장애를 겪거나 건강에 문제가 있는 것으로 추정했습니다.[40] 미국 정부는 이 수치들을 신뢰할 수 없다고 설명했습니다.[41]

건강 및 환경 영향

참고 항목: 농약의 환경영향과 농약의 건강영향

인간건강

일반적으로, 많은 수의 제초제와 수많은 잠재적인 표적, 대부분 의도하지 않은 것들 때문에 많은 제초제의 건강 및 환경 영향에 대해 많은 의문들이 존재합니다. 예를 들어, 2,4-D의 발암성에 대한 연구를 검토하는 13명의 과학자들로 이루어진 1995년 패널은 2,4-D가 인간의 암을 유발할 가능성에 대해 의견이 갈렸습니다.[42] 1992년 현재 페녹시 제초제에 대한 연구는 이러한 제초제에 대한 노출이 연조직 육종 및 비호지킨 림프종의 위험 증가와 관련이 있다는 증거가 더 강했음에도 불구하고 이러한 제초제로 인한 많은 유형의 암 위험을 정확하게 평가하기에는 너무 적었습니다.[43]

제초제는 상당량을 빠르게 섭취하여 발생하는 급성 독성과 장기간에 걸쳐 환경 및 직업적 노출로 인해 발생하는 만성 독성 외에도 매우 다양한 독성을 가지고 있습니다. 제초제에 대한 많은 대중의 의심은 권장되는 사용 수준에서 만성 독성이 없다는 동등하게 유효한 진술과 대조적으로 급성 독성에 대한 유효한 진술 사이의 혼란을 중심으로 합니다. 예를 들어, 탈로아민 보조제를 사용한 글리포세이트 제제는 극도로 독성이 있지만, 이들의 사용은 23년 이상 동안 미국 보건부의 90,000명의 농부 가족을 대상으로 한 대규모 연구에서 암과 같은 건강 문제와 상관이 없는 것으로 밝혀졌습니다.[44] 즉, 이 연구는 만성 독성이 부족하다는 것을 보여주지만 제초제의 급성 독성에 대해서는 의문을 제기할 수 없습니다.

일부 제초제는 피부 발진부터 사망에 이르기까지 다양한 건강 영향을 미칩니다. 공격 경로는 의도적이거나 비의도적인 직접 소비, 부적절한 적용으로 인해 제초제가 사람이나 야생 동물과 직접 접촉하거나, 에어 스프레이 흡입 또는 라벨이 붙은 수확 전 간격 이전에 음식을 섭취하는 것에서 발생할 수 있습니다. 일부 조건에서 특정 제초제는 지하수나 원거리 지표수를 오염시키기 위해 침출수나 지표 유출수를 통해 운반될 수 있습니다. 일반적으로 제초제 수송을 촉진하는 조건에는 강력한 폭풍 사건(특히 적용 직후)과 제초제를 흡착하거나 보유할 수 있는 능력이 제한된 토양이 포함됩니다. 운반 가능성을 높이는 제초제 특성으로는 지속성(분해에 대한 내성)과 높은 수용성이 있습니다.[45]

페녹시 제초제가 TCDD와 같은 다이옥신에 오염된 사례가 보고되었습니다.[46][citation needed] 연구에 따르면 이러한 오염으로 인해 이러한 제초제에 직업적으로 노출된 후 암 위험이 약간 증가하는 것으로 나타났습니다.[47] 트리아진 노출은 인과관계가 불분명하지만 유방암 위험 증가와 관련이 있을 가능성이 있습니다.[48]

제초제 제조업체는 때때로 제품의 안전성에 대해 거짓 또는 오해의 소지가 있는 주장을 했습니다. 화학제품 제조업체인 몬산토 컴퍼니는 데니스 바코 뉴욕 법무장관의 압력으로 광고를 변경하기로 합의했습니다. 바코는 라운드업을 포함한 자사의 스프레이 방식 글리포세이트계 제초제가 식용 소금보다 안전하고 포유류와 조류에 "사실상 무독성"이라는 오해의 소지가 있는 주장에 대해 불평했습니다. 그리고 물고기(이 말을 한 적이 있다는 증거는 찾기 어렵지만).[49] 반올림은 독성이 있고 85에서 200 ml의 양을 섭취한 후 사망에 이르게 했지만 가벼운 증상이나 중간 정도의 증상만 있는 500 ml의 양을 섭취했습니다.[50] Tordon 101(다우 아그로 사이언스, 다우 케미컬 컴퍼니 소유)의 제조업체는 Tordon 101이 쥐를 대상으로 한 연구에서 활성 성분인 [52]피클로람의 강력한 발암 활성의 증거에도 불구하고 [51]동물과 곤충에 영향을 미치지 않는다고 주장했습니다.[53]

생태효과

제초제 사용은 일반적으로 환경의 여러 측면에 부정적인 영향을 미칩니다. 제초제로 인해 심각한 피해를 입는 곤충, 비표적 식물, 동물 및 수계. 영향은 매우 다양합니다.

수생생물

아트라진은 종종 수중 생물의 번식 행동에 영향을 미치는 것으로 비난을 받아 왔지만, 데이터는 이 주장을 뒷받침하지 않습니다.[54]

조류 개체군

조류 개체군은 제초제 피해의 많은 지표 중 하나입니다.대부분의 관찰된 효과는 독성 때문이 [55]아니라 서식지 변화와 새들이 먹이나 은신처에 의존하는 종의 풍부함 감소 때문입니다. 확실한 절단 후 특정 유형의 성장을 선호하기 위해 사용되는 양잠 재배에서 제초제 사용은 조류 개체군의 상당한 감소를 유발할 수 있습니다. 조류에 대한 독성이 낮은 제초제를 사용하더라도 조류가 의존하는 다양한 종류의 식생의 풍부함을 감소시킵니다.[34] 영국의 농업에서 제초제 사용은 제초제에 의해 죽은 잡초에 의존하는 종자를 먹는 새의 종의 감소와 관련이 있습니다.[56] 신열대 농업 지역에서 제초제의 과도한 사용은 철새 월동을 위한 그러한 농경지의 유용성을 제한하는 것과 관련된 많은 요인 중 하나였습니다.[57]

레지스탕스

잡초 방제를 위한 제초제 사용의 주요 복잡성 중 하나는 식물이 제초제 내성을 진화시켜 제초제가 표적 식물에 대해 효과적이지 못하게 만드는 능력입니다. 잡초는 알려진 31종의 제초제 작용 방식 중 21종에 대한 내성을 진화시켰습니다. 268종의 식물은 적어도 한 번은 제초제 내성을 진화시킨 것으로 알려져 있습니다.[58] 제초제 내성은 1957년에 처음 관찰되었고, 그 이후로 전 세계 30개 과의 잡초 종에서 반복적으로 진화해 왔습니다.[59] 제초제에 대한 잡초 저항성은 전 세계적으로 작물 생산의 주요 관심사가 되었습니다.[60] 제초제에 대한 내성은 종종 과도한 사용과 영향을 받는 잡초에 대한 강한 진화 압력에 기인합니다.[61] 저항을 최소화하기 위해 다양한 작용 방식의 제초제가 사용되는 제초제 적용의 회전 프로그램이 널리 홍보되었습니다.[26] 특히 글리포세이트 내성은 글리포세이트 사용이 처음 시작되었을 때 지속적으로 그리고 잡초 방제에 크게 의존했기 때문에 부분적으로 빠르게 진화했습니다.[62] 이것은 잡초에 믿을 수 없을 정도로 강한 선택 압력을 유발하여 글리포세이트 내성을 부여하는 돌연변이가 지속되고 퍼지도록 유도했습니다.[63]

그러나 2015년에는 회전에 따른 제초제 내성의 증가를 보여주는 광범위한 연구가 있었고, 대신 여러 제초제를 동시에 사용할 수 있도록 혼합할 것을 권장했습니다. 2023년 현재 특히 비표적 부위 내성의 증가에 비추어 제초제 조합의 효과에 대해서도 의문이 제기되고 있습니다.[64][65][66]

식물은 비교적 일찍부터 아트라진과 ALS 억제제에 대한 내성이 생겼지만, 최근에는 글리포세이트에 대한 내성이 급격히 증가했습니다. 가장 꼬리는 글리포세이트 내성이 발달한 잡초 중 하나입니다.[67] 글리포세이트 내성 잡초는 일부 미국 주에서 대두, 면화, 옥수수 농장의 대다수에 존재합니다. 다른 여러 제초제에 저항할 수 있는 잡초가 퍼지고 있습니다. 새로운 제초제는 거의 상용화되지 않았으며, 분자 작용 방식이 내성이 없는 것도 없습니다. 대부분의 제초제가 모든 잡초를 죽일 수 없기 때문에, 농부들은 저항력 있는 잡초의 발달을 막기 위해 작물과 제초제를 교대로 사용합니다.

2008-2009년 41개 미주리 카운티의 144개 수초 개체군을 조사한 결과 69%에서 글리포세이트 내성이 나타났습니다. 2011년과 2012년 아이오와 주 전역의 약 500개 지역의 잡초에서 약 64%의 물 대마 샘플에서 글리포세이트 내성이 나타났습니다. 2023년 기준으로 58종의 잡초가 글리포세이트 내성이 생겼습니다.[68] 생물학적 작용 방식이 전혀 다른 여러 제초제에 내성이 있는 잡초가 증가하고 있습니다. 미주리주에서는 물헴 샘플의 43%가 두 가지 다른 제초제에 내성을 보였고, 6%는 세 가지에 내성을 보였고, 0.5%는 네 가지에 내성을 보였습니다. 아이오와 주에서는 물헴 샘플의 89%가 2개 이상의 제초제에 저항하고, 25%는 3개에 저항하고, 10%는 5개에 저항합니다.[62]

2023년 현재, 6가지 다른 제초제 작용 방식에 대한 내성을 가진 Palmer 아마란스가 등장했습니다.[69] 미국 테네시주의 한 골프장에서 매년 채취하는 블루그래스는 2020년에 7가지 제초제에 한꺼번에 내성이 있는 것으로 밝혀졌습니다.[70] 단단한 라이그래스와 일년생 블루그래스는 가장 많은 수의 제초제 작용 방식에 대한 내성이 확인된 종의 구별을 공유하며, 둘 다 12가지 다른 작용 방식에 대한 내성이 확인되었습니다. 그러나 이 숫자는 어느 시점에서 종에서 얼마나 많은 형태의 제초제 내성이 나타났는지를 의미합니다. 하나의 식물에서 동시에 발견된 수가 아닙니다.[63][71]

2015년, 몬산토는 디캄바와 글리포세이트 모두에 내성이 있는 작물 종자 품종을 출시하여 작물에 해를 끼치지 않고 밭에 더 많은 다양한 제초제를 사용할 수 있게 했습니다. 디캄바 내성 종자를 출시한 지 5년이 지난 2020년까지 한 곳에서 디캄바 내성 팔머 아마란스의 첫 사례가 발견됐습니다.[72]

진화론적 통찰

제초제가 방해하는 생물학적 메커니즘을 담당하는 유전자에 돌연변이가 발생하면 이러한 돌연변이가 제초제 작용 방식을 덜 효과적으로 작동하게 할 수 있습니다. 이것을 표적 부위 저항이라고 합니다. 식물에 가장 도움이 되는 효과가 있는 특정 돌연변이는 별도의 경우에 발생하며 내성 잡초 개체군 전체에서 우세한 것으로 나타났습니다. 이것은 수렴 진화의 한 예입니다.[59] 제초제 내성을 부여하는 일부 돌연변이는 적합성 비용이 있어 다른 방식으로 식물이 생존하는 능력이 감소할 수 있지만 시간이 지남에 따라 가장 비용이 적게 드는 돌연변이가 잡초 개체군에서 우세한 경향이 있습니다.[59]

최근에는 식물이 식물의 세포에 들어가기 전에 제초제를 중화하는 효소를 생산할 수 있는 예(대사 저항성)와 같이 비표적 부위 내성의 발병률이 점점 더 증가하고 있습니다. 식물은 조상들이 직접 노출된 적이 없었던 제초제에 대한 비표적 부위 내성을 발달시킬 수 있기 때문에 이러한 형태의 내성은 특히 어렵습니다.[72]

저항의 생화학

제초제에 대한 내성은 다음과 같은 생화학적 메커니즘 중 하나에 기초할 수 있습니다.[73][74][75]

  • 대상 부위 저항: 표적 부위 내성에서 내성을 유발하는 유전적 변화는 제초제가 표적으로 하는 화학적 메커니즘을 직접적으로 변화시킵니다. 돌연변이는 대사 경로에서 중요한 기능을 하는 효소 또는 전자 수송 시스템의 구성 요소와 관련이 있을 수 있습니다. 예를 들어 유전자 돌연변이에 의해 ALS 내성 잡초가 발생하여 효소가 변형되었습니다.[61] 이러한 변화는 제초제를 무력하게 만듭니다. 표적 부위 저항성은 (유전자 증폭 또는 유전자 프로모터의 변화를 통해) 표적 효소의 과발현에 의해 야기될 수도 있습니다. 이와 관련된 메커니즘은 시토크롬 P450과 같은 적응 가능한 효소를 재설계하여 살충제 자체를 중화시키는 것입니다.[76]
  • 비표적 부위 저항: 비표적 부위 내성에서 내성을 주는 유전적 변화는 표적 부위와 직접적인 관련이 없지만 다른 방법으로 식물이 덜 민감하게 되도록 합니다. 일부 메커니즘은 잡초에서 제초제의 대사 해독, 흡수 및 전위 감소, 제초제의 격리 또는 제초제의 잎 표면으로의 침투 감소를 포함합니다. 이러한 메커니즘은 제초제의 유효 성분이 애초에 목표 부위에 도달하는 것을 감소시킵니다.

식물이 여러 제초제에 동시에 내성을 보이는 경우를 설명하는 데에도 다음 용어가 사용됩니다.

  • 교차 저항: 이 경우 단일 저항 메커니즘이 여러 제초제에 대한 내성을 유발합니다. 표적 부위 교차 내성이라는 용어는 제초제가 동일한 표적 부위에 결합할 때 사용되는 반면, 비표적 부위 교차 내성은 다른 작용 부위를 가진 제초제에 걸쳐 내성을 수반하는 단일 비표적 부위 메커니즘(예: 강화된 대사 해독)으로 인한 것입니다.
  • 다중 저항: 이러한 상황에서는 개별 식물 내에 또는 식물 개체군 내에 두 개 이상의 저항 메커니즘이 존재합니다.

저항관리

통합 잡초 관리(IWM) 접근 방식은 잡초와 산림 저항을 퇴치하는 여러 전술을 활용합니다. 이 접근법은 제초제에 덜 의존하므로 선택 압력을 줄여야 합니다.[77] 2017년 USEPA는 개정된 농약 등록 고시(PRN 2017-1)를 발표하여 농약 등록자에게 필수 농약 내성 관리 표시에 대한 안내를 제공하고 있습니다. 이 요구 사항은 모든 기존 살충제에 적용되며 최종 사용자에게 살충제 내성 관리에 대한 지침을 제공하기 위한 것입니다.[78] USEPA 내성 관리 라벨링 지침을 준수하는 완전 실행 라벨의 예는 2022년에 업데이트된 제초제인 클로란술람-메틸에 대한 표본 라벨에서 볼 수 있습니다.[79]

제초제 투입량을 경제적 역치 수준으로 최적화하는 것은 불필요한 제초제 사용을 피하고 선별 압력을 줄여야 합니다. 제초제는 시기, 용량, 적용 방법, 토양 및 기후 조건이 좋은 활동에 최적임을 보장함으로써 최대한의 잠재력을 발휘해야 합니다. 영국에서는 Alopecurus myosuroides(블랙그래스) 및 Avena genus(야생 귀리)와 같은 부분적으로 내성이 있는 풀 잡초는 종종 2-3 잎 단계에서 제초제를 살포할 때 적절하게 방제될 수 있는 반면, 2-3 경운 단계에서 나중에 살포하면 크게 실패할 수 있습니다. 패치 스프레이, 즉 심하게 감염된 들판에만 제초제를 바르는 것은 전체 제초제 사용을 줄이는 또 다른 방법입니다.[77]

제초제 내성 발생[original research?] 위험에 영향을 미치는 농경학적 요인
인자 저위험 고위험
크롭 시스템 굿 로테이션 작물단작
재배시스템 연간 쟁기질 연속최소경운
잡초방제 문화전용 제초제만
제초제 사용 다양한 동작 모드 단일 동작 모드
전년도 제어 훌륭합니다. 불쌍한.
잡초침식 로우 높은
주변의 저항 알 수 없는 흔한

저항성 잡초의 처리방법

대체 제초제

내성이 처음 의심되거나 확인되면 대안의 효능이 가장 먼저 고려될 가능성이 높습니다. 만약 한 그룹의 제초제에 대한 내성이 있다면, 다른 그룹의 제초제를 사용하는 것은 적어도 단기적으로는 간단하고 효과적인 해결책을 제공할 수 있습니다. 예를 들어, 많은 트리아진 내성 잡초는 디캄바 또는 글리포세이트와 같은 대체 제초제를 사용하여 쉽게 방제되었습니다.[77]

혼합물과 순서

작용 방식이 다른 두 가지 이상의 제초제를 사용하면 내성 유전자형에 대한 선택을 줄일 수 있습니다. 이상적으로 혼합물의 각 구성 요소는 다음과 같습니다.

  • 다양한 대상 사이트에서 활동
  • 높은 수준의 효능을 가지고 있습니다.
  • 다양한 생화학적 경로에 의해 해독됩니다.
  • 토양 내 잔류성이 유사할 것(잔류 제초제인 경우)
  • 음의 교차 저항력 발휘
  • 다른 구성 요소의 활동을 상승시킵니다.

이 모든 속성을 가진 혼합물은 없을 가능성이 높지만 나열된 첫 번째 두 개가 가장 중요합니다. 혼합물이 장기적으로 두 성분에 대한 저항을 선택할 위험이 있습니다. 혼합물과 비교하여 두 제초제 서열의 한 가지 실질적인 이점은 각 적용 사이에 충분한 시간이 경과하는 경우 각 제초제 성분의 효능을 더 잘 평가할 수 있다는 것입니다. 시퀀스의 단점은 두 개의 개별적인 적용이 이루어져야 하며 나중에 적용하면 첫 번째 적용에서 살아남은 잡초에 덜 효과적일 수 있다는 것입니다. 이들이 내성이 있는 경우, 서열의 두 번째 제초제는 첫 번째 적용에 의해 손상되었지만 죽지 않은 민감성 식물을 죽이지만 더 크고 영향을 덜 받는 내성 식물이 생존할 수 있도록 함으로써 내성 개체에 대한 선택을 증가시킬 수 있습니다. 이것은 다른 작용 방식을 가진 제초제인 메코프로프(mecoprop)를 포함하는 서열을 정기적으로 사용함에도 불구하고 최근 스코틀랜드에서 ALS 내성 스텔라리아 배지가 진화한 한 가지 이유로 인용되었습니다.[77]

천연 제초제

유기농 제초제라는 용어는 유기농을 목적으로 하는 제초제를 의미하게 되었습니다. 합성물의 효능에 필적하는 천연 제초제는 거의 없습니다.[80] 저글란속(호두)이나 천상의 나무와 같은 일부 식물들도 제초제를 생산합니다. 천연 제초제의 이러한 작용과 다른 관련된 화학적 상호작용을 타감작용이라고 합니다. 이러한 에이전트의 적용 가능성은 불분명합니다.

농업의 관행과 저항: 사례연구

1970년대에 많은 호주 양치기들이 그들의 목초지에서 밀을 독점적으로 재배하기 시작한 후, 제초제 내성은 호주 농업에서 중대한 문제가 되었습니다. 도입된 품종의 라이그래스는 양을 방목하기에 좋지만 밀과 치열하게 경쟁합니다. 호밀은 너무 많은 씨앗을 만들어내기 때문에 그대로 두면 밭을 완전히 질식시킬 수 있습니다. 제초제는 뛰어난 방제를 제공하는 동시에 경작할 필요가 적어 토양을 방해하는 것을 줄였습니다. 10년도 채 안 되어 라이그래스와 다른 잡초들이 저항력을 갖기 시작했습니다. 이에 대해 호주 농부들은 방법을 바꿨습니다.[81] 1983년까지 라이그래스 패치는 아세틸 조효소 A 카르복실라제라고 불리는 효소를 억제하는 제초제 계열인 괭이그래스(디클로프-메틸)에 면역성을 갖게 되었습니다.[81][82]

라이그래스의 개체 수는 많았고, 농부들이 많은 품종을 심었기 때문에 유전적 다양성이 상당히 많았습니다. 라이그래스는 바람에 의해 교차 수분되기 때문에 유전자가 자주 섞입니다. 유통을 통제하기 위해 농부들은 저렴한 회초리를 뿌려 선별 압력을 만들었습니다. 게다가, 농부들은 때때로 돈을 아끼기 위해 제초제를 희석했고, 이것은 몇몇 식물들이 적용에서 살아남을 수 있게 했습니다. 저항이 나타났을 때 농부들은 아세토락테이트 합성효소를 차단하는 제초제 그룹으로 눈을 돌렸습니다. 다시 한번, 호주의 라이그래스는 다양한 제초제를 빠르게 분해할 수 있게 해주는 일종의 "교차 저항"을 진화시켰습니다. 4가지 종류의 제초제는 몇 년 안에 효력이 없어집니다. 2013년에는 광계 II와 장사슬 지방산 억제제라고 불리는 두 가지 제초제 그룹만이 라이그래스에 효과적이었습니다.[81]

참고 항목

자세한 정보: 제초제 목록

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