Celosvetový trend na ekologizáciu pestovateľského prostredia je plne opodstatnený. V žiadnom prípade netvrdíme, že naša rastlinná výroba nemá potenciálne rezervy v naplnení ekologických kritérií pestovania. Predovšetkým existujú značné rezervy vo využívaní vedeckých prístupov v aplikácii pesticídov, podľa výsledkov diagnostikácie zaburinenia a reálneho stupňa škodlivosti burín v poraste pestovaných plodín.
Často sme svedkami paušálnej aplikácie ako hnojív, tak i pesticídov, iba podľa vopred nastavených rigidných technológií pestovania. Herbicídy patria medzi najvýznamnejší negatívny činiteľ pri zabezpečení ekologických princípov pestovania. Je logické, že výskyt rezídua cudzorodých látok, najmä pesticídov, v pôde a v rastlinných produktoch a potravinách je menší za predpokladu, že tieto preparáty neboli vôbec aplikované. Avšak dodržiavanie vedeckých princípov pestovania v rámci konvenčných technológií minimalizuje prítomnosť týchto nežiaducich látok v úrode a v pestovateľskom prostredí. Treba si však uvedomiť, že nezávisle od systémov pestovania, porast je pod stálou ekologickou záťažou plynných a tuhých kontaminantov ovzdušia (oxid siričitý, oxidy dusíka, ťažké kovy a ďalšie polutanty). Z uvedeného je zrejmé, že na kvalitu úrody vplýva celý rad kontrolovateľných, ale aj nekontrolovaných a pestovateľom neregulovaných faktorov.
Herbicídy sú chemicky individuálne zlúčeniny, ktoré sa používajú na ničenie burín v poraste kultúrnych rastlín. Názov je odvodený od latinského slova herba, čo znamená rastlinu a gréckeho cidó, čo znamená ničiť. Poslaním herbicídov je ochrana porastov kultúrnych rastlín pred rozširovaním rastu nežiaducich druhov rastlín, ktoré na rozdiel od kultúrnych plodín vykazujú mimoriadnu prispôsobivosť na zhoršené výživové podmienky prostredia (najmä deficit živín a vody). Pri vysokom konkurenčnom tlaku burín v poraste plodín dochádza ku významnej redukcii rastových procesov a tým k zníženiu úrody pestovaných plodín. Zasiahnuté buriny po aplikácii herbicídov zastavujú svoj rast, vývin a odumierajú. Preto aplikácia herbicídov v pestovateľskom systéme patrí medzi významné intenzifikačné faktory produkčného procesu a tvorby úrody. Väčšinou pri foliárnej aplikácii sa vstrebávajú cez listy a rozvádzajú sa do stopiek a koreňov, eventuálne sú aplikované do pôdy na potlačenie vzchádzania semien. Účinná zložka herbicídu atakuje kľúčové metabolické dráhy fotosyntézy a predovšetkým inhibuje fotochemické reakcie transformácie svetelnej energie.
Jednotlivé druhy burín vykazujú rozdielnu úroveň konkurenčnej schopnosti kultúrnym rastlinám. Pritom niektoré z nich pri ich nízkom výskyte v rámci alelopatických interakcií môžu aj priaznivo vplývať na rast plodín. Pozornosť si zaslúžia experimentálne výsledky Wilsona(1986), ktorý vypracoval stupnicu hodnotenia relatívnej konkurencieschopnosti druhov burín voči pestovanej plodine a následne predložil stupnicu škodlivosti, vyjadrenú vo forme plodinového ekvivalentu. Z týchto výsledkov vyplýva, že v prípade identickej konkurenčnej aktivity kultúrnej rastliny a buriny plodinový ekvivalent sa rovná 1, a neprejavuje sa pri ňom konkurenčný efekt buriny voči plodine. Wilson vypočítal nasledovné ekvivalenty škodlivosti jednotlivých druhov burín v poraste pšenice: láskavec obyčajný – 7,2, ovos hluchý – 2,5, mak vlčí – 0,9, rumany a rumančeky – 0,6, psiarka roľná a hviezdica prostredná – 0,5, hluchavka purpurová, nezábudka roľná a veroniky – 0,2, fialka roľná – 0,2. Z uvedeného vyplýva, že napr. láskavec obyčajný vykazuje 7,2 násobne vyššiu konkurenčnú aktivitu voči pšenici a ovos hluchý 2,5 násobnú. Naproti tomu ostatné uvedené druhy burín sa vyznačujú zníženým konkurenčným vplyvom na rast pšenice. Plodinový ekvivalent treba pokladať za významný ukazovateľ pri rozhodovaní pestovateľa o reálnej potrebe aplikácie herbicídov v poraste.
Prelom v chemickom spôsobe ničenia burín nastal objavením rastových morforegulátorov, ktoré vyvolávajú poruchy fyziologických a biochemických reakcií.
Niektoré druhy burín vzhľadom na ich vysokú produkciu semien a tým i biologickú schopnosť šírenia v poľných ekosystémoch sú považované za karanténne druhy. Celkové medzi karanténne buriny patri 40 rastlinných druhov, ktoré sú osobitne škodlivé pre rast kultúrnych plodín a preto sú nežiaduce v poraste. Medzi osobitne nežiaduce patria nasledovné druhy: ambrózia palinolistá a ambrózia trojzárezová, ostrokvet malokvetý, huľavník povolžský, panevädzník plazivý, láskavec, šalát tatársky, podslnečník Theofrastov, iva axilaris a iva voškovníková, mohár Faberov, cirok alepský, psiarka roľná, zárazy, zárazovce a ďalšie.
Prvým známym herbicídom bola koncom 19. storočia modrá skalica, neskôr boli zistené herbicídne vlastnosti kyseliny sírovej a jej solí, priemyselných hnojív (kainit, síran amónny, dusičnan amónny, dusíkaté vápno a iné), chlorečnanov, zlúčenín bóru, arzénu a dinitrokrezolových zlúčenín. Avšak prelom v chemickom spôsobe ničenia burín nastal objavením rastových morforegulátorov, ktoré vyvolávajú poruchy fyziologických a biochemických reakcií stimulácie rastových procesov, čo súvisí so zvýšením disimilačných reakcií, spotrebou zásobných látok v dôsledku čoho rastlina odumiera. V ostatnej dobe sa v praxi aplikujú preparáty, ktoré patria medzi syntetické organické látky, ktoré sa vyznačujú selektívnym účinkom na priebeh konkrétnych metabolických a syntetických procesov v rastlinách. Z praktického hľadiska herbicídy delíme na selektívne, ktoré ničia len rastliny určitého botanického druhu a neselektívne, čiže totálne (ničia všetky rastlinné druhy). Podľa spôsobu aplikácie ich rozdeľujeme na kontaktné – pôsobia na vegetačné orgány (aplikujú sa prevažne foliárne) a aplikované do pôdy, ktoré ničia klíčiace rastliny.
Pri výrobe a aplikácii herbicídov sa vyžaduje, aby naplnili tieto základné požiadavky:
1/ vykazovali cielený inhibičný účinok na špecifické metabolické a syntetické procesy, ktoré sú prítomné iba u rastlinných organizmov. Naproti tomu chemický agens pesticídov by mal byť inertný voči biochemickým procesom prítomným v živočíšnych pletivách,
2/ selektívny účinok iba na určité botanické druhy burín,
3/ biodegradovateľnosť (eventuálne časove programovanú perzistenciu) v pestovateľskom prostredí, čo zvyšuje účinnosť preparátu a minimalizuje výskyt rezíduí pesticídov v úrode a v prostredí.
Vychádzajúc z uvedenej premisy prevažná väčšina preparátov pesticídov je cielene programovaná na inhibíciu fotosyntézy, ktoré sú lokalizované v štruktúre tylakoidu. Modelovým príkladom sú triazínové herbicídy (atrazín a simazín) a deriváty močoviny (monouron, diuron) aplikované v poľnohospodárstve od roku 1952, ktoré špecificky pôsobia na transport elektrónov v rámci systému fotosyntetickej fosforylácie. Ich príjem sa uskutočňuje koreňovým systémom z pôdy ,odkiaľ cez apoplast postupujú do nadzemných orgánov. V prípade foliárnej aplikácie ich transport do koreňov sa neuskutočňuje. Atrazín (2-chlór-4-etanylamino-6-izopropyl-5-triazín) je typický defoliant. Analogicky aj 2,4- D (kys. 2,4 –dichlór fenoxyoctová) je defoliant, stimuluje fotosyntézu a urýchľuje senescenciu a apoptózu .
Naproti tomu špecifický účinok derivátov močoviny je namierený na inhibíciu transportu elektrónov medzi primárnym akceptorom elektrónov „Q“ a cytochrómom „b“ v rámci tzv. necyklickej fotofosforylácie fotosystému II. (FS-II). V dôsledku toho je potlačená regenerácia fotosystému I.(FS-I.) a tvorba redukovaného koenzýmu NADPH. Bipyridilové herbicídy typu paraquat (metylvioletgen s hodnotou E=0,44 V) inhibujú fotosyntézu, čím blokujú translokáciu elektrónov v rámci FS-I. medzi primárnym akceptorom elektrónov „X“ a ferredoxinom (Fd), čo sa negatívne prejavuje na tvorbe redukovaného koenzýmu NADPH. Redukované formy koenzýmu sú potrebné predovšetkým na redukciu primárneho produktu asimilácie CO2, ale aj na realizáciu ďalších metabolických procesov, napríklad asimiláciu amoniaku a tvorbu aminokyselín. Z uvedeného je evidentné, že narušenie biofyzikálnych a fotofosforylačných procesov v konečnom dôsledku znižuje energetickú účinnosť fotosyntézy a produkčnú výkonnosť rastlín. Narušenie generovania protónového gradientu (na rozhraní tylakoidu) znižuje výkonnosť svetelnej fázy fotosyntézy, ktorá je zodpovedná za produkciu chemickej energie vo forme ATP. Dochádza ku inhibícii tvorby NADPH a regenerácii FS-I. a FS-II. Okrem toho dochádza ku zvýšenej produkcii peroxidu vodíka, ktorý negatívne vplýva na štruktúru chloroplastov, čo taktiež znižuje výkonnosť fotosyntézy a tým i rastových procesov.
Perzistencia niektorých herbicídov v pestovateľskom systéme je značne rozdielna, a preto môže prekračovať vegetačnú dobu pestovaných plodín.
Interakcia medzi účinnou zložkou herbicídu a akceptorom elektrónov v štruktúre fotosystému je závislá od hodnoty redox potenciálu (H0′) jednotlivých komponentov – prenášačov elektrónov (donorov a akceptorov elektrónov). Transport elektrónov sa uskutočňuje od záporných hodnôt redox potenciálu donora ku relatívne kladným hodnotám akceptora. Za predpokladu prítomnosti účinnej zložky herbicídu, ktorej hodnota redox potenciálu je blízka prirodzenému akceptoru, potom preberá elektrón od donora a tým odblokuje z činnosti prirodzený reťazec (dráhu) transportu elektrónov, čo sa prejaví v narušení funkčnosti systému, t.j. v transformácii svetelnej energie na energiu chemickú. O účinnosti interakcie a prenose elektrónov rozhoduje ako hodnota a znamienko „H“, tak aj vzdialenosť (predpokladá sa, že by malá byť <7 nm) vstupujúcich komponentov do reakčného vzťahu.
Naproti tomu glyfosát, ktorý je súčasťou mnohých komerčných herbicídov, blokuje syntézu aromatických aminokyselín. Aktívna zložka preparátu N-fosfatmetyl-glycin inhibuje činnosť enzýmu EPSPS-enol-pyruvyl šikimat syntázu, čo sa prejavuje v redukcii tvorby tryptofanu a tyrozínu. Deficit tryptofanu a tyrozínu spôsobuje narušenie tvorby viacerých metabolitov a predovšetkým katalytických a konštitučných bielkovín. Tým, že syntéza tryptofanu a tyrozínu sa neuskutočňuje v živočíšnej bunke, sa zdôvodňuje, že glyfosát (vraj) nie je škodlivý pre živočíchov. Preparát Glufosinat s aktívnou zložkou fosfinotricinu (komerčný produkt herbicídov Basta, Liberti, Ignate) inhibuje aktivitu enzýmu glutamín syntetázy, ktorá katalyzuje reakciu syntézy amidov. V dôsledku uvedeného dochádza ku zvýšeniu koncentrácie voľného amoniaku. Nadbytok amoniaku v rastlinnom pletive spôsobuje amoniakálnu toxicitu a následne úhyn rastlín. Reakcie asimilácie amoniaku cestou tzv. redukčnej aminácie 2-oxo organických kyselín tvorby aminokyselín alebo amidov patria medzi reakcie, ktoré sa uskutočňujú výlučné v rastlinách.
V súčasnosti najväčšími producentmi herbicídov sú veľké, často nadnárodné chemické giganty typu Monsanto (producent Roundup), Hoechst (Basta), Ciba–Geigy (Atrazín) a DuPont (producent derivátov sulfonyl močoviny). Okrem toho uvedené giganty realizujú výrobu osív, vrátane geneticky modifikovaných, odolných na prítomnosť herbicídov.
Vo všeobecnosti je známe, že trh s agrochemikáliami a osivami GM plodín je sústredený do malého počtu výrobcov, čo vytvára na trhu s osivami evidentne monopolné postavenie. Prirodzene snahy o maximálny zisk môžu cielene ovplyvňovať konkurenčné prostredie a možnosť predkladania na trh aj produkty nedostatočne overené a odskúšané, čo môže negatívne ovplyvniť kvalitu potravín. Cez cielenú reklamu a lobing môžu účinne ovplyvňovať agrárnu politiku a marketing s potravinami na globálnom trhu. Dôkazom toho sú i výsledky hlasovania v EU o predĺžení platnosti povolenia na aplikáciu glyfosátov, ktoré je v rozpore s hlavnými cieľmi a zásadami environmentálnej politiky EU. I napriek tomu, že EU vo viacerých dokumentoch prísne sleduje ekologické a environmentálne požiadavky, počnúc rozširovaním zelenej energetiky na báze obnoviteľných zdrojov energie, rozširovaním ekologických princípov v rastlinnej výrobe a zvyšovaním podielu biopotravín. Volení predstavitelia EU schválili predĺženie aplikácie kontroverzných pesticídov aktívnou zložkou glyfosátu o ďalších 5 rokov. Za predĺženie hlasovalo celkove 14 krajín (vrátane Slovenska), 9 krajín bolo proti a jedna krajina sa hlasovania zdržala. Rozhodnutie EU de fakto je výsledkom vplyvu globálneho kapitálu prostredníctvom volených zástupcov ľudu na tvorbu legislatívnych noriem. Rozhodnutie EU je v protiklade s tvrdením Medzinárodnej agentúry pre výskum rakoviny, ktorá označuje glyfosát za kancerogénny. Analogicky i Svetová zdravotnícka organizácia (WHO) vyjadrila odmietavé stanovisko na používanie glyfosátu, ktorý je najpoužívanejším preparátom v poľnohospodárstve na svete. I napriek tomu treba konštatovať, že hodnotenie zdravotnej škodlivosti glyfosátu jednotlivými medzinárodnými autoritatívnymi inštitúciami je značne rozdielne, čo môže ukazovať na účinnosť lobingu zo strany producenta. Širokospektrálny pesticíd glyfosát sa na Slovensku ročne aplikuje v stovkách ton v RV ako aj pri ošetrovaní mestských parkov, železničných tratí a ihrísk.
V záujme zamedzenia negatívneho vplyvu herbicídu na pestované plodiny boli pripravené a v praxi sú rozširované transgénne odrody.
I napriek proklamovaným zásadám o špecifickom účinku herbicídov iba na rastlinné organizmy treba konštatovať, že existujú čiastočné dôkazy o škodlivosti komerčne vyrábaných a v praxi aplikovaných herbicídov i na metabolické procesy živočíchov. V tomto smere boli medializované environmentálne a zdravotné dôsledky aplikácie herbicídov Americkou armádou počas vojny vo Vietname. Boli použité preparáty známe ako Agent Orange, čo predstavuje zmes kys. 2,4-dichlór fenoxyoctovej (2,4-D) a kys. 2,4,5-trichórfenoxy octovej (2,4,5-T) v pomere 1:1. Okrem toho zmes bola kontaminovaná dioxínmi (vedľajší produkt syntézy 2,4,5-T) najmä vysoko toxickým TCDD, ktorý spôsobuje rakovinu. Celkovo bolo vo Vietname použitých 70 tisíc ton herbicídnej zmesi a 150 kg dioxínov. Išlo o mimoriadne hanebný čin zameraný proti prírode a ľuďom, ktorý nikdy a nikým nebol potrestaný.
Uplynulo viac ako polstoročie od aplikácie toxických preparátov. Za toto obdobie sa príroda síce dokázala regenerovať, avšak zdravotné dôsledky ľudí vo Vietname potvrdili oprávnenosť názorov, že viaceré typy a formulácie chemických syntetických zlúčenín patriacich medzi herbicídy vykazujú negatívny účinok nie len na rastliny, ale aj živočíchy, vrátane človeka, čo vyžaduje mimoriadnu opatrnosť pri ich plošnej aplikácii.
Perzistencia niektorých herbicídov v pestovateľskom systéme je značne rozdielna (od mesiaca do 2,5 roka), a preto môže prekračovať vegetačnú dobu pestovaných plodín. Predsa pestovatelia majú aj vlastné poznatky, že často aplikovaný herbicíd pri predplodine vykazuje reziduálny efekt v následnej plodine. Orientačné hodnoty perzistencie niektorých herbicídov v pôde sú nasledovné: 2,4-D: jeden mesiac, 2,4,5-T: 1-2 roky, Simazín: 1-2,5 roky, Atrazín: 0,5-2 roky, Monourón: 6-10 mesiacov a Diurón: 1-2 roky. Uvedené hodnoty nie sú absolútne a sú limitované podmienkami prostredia, najmä mikrobiologickou aktivitou pôdnej mikroflóry, ktorá je závislá od vlhkosti pôdy, teploty a prístupných zdrojov uhlíka pre rast mikroorganizmov. Prístupné limitné hodnoty koncentrácie Atrazínu (zeazín 50 DP) v pôde v závislosti od citlivosti plodín sú nasledovné: pre porast pšenice: 0,2 – 0,3 mg/kg pôdy, zemiaky: 1,25 – 2,5 a hrach siaty: 1 – 1,75 mg/kg pôdy.
V záujme zamedzenia negatívneho vplyvu herbicídu na pestované plodiny boli pripravené a v praxi sú rozširované transgénne odrody, ktoré sú rezistentné na prítomnosť účinnej zložky herbicídu. Príkladom rezistencie na herbicídy je transgénna kukurica známa pod názvom SmarStax kukurica, ktorá vykazuje rezistenciu voči motýľom víjačky kukuričnej, proti chrobákom kukuričiara koreňového a toleranciu na prítomnosť herbicídu na báze glyfosátu a glufosinátu (Roundup a Liberty). Rozširovaním pestovania odrôd odolných na herbicídy spôsobuje enormný nárast výroby a aplikácie pesticídov, čo môže vykazovať negatívny účinok na prírodné a životné prostredie.
Na záver treba konštatovať, že uplatnenie ekologických princípov pri pestovaní plodín priorizuje aplikáciu agrotechnických postupov a naproti tomu minimalizuje aplikáciu chemických cudzorodých látok. Je žiaduce v maximálnej miere uplatňovať všeobecne platné požiadavky pre aplikáciu herbicídov.
Medzi najčastejšie nedostatky patria:
1/ paušálna aplikácia – bez posúdenia reálneho konkurenčného tlaku a prahu škodlivosti,
2/ nedostatočne sa zohľadňuje informácia o aktuálnom stave zaburinenosti pozemkov,
3/ nie sú zohľadnené výsledky limitných hodnôt perzistencie (stálosti) herbicídov v pôde,
4/ nerešpektuje sa stupeň fyziologickej citlivosti plodín na výber preparátov,
5/ zhodnotenie výsledkov limitnej (medznej) koncentrácie herbicídov v pôde.
Na základe uvedeného odporúčame predovšetkým preferovať agrotechnické spôsoby obrábania pôdy, mechanické spôsoby ničenia burín, cieľavedomé striedanie plodín v osevnom postupe z hľadiska rozdielnej konkurenčnej odolnosti plodín. Rozhodovanie o aplikácii herbicídov uskutočňovať podľa výsledkov analýzy stavu zaburinenosti pozemku a hodnotenia reálneho konkurenčného tlaku na rast plodín a produkčnú výkonnosť porastu (prah škodlivosti, hodnoty plodinového ekvivalentu).
Autor: prof. Ing. Ivan Michalík, DrSc., Nitra
