Reducing herbicide use in spring cereal production

Abstract

Rikkakasvien kemiallinen torjunta yleistyi Suomessa 1960 luvun puolivälissä. Herbisidien käyttö on muun viljelyteknisen kehityksen ohella lisännyt viljelykasvien satoa ja viljelyn kannattavuutta. Herbisidien käytön tarkentamista on kuitenkin perusteltu mm. tuotantokustannusten optimoimilla ja torjunta-aineiden haitallisilla ympäristövaikutuksilla. Tässä tutkimuksessa selvitettiin herbisidien merkitystä ja käyttöä kevätviljan viljelyssä, joka on suurin herbisidien käyttökohde. Tutkimus jakautui i) peltojen rikkakasvilajiston, rikkakasvien runsauden ja herbisidien tehokkuuden selvittämiseen Etelä- ja Keski-Suomen viljelyksillä, sekä ii) kenttäkokeisiin, joissa tutkittiin suositeltua pienempien herbisidiannosten käyttökelpoisuutta. Tavoitteena oli tarkentaa kevätviljan viljelyssä yleisimmin käytettyjen fenoksihappoherbisidien käyttösuosituksia nykyistä tarvetta vastaaviksi. Kevätviljapeltojen rikkakasvilajisto Etelä- ja Keski-Suomen kevätviljapelloilla kasvoi 1980-luvun alussa keskimäärin 170 rikkakasvia/M2 (mediaani 124) ja niiden tuottama ilmakuiva biomassa oli keskimäärin 320 kg/ha (mediaani 183) ruiskuttamattomilla näytealoilla. Rikkakasvien lukumäärä ja paino pinta-alayksikköä kohden olivat vähentyneet kolmannekseen 1960-luvun alun tilanteeseen verrattuna. Peltojen rikkakasvillisuus koostui pääosin kaksisirkkaisista lajeista. Yleisimpiä ja runsaimmin esiintyneitä rikkakasveja olivat jauhosavikka, pillikkeet, pelto-orvokki, pihatähtimö ja kiertotatar. Yleisin rikkaheinä oli juolavehnä. Yksittäisen pellon rikkakasvillisuus koostui keskimäärin seitsemästä (2-13) torjunnan kannalta merkittävästä lajista. Kenttäkokeissa todettiin, että herbisidien suositeltuna ruiskutushetkenä vil. an 3-4 -lehtiasteella rikkakasveista oli taimettunut keskimäärin 70-75 %. Hyvässä kasvukunnossa oleva vilja kuitenkin ehkäisi herbisidiruiskutuksen jälkeen taimettuneiden rikkakasvien kasvun varsin tehokkaasti. Kevätviljapeltojen rikkakasvillisuuteen vaikuttavia tekijöitä havainnollistettiin ordinaatioanalyysillä. Rikkakasvien esiintymiseen vaikuttivat maaperätekijät sekä viljelytekniset toimet kuten viljelykierto ja torjunta-aineiden käytön yleisyys. Yksittäisiä rikkakasvien esiintymiseen vaikuttavia tekijöitä ei havaintoaineistosta voitu erottaa, sillä maaperään ja viljelytoimiin liittyvät tekijät kytkeytyivät toisiinsa. Peipit, matarat, peltoemäkki ja saunakukka olivat yleisiä Etelä- ja Lounais-Suomen viljanviljelyalueella, jossa maalaji oli pääasiassa savea. Keski-Suomessa, jossa viljelykierto on monipuolisempaa ja maalajit kevyempiä, tyypillisiä lajeja olivat hierakat, tatarlajit ja leinikit. Jauhosavikkaa ja pillikettä esiintyi kaikkialla. Herbisidien tehokkuus MCPA-valmisteet ja yleisimmät seosvalmisteet (MCPA/ diklorproppi, MCPA/mekoproppi) muodostivat yhdessä 91 % viljelyksillä käytetyistä herbisideistä. Ruiskutus MCPA:lla vähensi rikkakasvien biomassaa keskimäärin 65 %ja seosvalmisteilla 83 % käsittelemättömään havaintoruutuun verrattuna. Kenttäkokeissa oli suositellulla annoksella ruiskutettujen herbisidiseosten teho vastaavasti 85-90 %. Alimman nykyisin suositellun herbisidiannoksen pienentäminen 30 %:lla heikensi MCPA/diklorproppi-, MCPA/fluroksipyyri- ja MCPA/mekoproppi-valmisteiden tehoa keskimäärin alle 10 prosenttiyksikköä. Vieläkin pienemmät herbisidimäärät olivat riittäviä, jos torjunta tehtiin hyvissä oloissa ja herbisidi valittiin rikkakasvilajiston mukaan. Riski torjunnan epäonnistumisesta kasvoi kuitenkin annosta pienennettäessä. Tulosten perusteella voidaan suositella nykyisin voimassa olevien annossuositusten pienentämistä 30 prosentilla. Nykyistä pienempien annosten käyttö edellyttää viljelijöillä taitoa valita herbisidi rikkakasvilajiston mukaan. Tietokonepohjaiset asiantuntijajärjestelmät ovat tulossa viljelijöiden avuksi herbisidiä ja tarpeenmukaista annosta valittaessa. Tästä tutkimuksesta saadut tulokset antavat arvokasta tietoa asiantuntijajärjestelmien kehittämiseen. Herbisidien käyttötarve Rikkakasvien osuus viljakasvuston kokonaisbiomassasta oli alle 5 % ruiskuttamattomillakin näytealoilla. Nykyistä viljelytekniikkaa käyttäen ja kylvötiheyssuosituksia noudattaen viljakasvustot kehittyvät erittäin kilpailukykyisiksi yleisimpiä rikkakasvejamme vastaan. Rikkakasvit vähensivätkin viljan satoa keskimäärin alle 5 %. Herbisidiruiskutus suositeltua pienemmillä annoksina tuotti saman satotuloksen kuin suositellulla ainemäärällä ruiskutettuna. Viljan kylvösiemenmäärän lisääminen ei osoittautunut taloudelliseksi vaihtoehdoksi rikkakasvien torjunnassa. Hyvinkin pienillä herbisidiannoksilla ehkäistiin rikkakasvien kasvua tehokkaammin kuin viljan suositeltua kasvutiheyttä lisäämällä. Viljan kasvutiheys ei vaikuttanut ruiskutushetkeen mennessä taimettuneiden rikkakasvien lukumäärään, mutta tiheä viljakasvusto ehkäisi rikkakasvien biomassan kasvua myöhemmin kesällä. Luotettavia kynnysarvoja herbisidin käytöstä luopumiselle ei löydetty. Herbisidien käyttötarvetta ei voitu arvioida pelkästään taimettuneiden rikkakasvien lukumäärän perusteella, sillä lukumäärä ei yksinään kuvannut kasvustoon myöhemmin kesän aikana kehittyvää rikkakasvimassaa eikä viljalle aiheutuvaa sadon menetystä. Muutama rikkakasvi neliömetrillä harvassa viljelykasvustossa saattoi tuottaa enemmän biomassaaja rikkasiemeniä kuin yli sata yksilöä tasaisesti orastuneessa hyvässä kasvukunnossa olevassa kasvustossa. Herbisidien käyttö ei kaikissa tilanteissa ollut taloudellisesti kannattavaa, jos torjunnan hyötyä arvioidaan pelkästään sadon määränä. Herbisidien käytöstä luopuminen lisää kuitenkin maahan kertyvien rikkasiementen määrää. Herbisidien jatkuva käyttö pienillä annosmäärilläkin osoittautui tässä suhteessa turvallisemmaksi vaihtoehdoksi kuin välivuodet torjunnassa. Rikkakasvien määrän ja lajiston suuri vuosittainen ja peltokohtainen vaihtelu edellyttää iikkakasvillisuuden kartoitusta joka vuosi ennen herbisidivalintaa ja -ruiskutusta. Ruiskutuksen ajoitus rikkakasvien varhaiselle taimivaiheelle tuo mahdollisuuden käyttää nykyistä pienempiä herbisidiannoksia. Näin menetellen, realistisena tavoitteena voidaan pitää viljaherbisidien käytön vähenemistä Suomessa 30 prosentilla.

A survey was conducted in southern and central Finland from 1982 to 1984 to determine the main weed species affecting spring cereal production. The weed flora was dominated by broad-leaved species. The most common broad-leaved weeds were Chenopodium album L., Galeopsis L. spp., Viola arvensis Murr. and Stellaria media (L.) Vill., and the most common grass weed was Elymus repens (L.) Gould. The density of weeds averaged 170 plants m-2 (median 124), and the dry weight 320 kg ha-1 (median 183). Ordination analyses revealed that the species composition of weed populations varied regionally and was affected by soil characteristics and crop management practices, particularly by long-term use of herbicides. An additional aspect studied in the survey was herbicide efficacy in farmers' fields. Phenoxy acid herbicides, MCPA, dichlorprop and mecoprop, were the most common active ingredients used in the 252 spring cereal fields surveyed. MCPA alone gave only a moderate control of 65%, determined as a reduction of weed biomass, whereas the efficacy of herbicide mixtures containing MCPA averaged 83%. Inadequate control was in most cases due to a wrong choice of active ingredient for the prevailing weed population. Reduction in the use of herbicides by applying lower doses than recommended was studied in field experiments. Herbicide formulations of MCPA/dichlorprop, MCPA/ mecoprop and MCPA/fluroxypyr were screened in spring barley (Hordeum vulgare L.) and spring wheat (Triticum aestivum L.) fields. The efficacy of herbicides, applied at the lowest recommended dose, averaged 85%. At a 30% lower dose the efficacy still reached 79%. Even lower herbicide doses were often adequate, depending on the herbicide, weed species and the crop. The production of weed biomass was adequately suppressed with reduced doses since the most common and aggressive species, such as Chenopodium album and Galeopsis spp., were efficiently controlled with low doses. Use of reduced herbicide doses for three years in the same field caused neither an increase in the subsequent weed infestation nor changes in the species composition of weed populations compared with the treatments at recommended rates of application. The percentage emergence of weeds averaged 70-75% at the time of herbicide application when the crop was at the 3-4 leaf growth stage. However, spraying during the early growth stages of those weeds that emerge in the main flush is recommended since the competitive ability of the crop is normally sufficient to suppress the growth of late-emerging weed seedlings. At harvest the proportion of weed biomass in unsprayed plots, as a proportion of the total vegetative biomass, averaged 3.1 % in barley fields and 3.6% in wheat fields. The growth of weeds was more efficiently suppressed with reduced herbicide doses than by increasing the seeding rate of the crop. The mean yield gain remained below 5% at all rates of herbicide application. No reliable density-based threshold for chemical weed control was established. Instead, site-specific dose adjustment based on the composition and infestation level of the prevailing weed populations is suggested to reduce the total use of herbicides and to maintain the current low levels of weed infestation. Consequently, annual reductions of 30% in use of cereal herbicides are expected. Such a reduction corresponds to monetary savings of approximately FIM 20 million per annum at the national level.