제초제(herbicide)는 식물을 죽이는 약품이다. 제초제는 선택적으로 특정 식물군, 예를 들면 잎이 넓은 식물 혹은 풀과 같은 식물만을 죽일 수도 있고 비선택적으로 모든 식물들을 죽여 불모지를 만들 수도 있다. 비선택성 제초제는 보통 식물의 광합성을 방해하여 식물이 말라죽게 하는 것이다.
이 제초제를 뿌리면 식물은 곧 녹색을 잃고 시든 후에 죽는다. 선택성 제초제는 특정한 생명체의 어떤 성장 단계에서 일어나는 화학 변화를 조절하여 생화학적 촉매인 호르몬의 작용을 저해한다. 오늘날 사용하는 대부분의 선택성 제초제는 성장 호르몬이다. 이 호르몬들은 식물의 세포를 팽창시켜 화학물질들이 출입하기엔 불가능할 정도로 잎을 두껍게 만들고 뿌리도 두꺼워지게 만들어 필요한 물과 영양소들을 흡수하지 못하게 한다.
농사를 지을 때 잡초가 자라지 못하도록 하는 전통적인 방법은 땅을 갈아 일구어서 경작하는 것이다. 1900년대 초에 어떤 비료는 잡초를 죽일 수도 있다는 사실을 알았다. 예를 들면 시안아미드칼슘(CaNCN)을 질소 비료로 사용하면 잡초의 성장이 억제된다는 사실이 밝혀졌다. 아비산염(arsenites), 비산염(arsenate), 황산염, 황산, 염소도 상업적으로 시판되는 대표적인 제초제들이다. 이 제초제들 중에는 40%의 염소산나트륨과 50%의 메타붕산나트륨 그리고 10%의 비활성 충전제가 들어 있다. 이러한 제초제들은 비선택성이므로 재배하고자 하는 식물이 죽지 않게 충분한 관리를 하여 사용해야 한다.
니트로페놀은 1935년에 사용된 최초의 선택성 유기 화합물 제초제이다. 옥신 또는 호르몬 형의 제초제에 관한 연구가 시작된 것도 1930년대였다. 오늘날 가장 널리 쓰이는 제초제인 2,4-D(2,4-dichlorophenoxyacetic acid)는 이러한 연구들의 결과로 나온 것이다. 이에 상응하는 2,4,5-T (2,4,5-trichlorophenoxyacetic acid)도 역시 매우 뛰어난 효력을 나타낸다. 이 화합물과 2,4-D의 차이점은 벤젠고리의 5번 탄소에 염소가 하나 더 붙어 있다는 것뿐이다.
월남전 당시 가장 많이 쓰였던 고엽제인 에이전트 오렌지(agent orange)는 2,4-D와 2,4,5-T의 혼합물이다. 미국 환경 보호국(EPA)에서는 2,4,5-T가 여러 가지 건강 문제를 야기시키는 것을 밝혀내고 사용을 금지시켰다. 특히 이 물질이 건강에 나쁜 영향을 끼치는 것은 다이옥신 불순물 때문으로 추정한다.
다이옥신은 어떤 물질보다도 독성이 강한 맹독성 물질이다. 현재 생산되고 있는 2,4,5-T에는 다이옥신이 없으나 제초제로 다시 쓰일 수 있을지는 더 지켜봐야 할 일이다. 2,4-D와 2,4,5-T 두 화합물은 모두 식물의 세포 내 RNA의 양을 비정상적으로 증식시켜 그 식물을 죽이는 것이다.
트리아진(triazine)의 여러 가지 유도체도 제초제로 효능이 뛰어난데 이중 가장 널리 알려진 것은 아트라진(atrazine)이다. 아트라진은 무경간농법(밭을 갈지 않고 좁고 깊은 도랑을 파서 씨를 심는 법 ; no-till, zero-tillage 또는 minimum-tillage)으로 옥수수나 다른 작물들을 재배할 때 잡초를 억제하기 위하여 널리 사용하는 화합물이다.
아트라진은 사용 후 다른 화합물로 빨리 변화를 주지 않으면 녹색식물에 대해 독성이 있는 물질이다. 옥수수와 몇몇 작물은 아트라진을 자신에게 해가 없는 혼합물로 바꾸는 능력이 있지만 잡초들은 그렇지 못하다. 그 결과 잡초는 죽고 옥수수에겐 해가 없다.
파라쿼트(paracuat)도 또한 접촉성 제초제로 쓰인다. 이 제초제를 식물에 직접 살포하면 그 식물은 곧 서리를 맞은 것처럼 변해 죽는다. 파라쿼트는 멕시코나 다른 지역에서 불법으로 재배하는 마리화나와 양귀비 밭에 살포해오던 제초제이기 때문에 상당히 관심을 끄는 물질이다. 파라쿼트는 두 개의 방향족 고리가 연결된 구조로 되어 있는데 각 방향족 고리에는 아트라진과 마찬가지로 질소 원자가 포함되어 있다.
무경간농법으로 제초제를 써서 농사를 지으면 막대한 양의 에너지가 절약된다. 이러한 농법을 쓰면 상당한 표토 보존 효과가 있는데 그 이유는 토양이 전에 심었던 작물로 덮여 있어서 풍화나 침식 작용에 의한 표토 유실이 적기 때문이다. 그러나 제초제를 사용하여 농사를 지을 때는 농업연구기관들과 긴밀한 관계를 유지하여 부작용이 없고 원하는 효능만 나타내는 제초제를 선택해서 써야 한다.
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