La meklēt ilgtspējīgas alternatīvas ķīmiskajiem pesticīdiem Šis ir viens no galvenajiem izaicinājumiem, ar ko saskaras mūsdienu lauksaimniecība. Gadiem ilga intensīva insekticīdu un herbicīdu lietošana ir ļāvusi mums pabarot pieaugošo pasaules iedzīvotāju skaitu, taču tie ir atstājuši arī satraucošu ietekmi uz ūdeni, bioloģisko daudzveidību un cilvēku veselību. Tāpēc jebkura tehnoloģija, kas samazina mūsu atkarību no šīm vielām, vienlaikus saglabājot kultūraugu produktivitāti, tiek uztverta ar lielu interesi.
Šajā kontekstā kaitēkļu apkarošana, izmantojot vibrācijas un ultraskaņu No gandrīz zinātniskas kuriozitātes tā ir kļuvusi par reālu instrumentu integrētā kaitēkļu apkarošanā. Sākot ar ierīcēm, kas atdarina vibrācijas signālus, ko kukaiņi izmanto vairošanai, līdz ultraskaņas izstarotājiem, kas imitē plēsēju klātbūtni, jaunākie pētījumi pierāda, ka ir iespējams "runāt kaitēkļu valodā", lai tos pievilinātu, apmulsinātu vai atbaidītu, un tas viss notiek bez lauka apsmidzināšanas ar ķimikālijām.
Kāpēc lauksaimniecība meklē alternatīvas pesticīdiem
La Mūsdienu intensīvā lauksaimniecība neizbēgami ir agresīva pret vidiTas ir tāpēc, ka tā pamatā ir vienas kultivētas sugas atbalstīšana salīdzinājumā ar jebkuru konkurentu: nezālēm, kukaiņiem, sēnītēm vai maziem zīdītājiem. Līdz ar mehanizāciju un nepieciešamību saražot vairāk no hektāra, ātrais risinājums bija pesticīdi, kas gadu desmitiem ir bijuši būtiski sabiedrotie ražas nodrošināšanā.
Tomēr šo vielu plaša lietošana ir radījusi ļoti nopietnas vides un veselības problēmasŪdens nesējslāņu piesārņojums, kaitējums nemērķa faunai (tostarp apputeksnētājiem, piemēram, bitēm un kamenēm), daudzu kaitēkļu rezistences rašanās un veselības riski pakļautajām personām. Tas ir klasisks divvirzienu zobens: tie palīdz ražot pārtiku, bet tajā pašā laikā tie var atstāt iespaidu uz mums.
Šī situācija ir veicinājusi attīstību bioloģiskie risinājumi piemēram, biomēslojumu un biopesticīduŠīs metodes ir balstītas uz mikroorganismiem vai derīgajiem kukaiņiem, kas konkurē ar kaitēkļiem vai uzbrūk tiem. Lai gan tās ir ievērojams progress, tās joprojām nevar pilnībā aizstāt agroķīmiskās vielas, nezaudējot efektivitāti, īpaši ļoti intensīvās sistēmās.
Tādēļ interese par inovatīvām stratēģijām, piemēram, kaitēkļu fiziska vai uzvedības kontrole, izmantojot vibrācijaskas ļauj traucēt kukaiņu saziņu vai simulēt plēsēju klātbūtni, samazinot bojājumus, neatstājot toksiskas atliekas vidē.
Vibrāciju un ultraskaņas loma kaitēkļu komunikācijā
Daudzi lauksaimniecības kaitēkļi izmanto vibrācijas un akustiskie signāli lai orientētos, atrastu partneri vai atklātu plēsējus. Dažas sugas sazinās, izmantojot augu pārraidītās vibrācijas (caur stublājiem un lapām), savukārt citas izmanto gaisā izstaroto ultraskaņu, kas cilvēkiem nav dzirdama, bet citiem dzīvniekiem ir pilnīgi atpazīstama.
For graudu sūcējiIr pierādīts, ka svarīgi sojas pupiņu, kukurūzas, kviešu un pupiņu kaitēkļi apvieno divas sistēmas: lielos attālumos, līdz pat aptuveni 100 metriem, tie izmanto feromoni lai piesaistītu potenciālos partnerus. Kad viņi tuvojas, viņi pārslēdz kanālu un sāk raidīt vibrācijas signāli caur augu lai norādītu precīzu tā atrašanās vietu, ziņojumu, kas būtu kaut kas līdzīgs "Esmu šeit, nāc man pretī".
Šīs vibrācijas pārvietojas pa auga ķermeni, kas darbojas kā patiess dabisks “kabelis”, kas pārraida signāluInteresanti ir tas, ka uz vienu un to pašu signālu var reaģēt gan vairākas mātītes, gan citi tēviņi, tāpēc "vibrējošais dialogs" kultūrā var būt diezgan sarežģīts.
Citos kaitēkļos, piemēram, spodoptera ģints naktstauriņiUltraskaņai ir galvenā loma. Šie tauriņi ir bieži sastopams sikspārņu medījums, kas tos precīzi atrod, pateicoties ultraskaņas eholokai. Savukārt tie ir attīstījuši virkni akustisko reakciju, kas var lai sajauktu sikspārņu eholokāciju vai palīdzēt tiem laikus atklāt savu klātbūtni, lai aizbēgtu. Citiem vārdiem sakot, nakts debesīs notiek īsts “akustiskais karš”.
Izpratne par šīm komunikācijas sistēmām ir ļāvusi pētniekiem ierosināt ļoti spēcīgu ideju: Ja mēs zinām, ko kaitēkļi dzird un kā tie sazināsMēs varam izveidot ierīces, kas atdarina, maina vai bloķē šos signālus, lai manipulētu ar tiem mūsu labā.
Brazīlijas ierīce, kas izmanto mikrovibrācijas, lai pievilinātu blaktis
Viens no pārsteidzošākajiem sasniegumiem kaitēkļu apkarošanā, izmantojot vibrācijas, ir no Brazīlijas, kur komanda no Brazīlijas Lauksaimniecības pētniecības korporācija (Embrapa) un Mato Grosso štata universitāte ir izstrādājusi elektronisku ierīci, kas spēj reproducēt vibrācijas signālus, ko graudus sūcošās blaktis izmanto to reproduktīvajā fāzē.
Šī tehnoloģija ir balstīta uz daudzu gadu novērojumiem. Šo kukaiņu reproduktīvā uzvedībaZinātnieki analizēja specifiskās vibrāciju frekvences, ko tie izstaro, meklējot partneri, un spēja tās kontrolētā veidā ierakstīt, uzglabāt un reproducēt ar elektronisku prototipu, kas piestiprinās pie slazdiem laukā.
Šie slazdi apvieno divu veidu ēsmu: sintētiskie feromonikas darbojas no liela attāluma, lai pievilinātu blaktis ar "smaržu", un neliela vibrējoša ierīce, kas atdarina precīzi vibrācijas signāli ko kukaiņi interpretē kā pārošanās saucienu. Rezultāts ir sava veida "viltus signāls", kas koncentrē kukaiņus slazdā, nevis izkliedē tos pa visu kultūru.
Kā apgalvo biologs Raúls Alberto Laumanns no Embrapa Ģenētisko resursu un biotehnoloģijas semioķīmisko vielu laboratorijas, kombinēta izmantošana vibrācijas un feromoni Tas ļauj ne tikai notvert blaktis, bet arī iegūt ļoti precīzu informāciju par kaitēkļu populāciju blīvumu un telpisko sadalījumu parauglaukumā.
Pašlaik notiekošajos lauka izmēģinājumos slazdi ar ierīci tiek novietoti aptuveni ik pēc pieciem hektāriemPēc tam katrā punktā notvertie kukaiņi tiek saskaitīti, un matemātiskie modeļi tiek izmantoti, lai novērtētu faktisko kaitēkļu blīvumu visā kultūrā. Šī pieeja padara vibrējošos slazdus par smalkas uzraudzības rīks, galvenais, lai izlemtu, kad un kā iejaukties.
Gultas blakšu apkarošanas ar vibrācijām priekšrocības un potenciāls
Blaktis un kāpuri ir Divi no viskaitīgākajiem kaitēkļiem sojas pupiņās un citas graudaugu kultūras. Lai gan transgēnie augi un entomopatogēnie mikroorganismi tiek izmantoti, cita starpā, lai kontrolētu kāpurus, blakšu apkarošana joprojām lielā mērā balstās uz ķīmiskiem insekticīdiem. Tāpēc alternatīvu metožu atrašana, kas ir mazāk agresīvas un drošākas videi un cilvēku veselībai, ir stratēģisks izaicinājums.
Brazīlijas vibrācijas ierīce norāda tieši uz šo virzienu. Tās lielākā pievilcība slēpjas apstāklī, ka tā varētu kļūt par Īsta alternatīva tradicionālajiem insekticīdiemvai vismaz ievērojami samazināt to lietošanu, integrējot tos integrētās kaitēkļu apkarošanas programmās. Slazdi kalpotu gan blakšu populāciju uzraudzībai, gan samazināšanai līdz līmenim, kas ir zem ekonomiskā kaitējuma sliekšņa.
Turklāt tā ir tehnoloģija ļoti specifisks mērķa kaitēklimAtšķirībā no plaša spektra insekticīda, kas var iznīcināt arī labvēlīgos kukaiņus, piemēram, dabiskos plēsējus vai apputeksnētājus, vibrācijas un feromoni ir vērsti tikai uz graudus sūcošām kukaiņiem, kas atpazīst šos signālus. Tas samazina ietekmi uz labvēlīgajiem kukaiņiem.
Saskaņā ar Embrapa komandas publicētajiem provizoriskajiem rezultātiem, sintētisko feromonu un vibrāciju kombinēta izmantošana ir ļāvusi ievērojami samazināt blakšu klātbūtni laukos izmēģinājumu, un tas viss, netraucējot tādu labvēlīgu kukaiņu kā bišu vai kamenu darbību. Scenārijā, kurā FAO lēš, ka kaitēkļi var izraisīt globālās lauksaimniecības produkcijas samazinājumu līdz pat 40%, jebkādam progresam šajā jomā ir ietekme. ievērojama ekonomiskā un ekoloģiskā ietekme.
Šīs tehnoloģijas patents tika iesniegts 2023. gada beigās Brazīlijas Nacionālajā rūpnieciskā īpašuma institūtā, un pagaidām Tas vēl nav komerciāli pieejamsPētnieki meklē rūpnieciskos partnerus, īpaši uzņēmumus, kas nodarbojas ar automatizētu slazdu izstrādi, lai palielinātu ražošanu un ieviestu šīs ierīces lauksaimniecības tirgū.
Mikrovibrāciju pielietošanas izaicinājumi plašā mērogā
Neskatoties uz entuziasmu, ko radījis šis jauninājums, ir paustas arī dažas bažas. pamatotas šaubas par tā dzīvotspēju plašā mērogāEntomologs Hosē Mauricio Simões Bento, ķīmiskās ekoloģijas un kukaiņu uzvedības eksperts Sanpaulu Universitātē, augstu vērtē Embrapas darbu, īpaši precīzu gultas blakšu izmantoto vibrācijas frekvenču identificēšanu.
Tomēr Simões norāda, ka lielais nezināmais ir Kā atkārtot šo sistēmu plantācijās, kas aptver simtiem tūkstošu hektāruTā tas ir ar sojas pupiņām Brazīlijā, kur tiek kultivēti vairāk nekā 45 miljoni hektāru. Ierīču uzstādīšana pietiekamā skaitā vietu varētu būt dārga un loģistiski sarežģīta, un optimālais līdzsvars starp tehnoloģiju izmaksām un bojājumu samazināšanu joprojām nav skaidrs.
Vēl viens svarīgs tehnisks aspekts ir tas, ka Blakšu vibrācijas saziņa notiek caur augunevis tieši gaisā. Lai signāls tiktu efektīvi pārraidīts, ierīcei jābūt savienots ar augu vai struktūra, kas ļauj vibrācijai izplatīties pa visiem auga audiem. Tas rada tādus jautājumus kā: Vai pietiek ar vienas ierīces novietošanu uz katru slazdu? Vai tai jābūt piestiprinātai pie konkrēta auga? Kā mainās pavairošana atkarībā no kultūraugu blīvuma?
Laumans un viņa komanda ierosina atrisināt dažas no šīm problēmām, izmantojot matemātisko modeļu izmantošana kas korelē slazdu notveršanas rezultātus ar faktisko kaitēkļu blīvumu, tādējādi novēršot nepieciešamību katru augu pārklāt ar ierīci. Turklāt viņi ierosina integrēt šo tehnoloģiju ar citām bioloģiskās kontroles metodēm, piemēram, gultas blakšu olu parazitoīdikas barojas un attīstās kaitēkļa olu iekšpusē, vēl vairāk samazinot tā populāciju.
Ja tiks panākts progress notverto kukaiņu skaitīšanas automatizācijā, pie kā arī tiek strādāts, vibrējošos slazdus varētu pārveidot par Galvenais instruments integrētajā kaitēkļu apkarošanāgandrīz reāllaikā paziņojot lauksaimniekam par blakšu līmeni katrā saimniecības zonā, tādējādi atvieglojot daudz precīzākus un savlaicīgākus kontroles lēmumus.
Ultraskaņas ierīces kožu un citu lidojošu kaitēkļu atbaidīšanai
Papildus augu pārraidītajām vibrācijām vēl viena ļoti aktīva pētījumu joma ir Ultraskaņas izmantošana kaitīgu kukaiņu atbaidīšanaiNesen žurnālā "Proceedings of the National Academy of Sciences" (PNAS) publicēts japāņu komandas pētījums, kurā īpaši daudzsološi rezultāti ir gūti cīņā pret Spodoptera ģints kodēm, kas ir galvenie kaitēkļi tādām kultūrām kā zemenes, sīpoli, tomāti un daudzi citi dārzeņi.
Nagojas Universitātes pētnieka Rjo Nakano vadībā pētījumi tika veikti zemeņu un sīpolu lauki un siltumnīcas kur tika uzstādīti cilindriski ultraskaņas izstarotāji, kas spēja izstarot skaņu 360 grādu leņķī. Šīs ierīces atdarināja sikspārņu, dabisko nakts kožu plēsēju, izstaroto ultraskaņu.
Zinātnieki koncentrējās uz precīzu pielāgošanu ultraskaņas signālu ilgums, frekvence un intensitāte lai sasniegtu maksimālu atbaidīšanas efektivitāti. Rezultāti parādīja, ka, aktivizējot ierīces no krēslas līdz rītausmai (šo naktstauriņu aktivitātes periods), mātīšu lidošana ievērojami samazinājās un, pats galvenais, to olu dēšana uz kultūraugiem.
Tas ir ļoti svarīgi, jo daudzas sugas, piemēram, Spodoptera littoralis (melnais donuts) vai Spodoptera exigua (zaļais donuts vai armijas tārps) Lielāko daļu bojājumu tie rada kāpuru stadijā. Neļaujot mātītēm dēt olas kultūrā, problēma tiek novērsta, ievērojami samazinot kāpuru populācijas, kas aprij lapas un augļus.
Entomologs Migels Anhels Miranda Čueka, Baleāru salu Universitātes zooloģijas profesors, uzskata, ka šī pieeja ir... stabils zinātnisks pamatsTas ir tāpēc, ka tā izmanto akustisko valodu (ultraskaņu), ko šie tauriņi dabiski izmanto, lai sazinātos ar saviem plēsējiem. Viņš uzskata, ka šāda veida tehnoloģija var kļūt par jaunu kontroles metodi integrētā kaitēkļu apkarošanas sistēmā.
Ultraskaņas ierobežojumi pret citiem izplatītiem kaitēkļiem
Lai gan rezultāti ar Spodoptera ģints kodēm ir ļoti daudzsološi, eksperti ir vienisprātis, ka Ultraskaņas efektivitāti nevar vispārināt uz nevienu kaitēkli.Katrai sugai ir sava sensoriskā bioloģija, un ne visas izmanto vibrācijas vai ultraskaņu, lai sazinātos vai atklātu draudus.
Spilgts piemērs ir augļu muša (Ceratitis capitata)Dzeloņblakts ir viens no nozīmīgākajiem kaitēkļiem, kas visā pasaulē ietekmē augļu kokus. Pēc ekspertu domām, šis kukainis neizmanto ultraskaņu kā galveno saziņas līdzekli, kas ievērojami sarežģī frekvences un "akustiskā ziņojuma" atrašanu, kas liks tam atvairīties vai bēgt. Bez šī bioloģiskā pamata patiesi efektīvas skaņas sistēmas izstrāde ir praktiski neiespējama.
Kaut kas līdzīgs notiek ar iekštelpu kaitēkļiem, piemēram, prusakuTirgū ir ierīces, kas apgalvo, ka atbaida prusakus, izmantojot ultraskaņu. Tomēr tādi pētnieki kā Miranda Čueka apgalvo, ka šie produkti ir bioloģiski bezjēdzīgi, jo prusaki neizmanto šos signālus veidā, kas nodrošina ilgstošu atbaidīšanu.
For odiŠai teorijai ir nedaudz lielāks pamatojums, jo tie savā reproduktīvajā uzvedībā izmanto skaņas (piemēram, raksturīgo spārnu zumēšanu, lai pievilinātu mātītes). Tomēr pieejamie pētījumi liecina, ka šo skaņu reproducēšana Tam nav skaidras atgrūdošas iedarbības.Un līdz šim nav identificēts neviens ultraskaņas modelis, kas varētu tos konsekventi atvairīt reālos apstākļos.
Vēl viena joma, kurā ir pārbaudīta ultraskaņa, ir grauzēju kontrole piemēram, žurkas, peles vai peļveidīgos grauzējus, īpaši intensīvas lauksaimniecības invāzijas periodos. Mēs zinām, ka šie dzīvnieki var sazināties, izmantojot augstfrekvences skaņas, piemēram, uzmanības piesaistīšanai vai teritoriālajai aizsardzībai, un tas ir novedis pie it kā atbaidīšanas ierīču izstrādes. Tomēr zinātniskie pierādījumi liecina, ka efekts ir maksimāli īslaicīgsJauna skaņa sākotnēji var būt biedējoša, taču laika gaitā dzīvnieki mēdz pie tās pierast, tāpat kā tas notiek ar mums, cilvēkiem, ar pastāvīgu kaitinošu skaņu.
Ekoloģiskā ietekme un “trokšņa piesārņojums” laukos
Viens jautājums, ko nevar ignorēt, ir ultraskaņas un mākslīgo vibrāciju emisiju ekoloģiskā ietekme lauksaimniecības ekosistēmā. Lai gan nolūks varētu būt tikai atbaidīt vai piesaistīt noteiktus kaitēkļus, patiesībā daudzi citi organismi atrodas šajā vidē, un šie signāli var tos ietekmēt.
Paši Japānas pētījuma autori žurnālā PNAS atzīst, ka plaša šo ierīču lietošana var radīt zināmu “Trokšņa piesārņojums” citām sugāmLai gan ultraskaņu cilvēki nedzird, to dzird daudzi dzīvnieki, un, ja to neizmanto kontrolētā veidā, tā varētu traucēt to saziņai vai uzvedībai.
Piemēram, nepārtraukta sikspārņu ultraskaņas simulācija, kas paredzēta, lai aizbaidītu kodes, varētu ietekmē arī citus nekaitīgus nakts tauriņus vai kukaiņi, kas ir daļa no putnu vai citu plēsēju uztura. Mainot medījuma uzvedību, var netieši mainīt visu ekosistēmu. pārtikas ķēdē kas intensīvās lauksaimniecības sistēmās jau tā ir diezgan saspringta.
Tik humanizētā vidē kā lauksaimniecība jebkura iejaukšanās, lai cik labi tā būtu domāta, ir sekas vidēTāpēc pirms liela mēroga risinājumu ieviešanas, kuru pamatā ir vibrācijas vai ultraskaņa, entomologi uzstāj uz nepieciešamību labāk izpētīt šīs iespējamās blakusparādības un novērtēt, vai tās ir pieņemamas, salīdzinot ar kaitējumu, no kura paredzēts izvairīties.
Galvenais būs atrast līdzsvars starp efektivitāti un ekoloģisko saudzējumuIzmantojiet minimālos nepieciešamos signālus precīzā laikā un vietā un apvienojiet šos rīkus ar citām stratēģijām (biokontroli, dzīvotņu apsaimniekošanu, izturīgas šķirnes utt.), lai samazinātu ķīmisko vielu lietošanu, neradot jaunas, neredzamas problēmas.
Galu galā kaitēkļu apkarošana, izmantojot vibrācijas un ultraskaņu, kļūst par nostiprināšanos. ļoti spēcīga inovāciju joma Ilgtspējīgas lauksaimniecības ietvaros vibrācijas slazdi graudu blaktīm, kas spēj tās pievilināt, izmantojot elektroniski reproducētus feromonus un mikrovibrācijas, paver durvis mērķtiecīgai kontrolei, kas ir mazāk atkarīga no insekticīdiem. Tikmēr sikspārņu iedvesmoti ultraskaņas izstarotāji liecina, ka ir iespējams "apmānīt" kodes, piemēram, Spodoptera, un ievērojami samazināt to olu dēšanu. Lai gan joprojām pastāv problēmas saistībā ar mērogojamību, izmaksām, sugai raksturīgajiem ierobežojumiem un iespējamo ietekmi uz citām dzīvības formām, visas norādes liecina, ka šīs tehnoloģijas tiks pakāpeniski integrētas integrētās kaitēkļu apkarošanas programmās, piedāvājot lauksaimniekiem vēl vienu instrumentu savu kultūraugu aizsardzībai, nekaitējot videi vai neapdraudot to cilvēku veselību, kuri strādā un ir atkarīgi no zemes.
