La потрага за одрживим алтернативама хемијским пестицидима Ово је један од главних изазова са којима се суочава савремена пољопривреда. Године интензивне употребе инсектицида и хербицида омогућиле су нам да прехранимо растућу глобалну популацију, али су такође оставиле забрињавајући траг на воду, биодиверзитет и људско здравље. Стога се свака технологија која смањује нашу зависност од ових супстанци, а истовремено одржава продуктивност усева, посматра са великим интересовањем.
У том контексту, сузбијање штеточина помоћу вибрација и ултразвука Од готово научне куриозитета, прешло је пут до правог алата у интегрисаном сузбијању штеточина. Од уређаја који имитирају вибрационе сигнале које инсекти користе за размножавање до ултразвучних емитера који симулирају присуство предатора, недавна истраживања показују да је могуће „говорити језиком“ штеточина како би се привукле, збуниле или одбиле, а све то без прскања поља хемикалијама.
Зашто пољопривреда тражи алтернативе пестицидима
La Модерна интензивна пољопривреда је неизбежно агресивна према животној срединиТо је зато што се заснива на фаворизовању једне гајене врсте у односу на било ког конкурента: корова, инсеката, гљивица или малих сисара. Са механизацијом и потребом да се производи више по хектару, брзо решење били су пестициди, који су деценијама били неопходни савезници у обезбеђивању жетве.
Међутим, широка употреба ових супстанци довела је до веома озбиљни еколошки и здравствени проблемиКонтаминација водоносних слојева, оштећење нециљне фауне (укључујући опрашиваче попут пчела и бумбара), појава отпорности код многих штеточина и здравствени ризици за изложене јединке. То је класичан мач са две оштрице: они помажу у производњи хране, али истовремено могу да нам наштете.
Ова ситуација је подстакла развој биолошка решења као што су биођубрива и биопестицидиОве методе се заснивају на микроорганизмима или корисним инсектима који се такмиче са штеточинама или их нападају. Иако представљају значајан напредак, оне и даље не могу у потпуности заменити агрохемикалије без губитка ефикасности, посебно у високоинтензивним системима.
Отуда интересовање за иновативне стратегије као што су физичка или бихевиорална контрола штеточина путем вибрацијашто омогућава ометање комуникације инсеката или симулирање присуства предатора, смањујући штету без остављања токсичних остатака у окружењу.
Улога вибрација и ултразвука у комуникацији штеточина
Многе пољопривредне штеточине користе вибрације и акустични сигнали да се оријентишу, пронађу партнера или открију предаторе. Неке врсте комуницирају путем вибрација које преносе биљке (кроз стабљике и лишће), док друге користе ултразвук који се емитује у ваздуху, нечујан за људе, али савршено препознатљив за друге животиње.
У случају бубе које сишу житарицеПоказано је да важне штеточине соје, кукуруза, пшенице и пасуља комбинују два система: на великим удаљеностима, до око 100 метара, користе феромони да привуку потенцијалне партнере. Када се приближе, мењају канал и почињу са емитовањем вибрациони сигнали кроз биљку да би назначио своју тачну позицију, поруку која би била нешто попут „Овде сам, приђите мени“.
Ове вибрације путују кроз тело биљке, што делује као прави природни „кабл“ који преноси сигналЗанимљиво је да неколико женки, као и других мужјака, могу реаговати на исти сигнал, тако да „вибрациони дијалог“ у култури може бити прилично сложен.
Код других штеточина, као што су ноћни мољци из рода СподоптераУлтразвук игра кључну улогу. Ови лептири су чест плен слепих мишева, који их прецизно лоцирају захваљујући ултразвучној ехолокацији. Они су, заузврат, развили низ акустичних одговора који могу да збуни ехолокацију слепих мишева или им помоћи да открију њихово присуство на време да побегну. Другим речима, на ноћном небу се води прави „акустични рат“.
Разумевање ових комуникационих система омогућило је истраживачима да предложе веома моћну идеју: Ако знамо шта штеточине чују и како комуницирајуМожемо да направимо уређаје који имитирају, мењају или блокирају те сигнале како бисмо их манипулисали у нашу корист.
Бразилски уређај који користи микровибрације за привлачење стјеница
Један од најупечатљивијих напредака у сузбијању штеточина помоћу вибрација долази из Бразила, где је тим из Бразилска корпорација за пољопривредна истраживања (Ембрапа) и Државни универзитет у Мато Гросу развио је електронски уређај способан да репродукује вибрационе сигнале које користе бубе које сисају зрна у својој репродуктивној фази.
Технологија је заснована на вишегодишњем посматрању репродуктивно понашање ових инсекатаНаучници су анализирали специфичне фреквенције вибрација које емитују када траже партнера и успели су да их сниме, сачувају и репродукују на контролисан начин помоћу електронског прототипа који се причвршћује за замке на терену.
Ове замке комбинују две врсте мамаца: синтетички феромоникоје делују са велике удаљености како би привукле стенице „мирисом“, и мали вибрирајући уређај који имитира прецизни вибрациони сигнали што инсекти тумаче као позив за парење. Резултат је нека врста „лажног сигнала“ који концентрише инсекте у замци уместо да их распрши по усеву.
Према речима биолога Раула Алберта Лаумана, из Лабораторије за семиохемикалије генетских ресурса и биотехнологије у Ембрапи, комбинована употреба вибрације и феромони Омогућава не само хватање стјеница, већ и добијање веома прецизних информација о густини и просторној расподели популација штеточина на парцели.
У теренским испитивањима која су тренутно у току, замке са уређајем су постављене отприлике сваких пет хектараНакон тога, инсекти ухваћени на свакој тачки се броје, а математички модели се користе за процену стварне густине штеточина по целом усеву. Овај приступ чини вибрирајуће замке алат за фино праћење, кључан за одлучивање када и како интервенисати.
Предности и потенцијал сузбијања стјеница вибрацијама
Стенице и гусенице су две најштетније штеточине у соји и друге житарице. Док се трансгене биљке и ентомопатогени микроорганизми користе, између осталог, за сузбијање гусеница, сузбијање смрдљивих буба се и даље у великој мери ослања на хемијске инсектициде. Стога је проналажење алтернативних метода које су мање агресивне и безбедније за животну средину и људско здравље стратешки изазов.
Бразилски вибрирајући уређај указује управо у том правцу. Његова велика привлачност је у томе што би могао да постане Права алтернатива конвенционалним инсектицидимаили барем значајно смањити њихову употребу интегрисањем у програме интегрисаног сузбијања штеточина. Клопке би служиле и за праћење и за смањење популација стјеница на нивое испод прага економске штете.
Штавише, то је технологија високо специфичан за циљану штеточинуЗа разлику од инсектицида широког спектра, који може да уништи и корисне инсекте попут природних предатора или опрашивача, вибрације и феромони су усмерени само на бубе које сисају зрна и препознају ове сигнале. Ово минимизира утицај на корисне инсекте.
Према прелиминарним резултатима које је објавио тим Ембрапа, комбинована употреба синтетичких феромона и вибрација је омогућила јасно смањити присуство стјеница на пољима испитивања, а све то без ометања активности корисних инсеката као што су пчеле или бумбари. У сценарију где ФАО процењује да штеточине могу изазвати смањење глобалне пољопривредне производње и до 40%, сваки напредак у овој области има значајан економски и еколошки утицај.
Патент за ову технологију поднет је крајем 2023. године Бразилском националном институту за индустријску својину и, за сада, Још увек није комерцијално доступанИстраживачи траже индустријске партнере, посебно компаније посвећене развоју аутоматизованих замки, са циљем повећања производње и пласирања ових уређаја на пољопривредно тржиште.
Изазови примене микровибрација у великим размерама
Упркос ентузијазму који је изазвала ова иновација, изнета су и нека питања разумне сумње у његову одрживост великих размераЕнтомолог Хосе Маурисио Симоес Бенто, стручњак за хемијску екологију и понашање инсеката на Универзитету у Сао Паулу, високо цени Ембрапин рад, посебно прецизну идентификацију вибрационих фреквенција које користе стјенице.
Међутим, Симоес истиче да је велика непознаница Како реплицирати овај систем на плантажама које покривају стотине хиљада хектараТо је случај са сојом у Бразилу, где се гаји преко 45 милиона хектара. Инсталирање уређаја на довољном броју локација могло би бити скупо и логистички сложено, а оптимална равнотежа између трошкова технологије и смањења штете још увек није јасна.
Још један важан технички аспект јесте да Вибрациона комуникација стјеница одвија се преко биљкене директно у ваздух. Да би се сигнал ефикасно преносио, уређај мора бити повезан са постројењем или структуру која омогућава ширење вибрација кроз биљно ткиво. Ово поставља питања као што су: Да ли је довољно поставити један уређај по клопци? Да ли мора бити причвршћен за одређену биљку? Како се размножавање мења у зависности од густине усева?
Лауман и његов тим предлажу да реше неке од ових изазова путем коришћење математичких модела који повезују хватање замки са стварном густином штеточина, чиме се избегава потреба за покривањем сваке биљке уређајем. Штавише, они предлажу интеграцију ове технологије са другим методама биолошке контроле, као што је употреба паразитоиди јаја стјеницакоје се хране и развијају унутар јаја штеточине, додатно смањујући њену популацију.
Ако се постигне напредак у аутоматизацији бројања ухваћених инсеката, на чему се такође ради, вибрирајуће замке би могле бити трансформисане у кључни алат у интегрисаном сузбијању штеточинаобавештавајући пољопривредника у готово реалном времену о нивоима стјеница у свакој области фарме, чиме се олакшавају много прецизније и благовременије одлуке о контроли.
Ултразвучни уређаји за одбијање мољаца и других летећих штеточина
Поред вибрација које преносе биљке, још једно веома активно подручје истраживања је употреба ултразвука за одвраћање штетних инсекатаНедавна студија објављена у часопису Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) од стране јапанског тима показала је посебно обећавајуће резултате против мољаца из рода Spodoptera, главних штеточина усева као што су јагоде, лук, парадајз и многе друге врсте поврћа.
Под руководством истраживача Рјоа Накана са Универзитета у Нагоји, спроведена су испитивања у поља и пластеници јагода и лука где су били инсталирани цилиндрични ултразвучни емитери, способни да емитују звук у кругу од 360 степени. Ови уређаји су имитирали ултразвук који емитују слепи мишеви, природни предатори ноћних мољаца.
Научници су се фокусирали на прецизно подешавање трајање, фреквенција и интензитет ултразвучних сигнала да би се постигла максимална ефикасност одбијања. Резултати су показали да је, када су уређаји активирани од сумрака до зоре (период активности ових мољаца), лет женки значајно смањен, а пре свега, њихов полагање јаја на усевима.
Ово је кључно јер многе врсте попут Сподоптера литоралис (црна крофна) или Сподоптера ексигуа (зелена крофна или војничка глиста) Највећи део штете узрокују током ларвалне фазе. Спречавање женки да полажу јаја у усеву елиминише проблем, драстично смањујући популације ларви које прождиру лишће и плодове.
Ентомолог Мигел Анхел Миранда Чуека, професор зоологије на Универзитету Балеарских острва, сматра да је овај приступ... чврста научна основаТо је зато што користи акустични језик (ултразвук) који ови лептири природно користе за комуникацију са својим предаторима. Он верује да ова врста технологије може постати нова метода контроле у оквиру интегрисаног система за сузбијање штеточина.
Ограничења ултразвука против других уобичајених штеточина
Иако су резултати са мољцима рода Spodoptera веома обећавајући, стручњаци се слажу да Ефикасност ултразвука не може се генерализовати на било коју штеточину.Свака врста има своју сензорну биологију и не користе све вибрације или ултразвук за комуникацију или откривање претњи.
Јасан пример је воћна мушица (Цератитис цапитата)Буба која жаби једна је од најзначајнијих штеточина које погађају воћке широм света. Према речима стручњака, овај инсект не користи ултразвук као примарно средство комуникације, што знатно компликује проналажење фреквенције и „акустичне поруке“ која ће га натерати да се одбије или побегне. Без ове биолошке основе, пројектовање заиста ефикасног звучног система је практично немогуће.
Нешто слично се дешава и са штеточинама у затвореном простору као што су бубашвабеНа тржишту постоје уређаји који тврде да одбијају бубашвабе помоћу ултразвука. Међутим, истраживачи попут Миранде Чуеке тврде да су ови производи биолошки бесмислени јер бубашвабе не користе ове сигнале на начин који омогућава трајно одбијање.
У случају комарциТеорија има мало више основа, јер користе звукове у свом репродуктивном понашању (на пример, карактеристично зујање крила како би привукли женке). Међутим, доступне студије указују да репродукција тих звукова Нема јасан репелентни ефекатИ до сада није идентификован ултразвучни образац који их може доследно одбијати у реалним условима.
Још једна област у којој је ултразвук тестиран је сузбијање глодара као што су пацови, мишеви или волухарице, посебно током периода интензивних пољопривредних најезди. Знамо да ове животиње могу да комуницирају користећи високофреквентне звукове, на пример, за удварање или територијалну одбрану, и то је довело до дизајна наводно одбијајућих уређаја. Међутим, научни докази указују на то да ефекат је највише привременНови звук може у почетку бити застрашујући, али временом се животиње навикну на њега, баш као што се дешава и нама људима са сталним досадним звуком.
Еколошки утицај и „бука“ на селу
Једно питање које се не може занемарити јесте еколошки утицај који емисије ултразвука и вештачких вибрација могу имати у пољопривредном екосистему. Иако намера може бити само одбијање или привлачење одређених штеточина, истина је да многи други организми деле то окружење и могу бити погођени овим сигналима.
Аутори јапанске студије у PNAS-у сами признају да екстензивна употреба ових уређаја може генерисати одређени „бука“ за друге врстеИако ултразвук није чујан људима, чује га много животиња и може ометати њихову комуникацију или понашање ако се не користи на контролисан начин.
На пример, континуирана симулација ултразвука слепих мишева, дизајнирана да уплаши мољце, могла би такође утичу на друге безопасне ноћне лептире или инсекти који су део исхране птица или других предатора. Модификовањем понашања плена, цео екосистем може бити индиректно измењен. ланац исхране што је већ прилично напрегнуто у интензивним пољопривредним системима.
У окружењу хуманизованом као што је пољопривреда, свака интервенција, ма колико добронамерна била, има последице по животну срединуСтога, пре примене великих решења заснованих на вибрацијама или ултразвуку, ентомолози инсистирају на потреби бољег проучавања ових могућих нежељених ефеката и процене да ли су они прихватљиви у поређењу са штетом која се жели избећи.
Кључно ће бити пронаћи равнотежа између ефикасности и еколошке поштовањаКористите минималне неопходне сигнале, у прецизно време и на прецизним местима, и комбинујте ове алате са другим стратегијама (биоконтрола, управљање стаништима, отпорне сорте итд.) како бисте минимизирали употребу хемикалија без стварања нових невидљивих проблема.
Коначно, сузбијање штеточина помоћу вибрација и ултразвука постаје све успостављеније. веома моћно поље иновација У оквиру одрживе пољопривреде, вибрирајуће замке за житне бубе, способне да их привуку путем електронски репродукованих феромона и микровибрација, отварају врата циљаној контроли која је мање зависна од инсектицида. У међувремену, ултразвучни емитери инспирисани слепим мишевима показују да је могуће „преварити“ мољце попут Сподоптера и значајно смањити њихово полагање јаја. Иако и даље постоје изазови у вези са скалабилношћу, трошковима, ограничењима специфичним за врсту и потенцијалним ефектима на друге облике живота, све индикације указују на то да ће се ове технологије прогресивно интегрисати у интегрисане програме сузбијања штеточина, нудећи пољопривредницима још један алат за заштиту њихових усева без штетног утицаја на животну средину или угрожавања здравља оних који раде и зависе од земље.
