La пошук екологічно чистих альтернатив хімічним пестицидам Це один з головних викликів, що стоять перед сучасним сільським господарством. Роки інтенсивного використання інсектицидів та гербіцидів дозволили нам прогодувати зростаюче населення світу, але вони також залишили тривожний слід на воді, біорізноманітті та здоров'ї людини. Тому будь-яка технологія, яка зменшує нашу залежність від цих речовин, зберігаючи при цьому продуктивність сільськогосподарських культур, розглядається з великим інтересом.
У цьому контексті боротьба зі шкідниками за допомогою вібрації та ультразвуку З майже наукового цікавого це перетворилося на реальний інструмент інтегрованої боротьби зі шкідниками. Від пристроїв, що імітують вібраційні сигнали, що використовуються комахами для розмноження, до ультразвукових випромінювачів, що імітують присутність хижаків, нещодавні дослідження демонструють, що можна «розмовляти мовою» шкідників, щоб приваблювати, заплутувати або відлякувати їх, і все це без обприскування поля хімікатами.
Чому сільське господарство шукає альтернативи пестицидам
La Сучасне інтенсивне сільське господарство неминуче агресивне щодо навколишнього середовищаЦе пояснюється тим, що вона базується на наданні переваги одному культурному виду над будь-яким конкурентом: бур'янами, комахами, грибами чи дрібними ссавцями. З механізацією та необхідністю виробляти більше з гектара, швидким рішенням стали пестициди, які протягом десятиліть були важливими союзниками у забезпеченні врожаю.
Однак широке використання цих речовин призвело до дуже серйозні екологічні та медичні проблемиЗабруднення водоносних горизонтів, пошкодження нецільової фауни (включаючи запилювачів, таких як бджоли та джмелі), поява стійкості у багатьох шкідників та ризики для здоров'я людей, які зазнали впливу. Це класична палиця з двома кінцями: вони допомагають виробляти їжу, але водночас можуть негативно впливати на нас.
Ця ситуація стимулювала розвиток біологічні розчини такі як біодобрива та біопестицидиЦі методи базуються на мікроорганізмах або корисних комахах, які конкурують зі шкідниками або атакують їх. Хоча вони являють собою значний прогрес, вони все ще не можуть повністю замінити агрохімікати без втрати ефективності, особливо у високоінтенсивних системах.
Звідси й інтерес до інноваційних стратегій, таких як фізичний або поведінковий контроль шкідників за допомогою вібраційщо дозволяє перешкоджати комунікації комах або імітувати присутність хижаків, зменшуючи шкоду, не залишаючи токсичних залишків у навколишньому середовищі.
Роль вібрацій та ультразвуку в комунікації шкідників
Багато сільськогосподарських шкідників використовують вібрації та акустичні сигнали щоб орієнтуватися, знаходити пару або виявляти хижаків. Деякі види спілкуються за допомогою вібрацій, що передаються рослинами (через стебла та листя), тоді як інші використовують ультразвук, що випромінюється в повітрі, нечутний для людини, але чудово розпізнаваний іншими тваринами.
У випадку клопи, що смокчуть зерноБуло показано, що важливі шкідники сої, кукурудзи, пшениці та квасолі поєднують дві системи: на великих відстанях, приблизно до 100 метрів, вони використовують феромони щоб залучити потенційних партнерів. Коли вони підходять ближче, вони перемикають канал і починають трансляцію вібраційні сигнали через рослину щоб вказати його точне місцезнаходження, повідомлення, яке виглядало б приблизно так: «Я тут, підійдіть до мене».
Ці коливання поширюються по тілу рослини, яке діє як справжній природний «кабель», який передає сигналЦікаво, що кілька самок, а також інші самці можуть реагувати на один і той самий сигнал, тому «вібраційний діалог» у культурі може бути досить складним.
У інших шкідників, таких як нічні метелики роду SpodopteraУльтразвук відіграє ключову роль. Ці метелики є звичайною здобиччю кажанів, які точно знаходять їх завдяки ультразвуковій ехолокації. Вони, у свою чергу, розвинули серію акустичних реакцій, які можуть заплутати ехолокацію кажанів або допомогти їм вчасно виявити їхню присутність, щоб втекти. Іншими словами, у нічному небі відбувається справжня «акустична війна».
Розуміння цих комунікаційних систем дозволило дослідникам запропонувати дуже потужну ідею: Якби ми знали, що чують шкідники та як вони спілкуютьсяМи можемо створювати пристрої, які імітують, змінюють або блокують ці сигнали, щоб маніпулювати ними на свою користь.
Бразильський пристрій, який використовує мікровібрації для приваблення постільних клопів
Один з найвражаючих досягнень у боротьбі зі шкідниками за допомогою вібрацій походить з Бразилії, де команда з Бразильська корпорація сільськогосподарських досліджень (Embrapa) а Державний університет Мату-Гросу розробив електронний пристрій, здатний відтворювати вібраційні сигнали, що використовуються жуками, що сисуть зерно, у їх репродуктивній фазі.
Технологія базується на багаторічних спостереженнях репродуктивна поведінка цих комахВчені проаналізували специфічні частоти вібрацій, які вони випромінюють під час пошуку партнера, і змогли записати, зберегти та відтворити їх контрольованим чином за допомогою електронного прототипу, який кріпиться до пасток у польових умовах.
Ці пастки поєднують у собі два типи приманки: синтетичні феромониякі діють на великій відстані, щоб привабити постільних клопів «запахом», та невеликий вібруючий пристрій, що імітує точні вібраційні сигнали який комахи інтерпретують як шлюбний сигнал. Результатом є своєрідний «хибний сигнал», який концентрує комах у пастці замість того, щоб розсіювати їх по всій культурі.
За словами біолога Рауля Альберто Лауманна з Лабораторії семіохімічних речовин генетичних ресурсів та біотехнології в Ембрапі, комбіноване використання вібрації та феромони Це дозволяє не тільки виловлювати постільних клопів, але й отримувати дуже точну інформацію про щільність та просторовий розподіл популяцій шкідників на ділянці.
У польових випробуваннях, що зараз тривають, пастки з пристроєм розміщені приблизно кожні п'ять гектарівЗгодом комах, спійманих у кожній точці, підраховують, а математичні моделі використовуються для оцінки фактичної щільності шкідників по всій посівній культурі. Такий підхід робить вібраційні пастки інструмент точного моніторингу, ключ до вирішення питання, коли і як втручатися.
Переваги та потенціал боротьби з постільними клопами за допомогою вібрацій
Постільні клопи та гусениці є два найшкідливіші шкідники сої та інші зернові культури. Хоча трансгенні рослини та ентомопатогенні мікроорганізми використовуються, серед іншого, для боротьби з гусеницями, боротьба з клопами-вонючками все ще значною мірою залежить від хімічних інсектицидів. Тому пошук альтернативних методів, які є менш агресивними та безпечнішими для навколишнього середовища та здоров'я людини, є стратегічним завданням.
Бразильський вібраційний пристрій вказує саме в цьому напрямку. Його велика привабливість полягає в тому, що він може стати Реальна альтернатива звичайним інсектицидамабо принаймні значно зменшити їх використання, інтегрувавши їх у комплексні програми боротьби зі шкідниками. Пастки служитимуть як для моніторингу, так і для зменшення популяцій постільних клопів до рівнів нижче порогу економічної шкоди.
Крім того, це технологія високоспецифічний до цільового шкідникаНа відміну від інсектициду широкого спектру дії, який також може знищувати корисних комах, таких як природні хижаки або запилювачі, вібрації та феромони спрямовані лише на комах, що сисуть зерно та розпізнають ці сигнали. Це мінімізує вплив на корисних комах.
Згідно з попередніми результатами, опублікованими командою Embrapa, комбіноване використання синтетичних феромонів та вібрацій дозволило помітно зменшити кількість постільних клопів на полях випробувань, і все це без перешкоджання діяльності корисних комах, таких як бджоли чи джмелі. У сценарії, коли ФАО оцінює, що шкідники можуть спричинити скорочення світового сільськогосподарського виробництва до 40%, будь-який прогрес у цій галузі має значний економічний та екологічний вплив.
Патент на цю технологію було подано наприкінці 2023 року до Бразильського національного інституту промислової власності, і наразі... Він ще не є комерційно доступнимДослідники шукають промислових партнерів, особливо компанії, що займаються розробкою автоматичних пасток, з метою розширення виробництва та виведення цих пристроїв на сільськогосподарський ринок.
Проблеми застосування мікровібрацій у великих масштабах
Незважаючи на ентузіазм, викликаний цим нововведенням, виникли також деякі занепокоєння обґрунтовані сумніви щодо його масштабної життєздатностіЕнтомолог Хосе Маурісіо Сімойнс Бенто, експерт з хімічної екології та поведінки комах з Університету Сан-Паулу, високо цінує роботу Ембрапи, особливо точну ідентифікацію вібраційних частот, що використовуються постільними клопами.
Однак Сімойнс зазначає, що великою невідомістю є Як відтворити цю систему на плантаціях, що охоплюють сотні тисяч гектарівЦе стосується сої в Бразилії, де вирощується понад 45 мільйонів гектарів. Встановлення пристроїв у достатній кількості місць може бути дорогим та логістично складним, а оптимальний баланс між вартістю технологій та зменшенням шкоди досі незрозумілий.
Ще один важливий технічний аспект полягає в тому, що Вібраційна комунікація постільних клопів відбувається через рослинуне безпосередньо в повітря. Для ефективної передачі сигналу пристрій має бути підключений до заводу або конструкцію, яка дозволяє вібрації поширюватися по всій тканині рослини. Це викликає такі питання, як: чи достатньо розмістити один пристрій на кожну пастку? Чи потрібно його прикріплювати до конкретної рослини? Як змінюється розмноження залежно від густоти посівів?
Лауманн та його команда пропонують вирішити деякі з цих проблем за допомогою використання математичних моделей що співвідносять кількість виловлених пастками шкідників з фактичною щільністю шкідників, що дозволяє уникнути необхідності покривати кожну рослину пристроєм. Крім того, вони пропонують інтегрувати цю технологію з іншими методами біологічного контролю, такими як використання паразитоїди яєць постільних клопівякі живляться та розвиваються всередині яєць шкідника, ще більше зменшуючи його популяцію.
Якщо буде досягнуто прогресу в автоматизації підрахунку спійманих комах, над чим також ведуться роботи, вібраційні пастки можна буде перетворити на ключовий інструмент інтегрованої боротьби зі шкідникамиповідомляючи фермера майже в режимі реального часу про рівень постільних клопів у кожній зоні ферми, тим самим сприяючи набагато точнішим та своєчаснішим рішенням щодо контролю.
Ультразвукові пристрої для відлякування молі та інших літаючих шкідників
Окрім вібрацій, що передаються рослинами, ще однією дуже активною сферою досліджень є використання ультразвуку для відлякування шкідливих комахНещодавнє дослідження, опубліковане в журналі Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), проведене японською командою вчених, показало особливо багатообіцяючі результати проти молі роду Spodoptera, основних шкідників таких сільськогосподарських культур, як полуниця, цибуля, помідори та багато інших овочів.
Під керівництвом дослідника Рьо Накано з Нагойського університету були проведені випробування в поля та теплиці полуниці та цибулі де були встановлені циліндричні ультразвукові випромінювачі, здатні випромінювати звук на 360 градусів. Ці пристрої імітували ультразвук, що випромінюється кажанами, природними хижаками нічних метеликів.
Вчені зосередилися на точному налаштуванні тривалість, частота та інтенсивність ультразвукових сигналів для досягнення максимальної ефективності відлякування. Результати показали, що коли пристрої були активовані від сутінків до світанку (період активності цих метеликів), політ самок значно скорочувався, і, перш за все, їхній відкладання яєць на посівах.
Це важливо, оскільки багато видів, таких як Spodoptera littoralis (чорний пончик) або Spodoptera exigua (зелений пончик або совок) Вони завдають найбільшої шкоди на личинковій стадії. Запобігання відкладанню яєць самками в посівах усуває проблему, різко зменшуючи популяції личинок, які пожирають листя та плоди.
Ентомолог Мігель Анхель Міранда Чуека, професор зоології в Університеті Балеарських островів, вважає, що цей підхід... міцну наукову основуЦе пояснюється тим, що технологія використовує акустичну мову (ультразвук), яку ці метелики природним чином використовують для спілкування зі своїми хижаками. Він вважає, що цей тип технології може стати новим методом боротьби в рамках інтегрованої системи боротьби зі шкідниками.
Обмеження ультразвуку проти інших поширених шкідників
Хоча результати досліджень метеликів роду Spodoptera є дуже обнадійливими, експерти погоджуються, що Ефективність ультразвуку не можна узагальнити для будь-якого шкідника.Кожен вид має свою власну сенсорну біологію, і не всі використовують вібрації чи ультразвук для зв'язку чи виявлення загроз.
Яскравим прикладом є плодова мушка (Ceratitis capitata)Клоп-жалюха є одним із найзначніших шкідників, що вражають фруктові дерева в усьому світі. За словами експертів, ця комаха не використовує ультразвук як основний засіб зв'язку, що значно ускладнює пошук частоти та «акустичного повідомлення», яке змусить її відлякуватися або тікати. Без цієї біологічної основи розробка справді ефективної звукової системи практично неможлива.
Щось подібне відбувається і з кімнатними шкідниками, такими як тарганиНа ринку є пристрої, які нібито відлякують тарганів за допомогою ультразвуку. Однак дослідники, такі як Міранда Чуека, стверджують, що ці продукти біологічно безглузді, оскільки таргани не використовують ці сигнали таким чином, щоб забезпечити тривале відлякування.
У випадку комаріЦя теорія має трохи більше підстав, оскільки вони використовують звуки у своїй репродуктивній поведінці (наприклад, характерне дзижчання крил для приваблення самок). Однак наявні дослідження показують, що відтворення цих звуків Не має чіткого репелентного ефектуІ досі не було виявлено жодного ультразвукового візерунка, який би міг послідовно відлякувати їх у реальних умовах.
Ще однією галуззю, в якій було випробувано ультразвук, є боротьба з гризунами такі як щури, миші або полівки, особливо в періоди інтенсивного зараження сільським господарством. Ми знаємо, що ці тварини можуть спілкуватися за допомогою високочастотних звуків, наприклад, для залицяння або захисту території, і це призвело до розробки нібито відлякувальних пристроїв. Однак наукові дані свідчать про те, що ефект щонайбільше тимчасовийНовий шум може спочатку лякати, але з часом тварини, як правило, звикають до нього, так само, як це трапляється з нами, людьми, до постійного надокучливого звуку.
Екологічний вплив та «шумове забруднення» у сільській місцевості
Одна проблема, яку не можна ігнорувати, це екологічний вплив, який можуть мати випромінювання ультразвуку та штучних коливань у сільськогосподарській екосистемі. Хоча метою може бути лише відлякування або приваблення певних шкідників, правда полягає в тому, що багато інших організмів поділяють це середовище і можуть зазнавати впливу цих сигналів.
Автори японського дослідження, опублікованого в PNAS, самі визнають, що широке використання цих пристроїв може генерувати певний «шумове забруднення» для інших видівХоча ультразвук не чутний для людей, його чують багато тварин і може перешкоджати їхньому спілкуванню або поведінці, якщо його не використовувати контрольовано.
Наприклад, безперервне моделювання ультразвукових сигналів кажанів, призначених для відлякування молі, може також впливають на інших нешкідливих нічних метеликів або комах, які входять до раціону птахів чи інших хижаків. Змінюючи поведінку здобичі, можна опосередковано змінити цілу екосистему. харчовий ланцюг що вже досить напружено в інтенсивних сільськогосподарських системах.
У такому гуманізованому середовищі, як сільське господарство, будь-яке втручання, яким би добрим воно не було, має наслідки для навколишнього середовищаТому, перш ніж впроваджувати масштабні рішення на основі вібрацій або ультразвуку, ентомологи наполягають на необхідності краще вивчити ці можливі побічні ефекти та оцінити, чи є вони прийнятними порівняно зі шкодою, якої мається намір уникнути.
Ключовим буде знайти баланс між ефективністю та екологічністюВикористовуйте мінімально необхідні сигнали у потрібний час і в потрібних місцях, а також поєднуйте ці інструменти з іншими стратегіями (біоконтроль, управління середовищем існування, стійкі сорти тощо), щоб мінімізувати використання хімікатів, не створюючи нових невидимих проблем.
Зрештою, боротьба зі шкідниками за допомогою вібрацій та ультразвуку стає все більш поширеною. дуже потужна галузь інновацій У рамках сталого сільського господарства вібраційні пастки для зернових клопів, здатні приваблювати їх за допомогою електронно відтворених феромонів та мікровібрацій, відкривають шлях до цілеспрямованого контролю, який менше залежить від інсектицидів. Тим часом ультразвукові випромінювачі, натхненні кажанами, показують, що можна «обдурити» молі, таких як Spodoptera, та значно зменшити їхнє відкладання яєць. Хоча залишаються проблеми щодо масштабованості, вартості, видових обмежень та потенційного впливу на інші форми життя, все свідчить про те, що ці технології будуть поступово інтегровані в комплексні програми боротьби зі шкідниками, пропонуючи фермерам ще один інструмент для захисту своїх врожаїв, не завдаючи шкоди навколишньому середовищу та не ставлячи під загрозу здоров'я тих, хто працює та залежить від землі.
