Съвременното земеделие съществува в един вид нестабилно равновесие: от една страна, необходимостта да се произвежда повече храна от всякога, а от друга, спешната нужда това да се прави, без да се унищожава околната среда. В продължение на десетилетия най-бързото решение е било да се прибегне до широкоспектърни химически пестициди, много ефективен в краткосрочен план, но със странични ефекти, които е все по-трудно да се игнорират: замърсяване, загуба на биоразнообразие и вредители, които стават резистентни.
В този контекст, стратегии, базирани на полухимикали и репелентиТоест, вещества, които променят поведението на насекомите, без да ги убиват. Големият скок сега идва с разработка от Университета в Аликанте: a биоразградимо устройство, изработено с активен въглен който бавно и контролирано освобождава репелентни летливи органични съединения (ЛОС), предназначени да отблъскват селскостопански вредители по устойчив, практичен начин и без генериране на пластмасови отпадъци.
От химически инсектициди до химическа борба с вредителите
Увеличаването на световното население е довело до увеличаване на търсенето на храна и масова употреба на... синтетични инсектициди и пестицидиТези продукти не само елиминират целевия вредител, но и въздействат върху множество други вредители. нецелеви организмиЗасегнати са опрашителите, полезните насекоми и дори ключови почвени микроорганизми. Освен това, те се натрупват във водата и седиментите, което има значителни последици за околната среда и здравето.
Предвид този сценарий, научната общност измества фокуса си към много различен подход: овладяване на химическа комуникация на насекоми да ги управляват. Вместо да бъдат унищожавани на всяка цена, целта е да се попречи на сигналите им, да се дезориентират, да се държат далеч от посевите или да се предотврати успешното им размножаване.
В рамките на тази промяна на парадигмата, следното става важно: семиохимикалимолекули, които предават информация между организмите и предизвикват етологични (поведенчески промени) или физиологични реакции. Те се използват все по-често в интегрирано управление на вредителите (ИУВ)комбиниране на различни инструменти за минимизиране на употребата на конвенционални инсектициди.
Сред най-известните семиохимикали са феромониТова са вещества, които самите насекоми произвеждат, за да комуникират с други индивиди от същия вид. Те са били използвани успешно в наблюдение на популацията, масово улавяне, нарушаване на чифтосването, сексуално объркване или стратегии „избутване-дърпане“, при които вредителят се отблъсква от една зона и се привлича към друга.
Заедно с феромоните се появяват и алелохимикаликоито осъществяват комуникацията между различните видове. Сред тях, репеленти Те функционират като антиксенотични аломони: изпращат химичен сигнал, който насърчава насекомото да стои настрана, често без дори да влиза в контакт с продукта. Този подход е особено интересен за по-малко агресивен контрол на вредителите, който е по-съвместим с биологичното земеделие.
Репеленти, ЛОС и видове реакции при насекоми
Репелентите могат да бъдат класифицирани въз основа на това как взаимодействат с насекомото и каква реакция предизвикват. Това разграничение е ключово за проектирането на ефективни репеленти срещу насекоми. стратегии за контрол, съобразени с поведението от всяка чума:
От една страна, има репеленти от типа изключващкоито създават един вид „химическа бариера“ във въздуха. Насекомото възприема миризмата от разстояние и решава да не се приближава до културата, без да е необходимо да докосва третираната повърхност. Това е най-търсеното в селскостопанския сектор, защото позволява защитавайте околната среда превантивно.
Репелентите са тясно свързани. дразнещТези вещества карат насекомите да се отдръпват, след като влязат в контакт с тях. Тази реакция е по-тясно свързана с допир или директно излагане, полезна е върху определени повърхности, но по-малко практична, когато е необходимо да се защитят големи площи.
Други съединения действат като хранителни възпиращи факториНасекомото пристига при реколтата, опитва растителната тъкан и намира вкуса или миризмата за толкова неприятни, че Напуска растението и спира да се храни.Този механизъм може да бъде полезен като допълнителен слой защита, когато обонятелната бариера е недостатъчна.
Накрая, има репеленти, които маска ключови миризми на гостоприемника, драстично намалявайки привлекателността на реколтата. Насекомото „губи следата си“, защото сигналите, които са го насочили към растението, са разредени или маскирани от други миризми, особено полезна тактика, когато вредителят разчита предимно на обонянието си, за да намери храна.
Повечето приложения на репелентите традиционно са фокусирани върху насекоми, свързани с човешкото или ветеринарното здраве – комари, паразити по добитъка и др. – докато употребата им в селското стопанство е по-ограничена. Откриването на Болестите, причинени от ентомопатогенни и нематофаги, откриха нова област с многообещаващи тестове срещу вредители като... Cosmopolites sordidus, черният бананов хоботник.
Предизвикателството на репелентите за ЛОС: ефективност на място и устройства за освобождаване
Репелентите за ЛОС имат огромен потенциал, защото са летливи молекули от естествен произход способни да променят поведението на насекомите с много ниски дози. Проблемът възниква, когато се опитвате да ги използвате на открито: високата им летливост, която е именно това, което ги прави полезни, също ги кара да те се изпаряват твърде бързо и губят ефективност за кратко време.
За да работят тези съединения в реални условия, не е достатъчно просто да се приложат. Дизайнът е от съществено значение. дозатори, способни да отделят летливи органични съединения бавно, равномерно и за продължителен период от времеподдържане на ефективен фокус върху околната среда в продължение на седмици, вместо само за няколко часа.
Традиционните системи обикновено използват матрици, изработени от пластмаса или други синтетични полимери. Тези матрици задържат съединението вътре и го освобождават постепенно, но имат няколко недостатъка: генерират небиоразградими отпадъци и микропластмасиТе увеличават разходите за управление на полетата и често не отговарят на изискванията за сертифициране на много схеми за устойчиво или биологично земеделие.
В конкретния случай на летливи репеленти, произведени от ентомопатогенни гъби – биологични контролни агенти, които паразитират върху насекоми – тяхната ефективност вече е била доказана в лабораторни условия. Основната пречка е била намирането на система за освобождаване, която да е... издръжлив, практичен и екологичен, способен да превърне една добра лабораторна идея в жизнеспособен инструмент за фермера.
Тази нужда е тласнала решението, разработено в Университета в Аликанте, което не само подобрява ефективността в тази област, но и директно се справя с проблема с пластмасовите отпадъци и е интегрирано в подход на кръгова икономика и използване на органични отпадъци.
Активен въглен като сърцевината на биоразградимото устройство
Ключът към иновациите е използването на въглеродни материали от растителен произходАктивният въглен, по-специално, се използва като матрица за задържане и дозиране на репелентни летливи органични съединения (ЛОС). Активният въглен се характеризира с огромната си вътрешна повърхност и сложна пореста структура, която действа като вид молекулярна гъба способни както да адсорбират молекули, така и постепенно да ги освобождават.
Този материал може да бъде получен от горски остатъци или други естествени остатъци чрез процеси на карбонизация и активиране. По този начин това, което първоначално е било отпадък, се превръща в ресурс с висока добавена стойност, напълно съобразен с принципите на кръговата икономика и оползотворяването на биомасата.
Тестове, проведени от Университета в Аликанте, показват, че активният въглен не само ефективно задържа отблъскващите летливи органични съединения (ЛОС), но и позволява... поддържат активни концентрации повече от 28 дни При тестови условия това е от значение в сравнение с по-простите формулировки. В бъдеще изследователите дори се стремят да удължат този период до два или три месеца с корекции във формулировката.
Друг силен момент е, че използваният активен въглен е биоразградим и безвреден за екосистемата. След като устройството е изпълнило предназначението си, материалът може да остане в почвата и да допринесе за подобрява задържането на вода и доставянето на хранителни веществадействайки подобно на селскостопански биовъглен.
Резултатът е система за освобождаване, която превръща репелентните ЛОС в истински инструмент за работа в тази област, без да е необходимо да се прибягва до пластмасови матрици или сложни структури, които увеличават разходите за употреба и генерират проблемни отпадъци.
Дизайн на устройството: пелети, порест корпус и употреба на място
Разработеното устройство е представено като малки гранули или пелети от активен въглен импрегнирани с летливото репелентно съединение. Тези пелети се поставят в пореста торба или обвивка, напълно биоразградима и запечатани, което позволява на летливите органични съединения (ЛОС) да преминават в околната среда, но предотвратява разпръскването или загубата на материала.
От практическа гледна точка, фермерът трябва само да поставете устройствата директно в реколтатабез нужда от допълнителни дозатори, пластмасови държачи или специализирано оборудване за приложение. Тази простота е едно от големите предимства на технологията за ферми от всякакъв тип, от малки биологични ферми до интензивни системи.
Дизайнът на устройството се е развивал с течение на времето. В ранните етапи на изследването са използвани следните елементи: силициеви матрици да задържат летливите вещества, но се установи, че освобождаването е твърде бързо и че устойчивостта в полевите условия е недостатъчна. Въвеждането на активен въглен от растителен произход, благодарение на сътрудничеството с групата „Въглеродни материали и околна среда“ в Университета в Аликанте, представлява качествен скок: по-ефективно задържане и много по-бавно освобождаване.
Настоящите изпитвания гарантират репелентна активност от поне 28 дниТози период вече се вписва доста добре в много графици за управление на културите и се полагат усилия за удължаването му. Това позволява на фермерите да планират подмяната на устройствата сравнително лесно, без да се налага да ги сменят на всеки няколко дни.
Интересен аспект на дизайна е, че устройството се оказва повторно използваема за част от жизнения си цикълСлед като периодът на освобождаване изтече, въглеродната матрица може да бъде повторно импрегнирана с репелентното ЛОС вещество и използвана повторно, което повишава икономическата ефективност и допълнително намалява генерирането на отпадъци.
Подход, който отблъсква, а не убива
Философията зад това устройство е ясна: не става въпрос за унищожаване, а за прогонване на вредителя от околната среда на растениятаОсвободените съединения действат като семиохимикали от аломон тип, генерирайки обонятелен сигнал, който кара насекомото да възприема зоната като враждебна или безинтересна и да избере да не влиза или да излиза.
Тази промяна в логиката има няколко предимства. От една страна, тя намалява въздействието върху полезните насекомитъй като целта е да се възпира, а не да се отрови. Освен това, рискът от възникване на проблеми е сведен до минимум. резистентни популациишироко разпространен проблем със смъртоносните инсектициди.
Освен това, този тип устройство се вписва идеално в стратегии за превенция и интегрирано управлениеНапример, те могат да бъдат поставени по периметъра на здрави парцели, за да се създаде своеобразен репелентен кордон, който затруднява навлизането на вредителя, действайки като първа линия на защита, преди проблемът да излезе извън контрол.
Друга възможност, много интересна за вече засегнатите насаждения, е да се комбинират с примамливи капани в добре познатата стратегия „избутай-дърпай“Репелентите „отблъскват“ насекомите от защитените зони, докато атрактантите ги „привличат“ към специфични точки, където са поставени физически капани или специфични примамки, намалявайки популацията, без да благоприятстват неконтролираното ѝ разпръскване.
Резултатът е много по-усъвършенствана система за борба с вредителите, която се стреми променят поведението на насекомото, вместо да го унищожавати което се интегрира добре с други биологични, културни или физически мерки в рамките на интегрираното управление на вредителите.
Резултати срещу черния хоботник и други целеви вредители
Голяма част от развитието на технологиите е фокусирана върху справянето с черен бананов хоботник (Cosmopolites sordidus)Банановият хоботник, бръмбар, произхождащ от индо-малайския регион, сега е широко разпространен в почти всички райони за производство на банани, включително Канарските острови. Той се смята за един от най-сериозните вредители по тази култура в световен мащаб поради щетите, които причинява, и трудността при контролирането му.
Отправната точка беше сътрудничеството с КоплакаОсновната асоциация на банановите кооперативи на Канарските острови изрази загрижеността си пред Университета в Аликанте относно огромното икономическо и фитосанитарно въздействие на черния хоботник. Въз основа на това реално предизвикателство, групата по фитопатология започна да търси по-устойчиви алтернативи на традиционните инсектициди.
В предишни изследвания тези екипи вече са работили с ентомопатогенни гъби произхождащи от бананови плантации на Канарските острови, известни със способността си да заразяват и убиват насекоми. По време на тези проучвания те наблюдават, че гъбите, произведени ЛОС с репелентно действиеСред тях едно от основните съединения, наречено C5, показа много изразена активност срещу черния хоботник.
С това откритие в ръка, следващата стъпка беше да се намери начин да се да се внесат тези летливи вещества на полето по ефикасен и траен начинСлед тестване на различни матрици и изхвърляне на силициев диоксид поради лошата му устойчивост, беше разработена настоящата въглеродна матрица, получена от горски отпадъци, която позволява C5 да се задържи в порестата си структура и да се освобождава бавно.
Тестове, проведени в лаборатория и в контролирана среда в самия университет, показват, че устройствата на базата на активен въглен Те запазват репелентната си активност срещу черния хоботник повече от 28 дни.Това дезориентира насекомото, променя възприятието му за храна и намалява присъствието му в защитената зона. В момента се провеждат опити в реални плантации на Канарските острови, в сътрудничество с Регионалната група на банановите кооперативи.
Тестване, технологична зрялост и екологична безопасност
Разработката на това устройство е на ниво на технологична зрялост. TRL 5-6което означава, че е преминал успешно първоначалните лабораторни фази и е продължил към валидирани пилотни прототипи при условия, по-близки до реалните полеви условия. Това включва опити с растения, тестове в оранжерии или полуоткрити пространства и първоначални оценки в търговски ферми.
Във всички тези стъпки е обърнато специално внимание на поведение на насекоми, изложени на устройствотоВ случая с черния хоботник е наблюдавано, че възрастните индивиди губят ориентация, намаляват способността си да локализират източника на храна и са склонни да се отдалечават от зоните, където са поставени устройствата, което потвърждава очаквания ефект на летливите репеленти.
Друг приоритет беше да се оцени безопасност на системата за околната средаВъглеродният материал идва от растителни отпадъци и се интегрира естествено в почвата, без да оставя пластмасови остатъци или устойчиви вещества. Не изисква специално оборудване за приложение или напреднало техническо обучение, което се изразява в... спестяване на време и разходи за труд за фермерите.
От регулаторна и интелектуална гледна точка, технологията е защитено с патентна заявка, както във връзка с използването на специфични репелентни ЛОС, произвеждани от ентомопатогенни и нематофаги гъби, така и във връзка с дизайна на въглеродната матрица и биоразградимото устройство като такова.
Тази подкрепа улеснява бъдещия трансфер към производствения сектор и осигурява ясна рамка за сътрудничество с компании, заинтересовани от разширяване на технологията, тестването ѝ върху други култури и евентуално пускането на пазара на различни варианти на устройството, съобразени с нуждите на всеки целеви вредител.
Кръгова икономика, потенциални приложения и скок към пазара
Освен директния контрол на вредителите, устройството представлява практичен случай на кръгова икономика в селскостопанския секторОрганични отпадъци – като например горски отпадъци – се използват за производството на активен въглен, който действа като матрица; използват се летливи органични съединения (ЛОС), които могат да произхождат от ентомопатогенни или нематофаги гъби култивирани в селскостопански странични продукти, а в края на цикъла самото устройство допринася за подобряване на качеството на почвата.
Тази философия е осъществена благодарение на сътрудничеството между различни групи в Университета на Аликанте. Екипът от Фитопатология, ръководена от Луис Висенте Лопес Лорка и Федерико Лопес МояТя е допринесла със знания за вредителите, гъбите и активните съединения. От своя страна, професорите Мария Анхелес Лило Роденас и Мария дел Кармен Роман Мартинес, от групата „Въглеродни материали и околна среда“, са проектирали матрицата с активен въглен и са оптимизирали нейните свойства за отделяне на летливи органични съединения (ЛОС).
Технологията е гъвкава: същата подложка от активен въглен позволява включват както ЛОС от биологичен произход, така и синтетични молекулиадаптиране на устройството към различни вредители и култури, без да е необходимо да се сменят платформи. Това отваря вратата за приложения в биологичното земеделие, висококачествените култури, оранжериите и контролираните системи, както и в декоративните растения, където вече се проучват приложения срещу вредители като червен палмов хоботник.
Устройството е проектирано и така, че да бъде лесен за работаВ зависимост от целевия вид, може да се постави близо до земята в случай на пълзящи насекоми, като например черния хоботник, или в по-високите части на растението, като например короната на палмите, когато се цели в червения палмов хоботник. Не изисква сложна инфраструктура или големи първоначални инвестиции от земеделския производител.
Сега голямото предизвикателство се крие в трансфер към бизнес сектораКакто често се случва с много академични разработки, изследователските групи нямат капацитет да произвеждат устройството в голям мащаб, така че Университетът в Аликанте търси заинтересовани фирми и кооперации при лицензиране на патента, участие в съвместни научноизследователски и развойни проекти или насърчаване на процесите на мащабиране и валидиране в големи ферми.
В ситуация, белязана от натиск върху хранителните системи и климатичната криза, тази технология илюстрира как е възможно... Защитете посевите, като отблъсквате вредители, без да прибягвате до смъртоносни инсектицидиТова елиминира пластмасовите отпадъци от диспенсърите и използва естествени материали за затваряне на цикъла. Ако се утвърди на пазара, може да се превърне в ключов инструмент за много фермери, които се стремят да направят реална крачка към по-чисти и по-устойчиви модели на производство, без да жертват ефективността в борбата с вредителите.
