Moderní zemědělství existuje v jakési nestabilní rovnováze: na jedné straně je potřeba produkovat více potravin než kdykoli předtím a na druhé straně je naléhavá potřeba tak činit, aniž by se ničilo životní prostředí. Po celá desetiletí bylo nejrychlejším řešením uchýlit se k širokospektrální chemické pesticidy, velmi účinný v krátkodobém horizontu, ale s vedlejšími účinky, které je stále obtížnější ignorovat: znečištění, ztráta biodiverzity a škůdci, kteří se stávají rezistentními.
V této souvislosti strategie založené na semiochemikálie a repelentyTedy látky, které mění chování hmyzu, aniž by ho zabíjely. Velký skok nyní přichází s vývojem Univerzity v Alicante: biologicky odbouratelné zařízení vyrobené z aktivního uhlí který pomalu a kontrolovaně uvolňuje repelentní těkavé organické sloučeniny (VOC), určené k odpuzování zemědělských škůdců udržitelným, praktickým způsobem a bez vzniku plastového odpadu.
Od chemických insekticidů k chemické ochraně proti škůdcům
Nárůst světové populace zvýšil poptávku po potravinách a vedl k jejich masivnímu využívání. syntetické insekticidy a pesticidyTyto přípravky nejen likvidují cílového škůdce, ale také postihují řadu dalších škůdců. necílové organismyOvlivněni jsou opylovači, užitečný hmyz a dokonce i klíčové půdní mikroorganismy. Navíc se hromadí ve vodě a sedimentech, což má značné environmentální a zdravotní důsledky.
Vzhledem k tomuto scénáři se vědecká komunita přesouvá k velmi odlišnému přístupu: využití chemická komunikace hmyzu s nimi bojovat. Místo jejich vymýcení za každou cenu je cílem narušit jejich signály, dezorientovat je, držet je dál od plodin nebo zabránit jejich úspěšné reprodukci.
V rámci této změny paradigmatu se stávají důležitými následující: semiochemikáliemolekuly, které přenášejí informace mezi organismy a spouštějí etologické (změny chování) nebo fyziologické reakce. Stále častěji se používají v integrovaná ochrana proti škůdcům (IPM)kombinování různých nástrojů s cílem minimalizovat používání konvenčních insekticidů.
Mezi nejznámější semiochemikálie patří feromonyJde o látky, které hmyz sám produkuje pro komunikaci s jinými jedinci stejného druhu. Byly úspěšně použity v monitorování populace, hromadný odchyt, narušení páření, sexuální zmatek nebo strategie push-pull, kdy je škůdce odpuzován z jedné oblasti a přitahován do jiné.
Spolu s feromony se objevují alelochemikáliekteré zprostředkovávají komunikaci mezi různými druhy. Mezi nimi jsou repelenty Fungují jako antixenotické alomony: vysílají chemický signál, který hmyz povzbuzuje, aby se držel dál, často aniž by s produktem přišel do kontaktu. Tento přístup je obzvláště zajímavý pro méně agresivní hubení škůdců, které je spíše kompatibilní s ekologickým zemědělstvím.
Repelenty, těkavé organické sloučeniny a typy reakcí u hmyzu
Repelenty lze klasifikovat podle toho, jak interagují s hmyzem a jakou reakci vyvolávají. Toto rozlišení je klíčové pro navrhování účinných repelentů proti hmyzu. strategie řízení přizpůsobené chování každé rány:
Na jedné straně existují repelenty typu vyhnanýkteré vytvářejí ve vzduchu jakousi „chemickou bariéru“. Hmyz vnímá zápach z dálky a rozhodne se k plodině nepřibližovat, aniž by se musel dotknout ošetřeného povrchu. To je v zemědělském sektoru nejvíce vyhledávané, protože to umožňuje preventivně chránit životní prostředí.
Repelenty spolu úzce souvisí. znervózňujícíTyto látky způsobují, že se hmyz po kontaktu s nimi vzdálí. Tato reakce je více spojena s dotykem nebo přímou expozicí, což je užitečné na určitých površích, ale méně praktické, když je třeba chránit velké plochy.
Jiné sloučeniny působí jako odstrašující látky pro potravinyHmyz dorazí k plodině, ochutná rostlinnou tkáň a shledává její chuť nebo vůni tak nepříjemnou, že Opouští rostlinu a přestává se živit.Tento mechanismus může být užitečný jako další vrstva ochrany, když je čichová bariéra nedostatečná.
Konečně existují repelenty, které klíčové pachy masky hostitele, což drasticky snižuje atraktivitu plodiny. Hmyz „ztrácí svou stopu“, protože signály, které ho k rostlině vedly, jsou zředěny nebo maskovány jinými pachy, což je obzvláště užitečná taktika, když se škůdce při hledání potravy silně spoléhá na svůj čich.
Většina aplikací repelentů se tradičně zaměřovala na hmyz spojený s lidským nebo veterinárním zdravím – komáry, parazity hospodářských zvířat atd. – zatímco jejich využití v zemědělství bylo omezenější. Objev však Nemoci způsobené entomopatogenními a nematofágními houbami otevřely novou oblast s velmi slibnými testy proti škůdcům, jako jsou... Cosmopolites sordidus, černý banánový nosatec.
Výzva repelentů VOC: účinnost v terénu a zařízení na jejich uvolňování
Repelenty VOC mají obrovský potenciál, protože jsou těkavé molekuly přírodního původu schopné modifikovat chování hmyzu velmi nízkými dávkami. Problém nastává při jejich použití venku: jejich vysoká těkavost, která je právě to, co je činí užitečnými, způsobuje také to, že příliš rychle se vypařují a v krátké době ztratí účinnost.
Aby tyto sloučeniny fungovaly v reálných podmínkách, nestačí je jen aplikovat. Zásadní je design. dávkovače schopné uvolňovat těkavé organické sloučeniny pomalu, stabilně a po delší dobuudržení efektivního zaměření na životní prostředí po dobu týdnů namísto jen několika hodin.
Tradiční systémy obvykle používají matrice vyrobené z plastu nebo jiných syntetických polymerů. Tyto matrice zadržují sloučeninu uvnitř a postupně ji uvolňují, ale mají několik nevýhod: vytvářejí biologicky nerozložitelný odpad a mikroplastyZvyšují náklady na hospodaření na polích a často nesplňují certifikační požadavky mnoha systémů udržitelného nebo ekologického zemědělství.
V konkrétním případě těkavých repelentů produkovaných entomopatogenními houbami – biologických kontrolních činidel, která parazitují na hmyzu – byla jejich účinnost již prokázána v laboratorních podmínkách. Hlavní překážkou bylo nalezení systému uvolňování, který by byl odolné, praktické a šetrné k životnímu prostředí, schopný proměnit dobrý laboratorní nápad v životaschopný nástroj pro zemědělce.
Tato potřeba vedla k řešení vyvinutému na Univerzitě v Alicante, které nejen zlepšuje efektivitu v terénu, ale také přímo řeší problém plastového odpadu a je integrováno do přístupu oběhové hospodářství a využití organického odpadu.
Aktivní uhlí jako srdce biologicky odbouratelného zařízení
Klíčem k inovaci je využití uhlíkaté materiály rostlinného původuAktivní uhlí se používá zejména jako matrice k zachycení a dávkování odpuzujících těkavých organických sloučenin. Aktivní uhlí se vyznačuje obrovským vnitřním povrchem a složitou strukturou pórů, která funguje jako druh molekulární houba schopné jak adsorbovat molekuly, tak je postupně uvolňovat.
Tento materiál lze získat z lesní zbytky nebo jiné přírodní zbytky prostřednictvím procesů karbonizace a aktivace. Tímto způsobem se to, co bylo původně odpadem, stává zdrojem s vysokou přidanou hodnotou, plně v souladu s principy cirkulární ekonomiky a zhodnocování biomasy.
Testy provedené Univerzitou v Alicante ukázaly, že aktivní uhlí nejen účinně zachycuje odpuzující těkavé organické sloučeniny, ale také umožňuje... udržují aktivní koncentrace po dobu delší než 28 dní Za testovacích podmínek to představuje rozdíl ve srovnání s jednoduššími formulacemi. Výzkumníci se do budoucna dokonce snaží tuto dobu prodloužit na dva nebo tři měsíce úpravami formulace.
Dalším silným bodem je, že použité aktivní uhlí je biologicky odbouratelný a neškodný pro ekosystém. Jakmile zařízení splní svůj účel, materiál může zůstat v půdě a přispívat k zlepšují zadržování vody a přísun živinchová se podobně jako zemědělský biochar.
Výsledkem je systém uvolňování, díky kterému se odpuzující VOC stávají skutečným nástrojem v terénu, aniž by bylo nutné uchylovat se k plastovým matricím nebo složitým strukturám, které zvyšují náklady na používání a generují problematický odpad.
Konstrukce zařízení: pelety, porézní pouzdro a použití v terénu
Vyvinuté zařízení je prezentováno jako malé granule nebo pelety aktivního uhlí impregnované těkavou repelentní směsí. Tyto pelety jsou umístěny v porézní sáček nebo obal, plně biologicky odbouratelný a utěsněné, což umožňuje uvolňování těkavých organických látek do životního prostředí, ale zároveň zabraňuje rozptýlení nebo ztrátě materiálu.
Z praktického hlediska musí zemědělec pouze umístěte zařízení přímo do plodinybez nutnosti dalších dávkovačů, plastových držáků nebo specializovaného aplikačního vybavení. Tato jednoduchost je jedním z velkých lákadel této technologie pro farmy všech typů, od malých ekologických farem až po intenzivní systémy.
Konstrukce zařízení se v průběhu času vyvíjela. V raných fázích výzkumu byly použity následující prvky: křemičité matrice zadržet těkavé látky, ale zjistilo se, že uvolňování bylo příliš rychlé a že perzistence v terénu byla nedostatečná. Zavedení aktivního uhlí rostlinného původu, díky spolupráci se skupinou pro uhlíkaté materiály a životní prostředí na Univerzitě v Alicante, představovalo kvalitativní skok: efektivnější retence a mnohem pomalejší uvolňování.
Současné studie zaručují repelentní účinek nejméně 28 dníToto období již docela dobře zapadá do mnoha harmonogramů hospodaření s plodinami a probíhá úsilí o jeho prodloužení. To umožňuje zemědělcům relativně snadno plánovat výměnu zařízení, aniž by je museli vyměňovat každých pár dní.
Zajímavým aspektem designu je, že se zařízení ukáže znovu použitelný po část svého životního cykluPo uplynutí doby uvolňování lze uhlíkovou matrici znovu impregnovat odpuzujícím VOC a znovu použít, což zvyšuje ekonomickou efektivitu a dále snižuje produkci odpadu.
Přístup, který spíše odpuzuje než zabíjí
Filozofie tohoto zařízení je jasná: nejde o vyhlazení, ale o vyhnat škůdce z prostředí plodinyUvolněné sloučeniny fungují jako semiochemikálie allomonového typu a generují čichový signál, díky kterému hmyz vnímá oblast jako nepřátelskou nebo nezajímavou a rozhodne se do ní nevstoupit ani ji neopustit.
Tato změna logiky má několik výhod. Na jedné straně snižuje dopad na užitečný hmyzprotože cílem je odstrašit, nikoli otrávit. Navíc je minimalizováno riziko vzniku problémů. rezistentní populace, což je rozšířený problém se smrtícími insekticidy.
Navíc se tento typ zařízení perfektně hodí do strategií pro prevence a integrované řízeníNapříklad je lze umístit po obvodu zdravých pozemků, aby se vytvořil jakýsi odpuzující kordon, který škůdcům ztíží vstup a bude fungovat jako první obranná linie, než se problém vymkne kontrole.
Další možností, velmi zajímavou u již postižených plantáží, je jejich kombinace s lákavé pasti ve známé strategii push-pullRepelenty „odhánějí“ hmyz od chráněných oblastí, zatímco atraktanty ho „přitahují“ ke konkrétním místům, kde jsou instalovány fyzické pasti nebo specifické návnady, čímž se snižuje populace, aniž by se napomáhalo jejímu nekontrolovanému šíření.
Výsledkem je mnohem propracovanější systém hubení škůdců, který se snaží změnit chování hmyzu místo jeho vyhubenía která se dobře integruje s dalšími biologickými, kulturními nebo fyzikálními opatřeními v rámci integrované ochrany proti škůdcům.
Výsledky proti nosatci černému a dalším cílovým škůdcům
Velká část vývoje technologií se zaměřila na řešení černý banánový nosatec (Cosmopolites sordidus)Banánový nosatec, brouk pocházející z indicko-malajské oblasti, je nyní rozšířen prakticky ve všech oblastech pěstování banánů, včetně Kanárských ostrovů. Je považován za jednoho z nejzávažnějších škůdců této plodiny na celém světě kvůli škodám, které způsobuje, a obtížnosti jeho kontroly.
Výchozím bodem byla spolupráce s CoplacaHlavní sdružení banánová družstva na Kanárských ostrovech sdělilo Univerzitě v Alicante své znepokojení ohledně obrovského ekonomického a fytosanitárního dopadu nosatce černého. Na základě této skutečné výzvy začala fytopatologická skupina hledat udržitelnější alternativy k tradičním insekticidům.
V předchozím výzkumu tyto týmy již pracovaly s entomopatogenní houby pocházející z banánových plantáží na Kanárských ostrovech, známé svou schopností infikovat a zabíjet hmyz. Během těchto studií pozorovali, že houby produkované VOC s repelentním účinkemMezi nimi jedna z hlavních sloučenin, nazývaná C5, vykazovala velmi výraznou aktivitu proti nosatci černému.
S tímto objevem v ruce bylo dalším krokem najít způsob, jak efektivním a trvalým způsobem přivést tyto těkavé látky na polePo testování různých matric a vyřazení oxidu křemičitého z důvodu jeho nízké perzistence byla vyvinuta současná uhlíkatá matrice, odvozená z lesního odpadu, která umožňuje zadržení C5 v její porézní struktuře a pomalé uvolňování.
Testy provedené v laboratoři a v kontrolovaném prostředí na samotné univerzitě ukázaly, že zařízení na bázi aktivního uhlí Svou repelentní aktivitu proti černému nosatci si zachovávají déle než 28 dní.To hmyz dezorientuje, mění jeho vnímání potravy a snižuje jeho přítomnost v chráněné oblasti. V současné době probíhají pokusy na skutečných plantážích na Kanárských ostrovech ve spolupráci s Regionální skupinou banánových družstev.
Testování, technologická vyspělost a environmentální bezpečnost
Vývoj tohoto zařízení je na úrovni technologické vyspělosti. TRL 5-6což znamená, že úspěšně prošlo počátečními laboratorními fázemi a pokračovalo ověřené pilotní prototypy za podmínek bližších reálným polním podmínkám. To zahrnuje pokusy s rostlinami, testy ve sklenících nebo polootevřených prostorách a počáteční hodnocení na komerčních farmách.
Ve všech těchto krocích byla věnována zvláštní pozornost chování hmyzu vystaveného zařízeníV případě nosatce černého bylo pozorováno, že dospělí jedinci ztrácejí orientaci, snižují svou schopnost lokalizovat zdroj potravy a mají tendenci se vzdalovat od míst, kde jsou zařízení umístěna, což potvrzuje očekávaný účinek těkavých repelentů.
Další prioritou bylo vyhodnotit bezpečnost systému pro životní prostředíUhlíkatý materiál pochází z rostlinného odpadu a přirozeně se integruje do půdy, aniž by zanechával žádné zbytky plastů ani perzistentní látky. Nevyžaduje žádné speciální aplikační vybavení ani pokročilé technické školení, což se promítá do úspora času a nákladů na práci pro zemědělce.
Z hlediska regulace a duševního vlastnictví je tato technologie chráněno patentovou přihláškou, a to jak ve vztahu k použití specifických repelentních těkavých organických sloučenin produkovaných entomopatogenními a nematofágními houbami, tak i ve vztahu k návrhu uhlíkové matrice a samotného biologicky odbouratelného zařízení.
Tato podpora usnadňuje budoucí přenos do produktivního sektoru a poskytuje jasný rámec pro spolupráci se společnostmi, které mají zájem o rozšíření technologie, její testování na jiných plodinách a nakonec o uvedení na trh různých variant zařízení přizpůsobených potřebám každého cílového škůdce.
Cirkulární ekonomika, potenciální využití a vstup na trh
Kromě přímé kontroly škůdců představuje toto zařízení praktický případ oběhové hospodářství v zemědělském sektoruOrganický odpad – například lesní suť – se používá k výrobě aktivního uhlí, které slouží jako matrice; používají se těkavé organické sloučeniny (VOC), které mohou pocházet z entomopatogenní nebo nematofágní houby pěstované v zemědělských vedlejších produktech a na konci cyklu samotné zařízení přispívá k zlepšit kvalitu půdy.
Tato filozofie byla umožněna díky spolupráci mezi různými skupinami na Univerzitě v Alicante. Tým Fytopatologie, kterou vedou Luis Vicente López Llorca a Federico López MoyaPřispěla znalostmi o škůdcích, houbách a aktivních látkách. Profesoři zase... María Ángeles Lillo Ródenas a María del Carmen Román Martínezze skupiny Uhlíkaté materiály a životní prostředí navrhli matrici aktivního uhlí a optimalizovali její vlastnosti pro uvolňování těkavých organických sloučenin (VOC).
Technologie je flexibilní: stejný nosič s aktivním uhlím umožňuje zahrnují jak těkavé organické sloučeniny biologického původu, tak i syntetické molekulypřizpůsobení zařízení různým škůdcům a plodinám bez nutnosti změny platformy. To otevírá dveře k aplikacím v ekologickém zemědělství, vysoce hodnotných plodinách, sklenících a kontrolovaných systémech, stejně jako u okrasných rostlin, kde se již zkoumají možnosti boje proti škůdcům, jako je například červený palmový nosatec.
Zařízení bylo také navrženo tak, aby snadná manipulaceV závislosti na cílovém druhu jej lze umístit blízko země v případě lezoucího hmyzu, jako je například nosatec černý, nebo do vyšších částí rostliny, například do korun palem, při cíleném boji proti nosatci palmovému. Nevyžaduje složitou infrastrukturu ani velké počáteční investice od zemědělce.
Nyní spočívá velká výzva v tom, transfer do podnikatelského sektoruJak už u mnoha akademických projektů bývá zvykem, výzkumné skupiny nemají kapacitu na výrobu zařízení ve velkém měřítku, takže Univerzita v Alicante hledá zainteresované firmy a družstva při licencování patentu, účasti na společných výzkumných a vývojových projektech nebo podpoře procesů škálování a validace ve velkých farmách.
V situaci, která je poznamenána tlakem na potravinové systémy a klimatickou krizí, tato technologie ilustruje, jak je to možné Chraňte plodiny odpuzováním škůdců bez použití smrtících insekticidůDíky tomu se eliminuje plastový odpad z dávkovačů a k uzavření cyklu využívá přírodní materiály. Pokud se tento systém na trhu etabluje, mohl by se stát klíčovým nástrojem pro mnoho zemědělců, kteří se snaží učinit skutečný krok směrem k čistším a udržitelnějším modelům produkce, aniž by obětovali účinnost v hubení škůdců.
