La Suche nach nachhaltigen Alternativen zu chemischen Pestiziden Dies ist eine der größten Herausforderungen der modernen Landwirtschaft. Der jahrelange intensive Einsatz von Insektiziden und Herbiziden hat es uns zwar ermöglicht, die wachsende Weltbevölkerung zu ernähren, doch er hat auch besorgniserregende Spuren in Bezug auf Wasser, Biodiversität und die menschliche Gesundheit hinterlassen. Daher wird jede Technologie, die unsere Abhängigkeit von diesen Substanzen verringert und gleichzeitig die Ernteerträge erhält, mit großem Interesse verfolgt.
In diesem Zusammenhang ist die Schädlingsbekämpfung mittels Vibrationen und Ultraschall Aus einer beinahe wissenschaftlichen Kuriosität hat sich ein wichtiges Werkzeug im integrierten Pflanzenschutz entwickelt. Von Geräten, die die Vibrationssignale der Insekten zur Fortpflanzung imitieren, bis hin zu Ultraschallsendern, die die Anwesenheit von Fressfeinden simulieren – aktuelle Forschungsergebnisse zeigen, dass es möglich ist, die „Sprache“ der Schädlinge zu sprechen, um sie anzulocken, zu verwirren oder abzuwehren, ganz ohne den Einsatz von Chemikalien.
Warum die Landwirtschaft nach Alternativen zu Pestiziden sucht
La Die moderne intensive Landwirtschaft ist zwangsläufig aggressiv gegenüber der Umwelt.Dies liegt daran, dass es darauf beruht, eine einzige Kulturpflanze gegenüber allen Konkurrenten – Unkräutern, Insekten, Pilzen oder Kleinsäugern – zu bevorzugen. Mit der Mechanisierung und dem Bedarf an höheren Erträgen pro Hektar boten Pestizide die schnelle Lösung und waren jahrzehntelang unverzichtbare Helfer bei der Sicherung der Ernte.
Die weitverbreitete Verwendung dieser Substanzen hat jedoch dazu geführt, dass sehr ernste Umwelt- und GesundheitsproblemeVerschmutzung von Grundwasserleitern, Schädigung von Nichtzielorganismen (darunter Bestäuber wie Bienen und Hummeln), Resistenzentwicklung bei vielen Schädlingen und Gesundheitsrisiken für exponierte Personen. Es ist ein klassisches zweischneidiges Schwert: Sie tragen zur Nahrungsmittelproduktion bei, können uns aber gleichzeitig schaden.
Diese Situation hat die Entwicklung von biologische Lösungen wie z. B. Bio-Dünger und Bio-PestizideDiese Methoden basieren auf Mikroorganismen oder Nützlingen, die mit Schädlingen konkurrieren oder diese angreifen. Obwohl sie einen bedeutenden Fortschritt darstellen, können sie Agrochemikalien noch nicht vollständig ersetzen, ohne an Wirksamkeit einzubüßen, insbesondere in hochintensiven Systemen.
Daher das Interesse an innovativen Strategien wie Physikalische oder verhaltensbedingte Schädlingsbekämpfung durch VibrationenDadurch kann die Kommunikation von Insekten gestört oder die Anwesenheit von Fressfeinden simuliert werden, wodurch Schäden reduziert werden, ohne giftige Rückstände in der Umwelt zu hinterlassen.
Die Rolle von Vibrationen und Ultraschall in der Schädlingskommunikation
Viele landwirtschaftliche Schädlinge nutzen Schwingungen und akustische Signale Zur Orientierung, Partnersuche oder zur Erkennung von Fressfeinden nutzen manche Arten Vibrationen, die von Pflanzen (über Stängel und Blätter) übertragen werden, während andere Ultraschallwellen in der Luft verwenden, die für Menschen unhörbar, für andere Tiere aber deutlich erkennbar sind.
Im Fall von Getreide saugende InsektenWichtige Schädlinge von Sojabohnen, Mais, Weizen und Bohnen kombinieren nachweislich zwei Systeme: Auf große Entfernungen von bis zu etwa 100 Metern nutzen sie Pheromone um potenzielle Partner anzulocken. Sobald sie näher kommen, wechseln sie den Kanal und beginnen zu senden. Vibrationssignale durch die Pflanze Um seine genaue Position anzuzeigen, eine Nachricht, die etwa lautet: „Ich bin hier, komm zu mir“.
Diese Schwingungen breiten sich durch den Pflanzenkörper aus, der als wahrer natürliches „Kabel“, das das Signal überträgtDas Interessante daran ist, dass mehrere Weibchen sowie andere Männchen auf dasselbe Signal reagieren können, sodass der „vibratorische Dialog“ in einer Kultur recht komplex sein kann.
Bei anderen Schädlingen, wie zum Beispiel nachtaktive Falter der Gattung SpodopteraUltraschall spielt eine Schlüsselrolle. Diese Schmetterlinge sind eine häufige Beute von Fledermäusen, die sie dank Ultraschall-Echolokation präzise orten. Die Fledermäuse wiederum haben eine Reihe akustischer Reaktionen entwickelt, die sie orten können. um die Echoortung von Fledermäusen zu verwirren oder ihnen helfen, ihre Anwesenheit rechtzeitig zu erkennen, um zu fliehen. Mit anderen Worten: Am Nachthimmel herrscht ein regelrechter „akustischer Krieg“.
Das Verständnis dieser Kommunikationssysteme hat es Forschern ermöglicht, eine sehr wirkungsvolle Idee vorzuschlagen: Wenn wir wissen, was Schädlinge hören und wie sie kommunizierenWir können Geräte entwickeln, die diese Signale nachahmen, verändern oder blockieren, um sie zu unserem Vorteil zu manipulieren.
Das brasilianische Gerät, das mit Mikrovibrationen Bettwanzen anlockt
Einer der bemerkenswertesten Fortschritte in der Schädlingsbekämpfung mittels Vibrationen stammt aus Brasilien, wo ein Team der Brasilianisches Agrarforschungsunternehmen (Embrapa) Die Staatliche Universität von Mato Grosso hat ein elektronisches Gerät entwickelt, das in der Lage ist, die Vibrationssignale nachzubilden, die von Getreidewanzen in ihrer Fortpflanzungsphase verwendet werden.
Die Technologie basiert auf jahrelanger Beobachtung von Fortpflanzungsverhalten dieser InsektenWissenschaftler analysierten die spezifischen Frequenzen der Vibrationen, die die Vögel bei der Partnersuche aussenden, und konnten diese mithilfe eines elektronischen Prototyps, der an Fallen im Freiland angebracht wird, kontrolliert aufzeichnen, speichern und wiedergeben.
Diese Fallen kombinieren zwei Arten von Ködern: synthetische Pheromonedie aus großer Entfernung wirken, um Bettwanzen durch "Geruch" anzulocken, und ein kleines Vibrationsgerät, das den Geruch imitiert präzise Vibrationssignale Dies wird von den Insekten als Paarungsruf interpretiert. Dadurch entsteht eine Art „falsches Signal“, das die Insekten in der Falle konzentriert, anstatt sie über die Kulturpflanze zu verteilen.
Laut dem Biologen Raúl Alberto Laumann vom Labor für Semiochemikalien genetischer Ressourcen und Biotechnologie bei Embrapa ist die kombinierte Nutzung von Vibrationen und Pheromone Es ermöglicht nicht nur das Fangen von Bettwanzen, sondern auch die Gewinnung sehr präziser Informationen über die Dichte und räumliche Verteilung der Schädlingspopulationen auf dem Grundstück.
In den derzeit laufenden Feldversuchen werden die Fallen mit dem Gerät ungefähr alle fünf HektarAnschließend werden die an jedem Punkt gefangenen Insekten gezählt, und mithilfe mathematischer Modelle wird die tatsächliche Schädlingsdichte im gesamten Anbaugebiet geschätzt. Dieses Verfahren macht Vibrationsfallen zu einer Bußgeldüberwachungsinstrument, der Schlüssel zur Entscheidung, wann und wie eingegriffen werden soll.
Vorteile und Potenzial der Bettwanzenbekämpfung mit Vibrationen
Bettwanzen und Raupen sind zwei der schädlichsten Schädlinge in Sojabohnen und anderen Getreidearten. Während transgene Pflanzen und entomopathogene Mikroorganismen unter anderem zur Raupenbekämpfung eingesetzt werden, beruht die Bekämpfung von Stinkwanzen nach wie vor weitgehend auf chemischen Insektiziden. Daher stellt die Suche nach alternativen Methoden, die weniger aggressiv und umwelt- sowie gesundheitsverträglicher sind, eine strategische Herausforderung dar.
Das brasilianische Vibrationsgerät zeigt genau in diese Richtung. Sein großer Reiz liegt darin, dass es zu einem werden könnte Eine echte Alternative zu herkömmlichen Insektizidenoder zumindest ihren Einsatz durch die Einbindung in integrierte Schädlingsbekämpfungsprogramme deutlich zu reduzieren. Die Fallen würden sowohl der Überwachung als auch der Reduzierung der Bettwanzenpopulationen auf ein Niveau unterhalb der wirtschaftlichen Schadensschwelle dienen.
Darüber hinaus handelt es sich um eine Technologie hochspezifisch für den ZielschädlingIm Gegensatz zu Breitbandinsektiziden, die auch Nützlinge wie natürliche Fressfeinde oder Bestäuber vernichten können, wirken Vibrationen und Pheromone gezielt auf Getreide saugende Insekten, die diese Signale erkennen. Dadurch wird die Belastung für Nützlinge minimiert.
Laut vorläufigen Ergebnissen des Embrapa-Teams hat die kombinierte Anwendung von synthetischen Pheromonen und Vibrationen Folgendes ermöglicht: die Präsenz von Bettwanzen auf den Feldern deutlich reduzieren zahlreiche Versuche, und all dies, ohne die Aktivität nützlicher Insekten wie Bienen oder Hummeln zu beeinträchtigen. Angesichts der Schätzungen der FAO, dass Schädlinge die weltweite Agrarproduktion um bis zu 40 % reduzieren können, ist jeder Fortschritt in diesem Bereich von entscheidender Bedeutung. erhebliche wirtschaftliche und ökologische Auswirkungen.
Das Patent für diese Technologie wurde Ende 2023 beim brasilianischen Nationalen Institut für gewerbliches Eigentum angemeldet und ist vorerst noch nicht in Kraft getreten. Es ist noch nicht im Handel erhältlich.Die Forscher suchen Industriepartner, insbesondere Unternehmen, die sich der Entwicklung automatisierter Fallen widmen, mit dem Ziel, die Produktion auszuweiten und diese Geräte auf den Agrarmarkt zu bringen.
Die Herausforderungen bei der Anwendung von Mikrovibrationen im großen Maßstab
Trotz der Begeisterung, die diese Innovation ausgelöst hat, wurden auch einige Bedenken geäußert. begründete Zweifel an seiner großflächigen DurchführbarkeitDer Entomologe José Maurício Simões Bento, Experte für chemische Ökologie und Insektenverhalten an der Universität von São Paulo, schätzt die Arbeit von Embrapa sehr, insbesondere die präzise Identifizierung der von Bettwanzen verwendeten Schwingungsfrequenzen.
Simões weist jedoch darauf hin, dass die große Unbekannte ist Wie lässt sich dieses System auf Plantagen mit einer Fläche von Hunderttausenden von Hektar übertragen?Dies trifft beispielsweise auf Sojabohnen in Brasilien zu, wo über 45 Millionen Hektar bewirtschaftet werden. Die Installation von Geräten an einer ausreichenden Anzahl von Standorten könnte kostspielig und logistisch komplex sein, und das optimale Verhältnis zwischen Technologiekosten und Schadensminimierung ist noch unklar.
Ein weiterer wichtiger technischer Aspekt ist, dass Die Vibrationskommunikation von Bettwanzen erfolgt über die Pflanzenicht direkt in die Luft. Damit das Signal effektiv übertragen werden kann, muss das Gerät … mit der Anlage verbunden oder eine Struktur, die es ermöglicht, dass sich die Vibration im gesamten Pflanzengewebe ausbreitet. Dies wirft Fragen auf wie: Reicht es aus, ein Gerät pro Falle anzubringen? Muss es an einer bestimmten Pflanze befestigt werden? Wie verändert sich die Vermehrung in Abhängigkeit von der Pflanzendichte?
Laumann und sein Team schlagen vor, einige dieser Herausforderungen durch die Verwendung mathematischer Modelle die die Fangergebnisse der Fallen mit der tatsächlichen Schädlingsdichte korrelieren und somit die Notwendigkeit vermeiden, jede Pflanze mit einem Gerät abzudecken. Darüber hinaus schlagen sie vor, diese Technologie mit anderen biologischen Bekämpfungsmethoden zu integrieren, wie beispielsweise der Verwendung von Bettwanzen-Eiparasitoidedie sich in den Eiern des Schädlings ernähren und entwickeln, wodurch dessen Population weiter reduziert wird.
Wenn Fortschritte bei der Automatisierung der Zählung gefangener Insekten erzielt werden, woran ebenfalls gearbeitet wird, könnten Vibrationsfallen in eine solche umgewandelt werden. Schlüsselinstrument im integrierten SchädlingsmanagementDer Landwirt wird nahezu in Echtzeit über den Befall mit Bettwanzen in den einzelnen Bereichen des Betriebs informiert, was präzisere und zeitnahe Bekämpfungsmaßnahmen ermöglicht.
Ultraschallgeräte zur Abwehr von Motten und anderen fliegenden Schädlingen
Neben den von Pflanzen übertragenen Schwingungen ist ein weiteres sehr aktives Forschungsgebiet die Einsatz von Ultraschall zur Abwehr schädlicher InsektenEine kürzlich in der Fachzeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) veröffentlichte Studie eines japanischen Teams hat besonders vielversprechende Ergebnisse gegen Motten der Gattung Spodoptera gezeigt, die wichtige Schädlinge in Kulturen wie Erdbeeren, Zwiebeln, Tomaten und vielen anderen Gemüsesorten sind.
Unter der Leitung des Forschers Ryo Nakano von der Universität Nagoya wurden Versuche durchgeführt in Erdbeer- und Zwiebelfelder und -gewächshäuser Dort wurden zylindrische Ultraschallsender installiert, die Schall in einem 360-Grad-Winkel abstrahlen konnten. Diese Geräte ahmten den von Fledermäusen, den natürlichen Fressfeinden nachtaktiver Motten, ausgesendeten Ultraschall nach.
Die Wissenschaftler konzentrierten sich auf die präzise Justierung der Dauer, Frequenz und Intensität der Ultraschallsignale Um eine maximale Abschreckungswirkung zu erzielen, wurden die Geräte in der Dämmerung und im Morgengrauen (der Aktivitätsperiode dieser Motten) aktiviert. Die Ergebnisse zeigten, dass der Flug der Weibchen deutlich reduziert wurde und vor allem ihre Überlebenschancen sanken. Eierlegen auf Feldfrüchten.
Dies ist von entscheidender Bedeutung, da viele Arten wie Spodoptera littoralis (Schwarzer Donut) oder Spodoptera exigua (Grüner Donut oder Heerwurm) Den größten Schaden verursachen sie im Larvenstadium. Verhindert man, dass die Weibchen ihre Eier in den Kulturpflanzen ablegen, wird das Problem beseitigt und die Population der Larven, die Blätter und Früchte fressen, drastisch reduziert.
Der Entomologe Miguel Ángel Miranda Chueca, Professor für Zoologie an der Universität der Balearen, glaubt, dass dieser Ansatz solide wissenschaftliche GrundlageDies liegt daran, dass es sich eine akustische Sprache (Ultraschall) zunutze macht, die diese Schmetterlinge natürlicherweise zur Kommunikation mit ihren Fressfeinden verwenden. Er glaubt, dass diese Technologie zu einer neuen Bekämpfungsmethode im Rahmen eines integrierten Schädlingsbekämpfungssystems werden kann.
Grenzen des Ultraschalls bei der Bekämpfung anderer häufiger Schädlinge
Obwohl die Ergebnisse mit Motten der Gattung Spodoptera sehr vielversprechend sind, sind sich Experten einig, dass Die Wirksamkeit von Ultraschall lässt sich nicht auf alle Schädlinge verallgemeinern.Jede Art besitzt ihre eigene Sinnesbiologie, und nicht alle nutzen Vibrationen oder Ultraschall zur Kommunikation oder zur Erkennung von Bedrohungen.
Ein klares Beispiel ist die Fruchtfliege (Ceratitis capitata)Die Stechinsekten zählen weltweit zu den bedeutendsten Schädlingen an Obstbäumen. Experten zufolge nutzen diese Insekten Ultraschall nicht als primäres Kommunikationsmittel, was die Suche nach einer geeigneten Frequenz und einer „akustischen Botschaft“, die sie abwehren oder zur Flucht bewegen könnte, erheblich erschwert. Ohne dieses biologische Wissen ist die Entwicklung eines wirklich effektiven Schallsystems praktisch unmöglich.
Ähnliches geschieht mit Schädlingen in Innenräumen wie zum Beispiel KakerlakenEs gibt Geräte auf dem Markt, die Kakerlaken angeblich mithilfe von Ultraschall vertreiben. Forscher wie Miranda Chueca argumentieren jedoch, dass diese Produkte biologisch wirkungslos sind, da Kakerlaken diese Signale nicht so nutzen, dass eine dauerhafte Abwehr möglich ist.
Im Fall von MoskitosDie Theorie hat eine etwas stärkere Grundlage, da sie tatsächlich Laute in ihrem Fortpflanzungsverhalten einsetzen (zum Beispiel das charakteristische Flügelsummen, um Weibchen anzulocken). Allerdings deuten die vorliegenden Studien darauf hin, dass die Reproduktion dieser Laute Es hat keine eindeutige abschreckende Wirkung.Bislang konnte noch kein Ultraschallmuster identifiziert werden, das sie unter realen Bedingungen zuverlässig abwehren kann.
Ein weiteres Anwendungsgebiet von Ultraschall ist die Nagetierbekämpfung Schädlinge wie Ratten, Mäuse oder Wühlmäuse treten besonders in Zeiten starken Schädlingsbefalls in der Landwirtschaft auf. Wir wissen, dass diese Tiere mithilfe hochfrequenter Laute kommunizieren können, beispielsweise zur Balz oder zur Verteidigung ihres Territoriums. Dies hat zur Entwicklung vermeintlich abschreckender Geräte geführt. Wissenschaftliche Erkenntnisse deuten jedoch darauf hin, dass… Der Effekt ist allenfalls vorübergehend.Ein neues Geräusch kann zunächst beängstigend sein, aber mit der Zeit gewöhnen sich Tiere in der Regel daran, genau wie es uns Menschen mit einem ständig nervtötenden Geräusch ergeht.
Ökologische Auswirkungen und „Lärmbelästigung“ auf dem Land
Ein Punkt, der nicht übersehen werden darf, ist der ökologische Auswirkungen von Ultraschall- und künstlichen Vibrationsemissionen in einem landwirtschaftlichen Ökosystem. Auch wenn die Absicht lediglich darin bestehen mag, bestimmte Schädlinge abzuwehren oder anzulocken, ist die Wahrheit, dass viele andere Organismen diesen Lebensraum teilen und von diesen Signalen beeinflusst werden können.
Die Autoren der japanischen Studie in PNAS räumen selbst ein, dass der ausgiebige Einsatz dieser Geräte gewisse Auswirkungen haben kann. „Lärmbelästigung“ für andere ArtenObwohl Ultraschall für Menschen nicht hörbar ist, ist er für viele Tiere hörbar und könnte deren Kommunikation oder Verhalten beeinträchtigen, wenn er nicht kontrolliert eingesetzt wird.
Zum Beispiel könnte die kontinuierliche Simulation von Fledermaus-Ultraschallgeräuschen, die Motten vertreiben sollen, betrifft auch andere harmlose nachtaktive Schmetterlinge oder Insekten, die zur Nahrung von Vögeln oder anderen Raubtieren gehören. Durch die Veränderung des Verhaltens der Beutetiere kann ein ganzes Ökosystem indirekt beeinflusst werden. Nahrungskette was in intensiven Landwirtschaftssystemen bereits stark beansprucht ist.
In einem so stark vom Menschen geprägten Umfeld wie der Landwirtschaft hat jede Intervention, so gut gemeint sie auch sein mag, … Folgen für die UmweltBevor also groß angelegte Lösungen auf Basis von Vibrationen oder Ultraschall implementiert werden, bestehen Entomologen darauf, dass diese möglichen Nebenwirkungen genauer untersucht und bewertet werden müssen, um festzustellen, ob sie im Vergleich zu den Schäden, die vermieden werden sollen, akzeptabel sind.
Der Schlüssel wird darin bestehen, einen zu finden Gleichgewicht zwischen Effizienz und ökologischem Respekt: Setzen Sie nur die unbedingt notwendigen Signale zur richtigen Zeit und am richtigen Ort ein und kombinieren Sie diese Instrumente mit anderen Strategien (biologische Schädlingsbekämpfung, Lebensraummanagement, resistente Sorten usw.), um den Einsatz von Chemikalien zu minimieren, ohne dabei neue, unsichtbare Probleme zu schaffen.
Letztendlich etabliert sich die Schädlingsbekämpfung mittels Vibrationen und Ultraschall als eine ein sehr leistungsstarkes Innovationsfeld Im Bereich der nachhaltigen Landwirtschaft eröffnen Vibrationsfallen für Getreidewanzen, die diese mithilfe elektronisch erzeugter Pheromone und Mikrovibrationen anlocken, die Möglichkeit einer gezielten Bekämpfung, die weniger auf Insektizide angewiesen ist. Ultraschall-Emitter, die von Fledermäusen inspiriert sind, zeigen, dass sich Motten wie Spodoptera „austricksen“ und ihre Eiproduktion deutlich reduzieren lässt. Obwohl Herausforderungen hinsichtlich Skalierbarkeit, Kosten, artspezifischer Einschränkungen und potenzieller Auswirkungen auf andere Lebensformen bestehen, deuten alle Anzeichen darauf hin, dass diese Technologien zunehmend in integrierte Schädlingsbekämpfungsprogramme integriert werden und Landwirten ein weiteres Instrument zum Schutz ihrer Ernten bieten, ohne die Umwelt zu schädigen oder die Gesundheit derjenigen zu gefährden, die auf dem Land arbeiten und von ihm abhängig sind.
