La Mencari alternatif berkelanjutan untuk pestisida kimia. Ini adalah salah satu tantangan utama yang dihadapi pertanian modern. Bertahun-tahun penggunaan insektisida dan herbisida secara intensif telah memungkinkan kita untuk memberi makan populasi global yang terus bert增长, tetapi juga meninggalkan jejak yang mengkhawatirkan pada air, keanekaragaman hayati, dan kesehatan manusia. Oleh karena itu, teknologi apa pun yang mengurangi ketergantungan kita pada zat-zat ini sambil mempertahankan produktivitas tanaman dipandang dengan sangat menarik.
Dalam konteks itu, pengendalian hama menggunakan getaran dan ultrasonik Teknologi ini telah berkembang dari sekadar keingintahuan ilmiah menjadi alat nyata dalam pengelolaan hama terpadu. Mulai dari perangkat yang meniru sinyal getaran yang digunakan serangga untuk bereproduksi hingga pemancar ultrasonik yang mensimulasikan kehadiran predator, penelitian terbaru menunjukkan bahwa dimungkinkan untuk "berbicara dalam bahasa" hama untuk menarik, membingungkan, atau mengusir mereka, semuanya tanpa menyemprot lahan dengan bahan kimia.
Mengapa sektor pertanian mencari alternatif pengganti pestisida?
La Pertanian intensif modern tak pelak lagi bersifat agresif terhadap lingkungan.Hal ini karena sistem tersebut didasarkan pada preferensi terhadap satu spesies budidaya dibandingkan pesaingnya: gulma, serangga, jamur, atau mamalia kecil. Dengan mekanisasi dan kebutuhan untuk menghasilkan lebih banyak per hektar, solusi cepatnya adalah pestisida, yang selama beberapa dekade telah menjadi sekutu penting dalam memastikan panen.
Namun, penggunaan zat-zat ini secara luas telah menimbulkan masalah lingkungan dan kesehatan yang sangat seriusPencemaran akuifer, kerusakan pada fauna non-target (termasuk penyerbuk seperti lebah dan tawon), munculnya resistensi pada banyak hama, dan risiko kesehatan bagi individu yang terpapar. Ini adalah pedang bermata dua klasik: mereka membantu menghasilkan makanan, tetapi pada saat yang sama, mereka dapat merugikan kita.
Situasi ini telah mendorong perkembangan solusi biologis seperti pupuk hayati dan pestisida hayatiMetode-metode ini didasarkan pada mikroorganisme atau serangga bermanfaat yang bersaing dengan atau menyerang hama. Meskipun merupakan kemajuan yang signifikan, metode-metode ini masih belum dapat sepenuhnya menggantikan bahan kimia pertanian tanpa kehilangan efektivitasnya, terutama dalam sistem pertanian intensif.
Oleh karena itu, muncul minat pada strategi inovatif seperti Pengendalian hama secara fisik atau perilaku melalui getaran.yang memungkinkan untuk mengganggu komunikasi serangga atau mensimulasikan kehadiran predator, mengurangi kerusakan tanpa meninggalkan residu beracun di lingkungan.
Peran getaran dan ultrasonik dalam komunikasi hama
Banyak hama pertanian menggunakan getaran dan sinyal akustik untuk mengorientasikan diri, mencari pasangan, atau mendeteksi predator. Beberapa spesies berkomunikasi melalui getaran yang ditransmisikan oleh tumbuhan (melalui batang dan daun), sementara yang lain menggunakan gelombang ultrasonik yang dipancarkan di udara, yang tidak terdengar oleh manusia tetapi dapat dikenali dengan sempurna oleh hewan lain.
Dalam kasus serangga penghisap biji-bijianHama penting pada kedelai, jagung, gandum, dan kacang-kacangan telah terbukti menggabungkan dua sistem: pada jarak jauh, hingga sekitar 100 meter, mereka menggunakan feromon untuk menarik calon pasangan. Ketika mereka semakin dekat, mereka mengganti saluran dan mulai menyiarkan. sinyal getaran melalui tanaman untuk menunjukkan posisi tepatnya, sebuah pesan yang kurang lebih berbunyi "Aku di sini, mendekatlah padaku".
Getaran-getaran ini merambat melalui tubuh tumbuhan, yang bertindak sebagai penyerap getaran yang sesungguhnya. “kabel” alami yang mengirimkan sinyalYang menarik adalah beberapa betina maupun jantan lain dapat merespons sinyal yang sama, sehingga "dialog getaran" dalam suatu budaya bisa sangat kompleks.
Pada hama lainnya, seperti ngengat nokturnal dari genus SpodopteraUltrasonik memainkan peran kunci. Kupu-kupu ini adalah mangsa umum bagi kelelawar, yang dapat menemukan mereka secara tepat berkat ekolokasi ultrasonik. Kelelawar, pada gilirannya, telah mengembangkan serangkaian respons akustik yang dapat untuk mengacaukan ekolokasi kelelawar atau membantu mereka mendeteksi keberadaan mereka tepat waktu untuk melarikan diri. Dengan kata lain, ada "perang akustik" yang sesungguhnya di langit malam.
Memahami sistem komunikasi ini telah memungkinkan para peneliti untuk mengusulkan sebuah gagasan yang sangat ampuh: Jika kita tahu apa yang didengar hama dan bagaimana mereka berkomunikasiKita dapat menciptakan perangkat yang meniru, mengubah, atau memblokir sinyal-sinyal tersebut untuk memanipulasinya demi keuntungan kita.
Perangkat buatan Brasil yang menggunakan getaran mikro untuk menarik kutu kasur.
Salah satu kemajuan paling mencolok dalam pengendalian hama menggunakan getaran berasal dari Brasil, di mana sebuah tim dari Perusahaan Penelitian Pertanian Brasil (Embrapa) dan Universitas Negeri Mato Grosso telah mengembangkan perangkat elektronik yang mampu mereproduksi sinyal getaran yang digunakan oleh serangga penghisap biji-bijian dalam fase reproduksinya.
Teknologi ini didasarkan pada pengamatan bertahun-tahun terhadap... perilaku reproduksi serangga iniPara ilmuwan menganalisis frekuensi spesifik getaran yang mereka pancarkan saat mencari pasangan dan berhasil merekam, menyimpan, serta mereproduksinya secara terkontrol dengan prototipe elektronik yang dipasang pada perangkap di lapangan.
Perangkap ini menggabungkan dua jenis umpan: feromon sintetisyang bekerja dari jarak jauh untuk menarik kutu kasur dengan "bau", dan alat kecil bergetar yang meniru sinyal getaran yang tepat yang ditafsirkan oleh serangga sebagai panggilan kawin. Hasilnya adalah semacam "sinyal palsu" yang memusatkan serangga di dalam perangkap alih-alih menyebarkannya ke seluruh tanaman.
Menurut ahli biologi Raúl Alberto Laumann, dari Laboratorium Semiokimia Sumber Daya Genetik dan Bioteknologi di Embrapa, penggunaan gabungan dari getaran dan feromon Hal ini memungkinkan tidak hanya penangkapan kutu kasur, tetapi juga perolehan informasi yang sangat tepat tentang kepadatan dan distribusi spasial populasi hama di lahan tersebut.
Dalam uji lapangan yang sedang berlangsung, perangkap dengan perangkat tersebut ditempatkan kira-kira setiap lima hektarSelanjutnya, serangga yang tertangkap di setiap titik dihitung, dan model matematika digunakan untuk memperkirakan kepadatan hama sebenarnya di seluruh tanaman. Pendekatan ini menjadikan perangkap getar sebagai alat pemantauan yang canggih, kunci untuk memutuskan kapan dan bagaimana melakukan intervensi.
Keunggulan dan potensi pengendalian kutu kasur dengan getaran
Kutu kasur dan ulat adalah dua hama paling merusak pada kedelai dan tanaman biji-bijian lainnya. Meskipun tanaman transgenik dan mikroorganisme entomopatogenik digunakan, antara lain, untuk mengendalikan ulat, pengendalian hama kepik masih sangat bergantung pada insektisida kimia. Oleh karena itu, menemukan metode alternatif yang kurang agresif dan lebih aman bagi lingkungan dan kesehatan manusia merupakan tantangan strategis.
Perangkat getar asal Brasil ini mengarah tepat ke arah itu. Daya tariknya yang besar adalah bahwa perangkat ini dapat menjadi sebuah Alternatif nyata pengganti insektisida konvensionalatau setidaknya mengurangi penggunaannya secara signifikan dengan mengintegrasikannya ke dalam program pengendalian hama terpadu. Perangkap tersebut akan berfungsi untuk memantau dan mengurangi populasi kutu kasur hingga ke tingkat di bawah ambang batas kerusakan ekonomi.
Selain itu, ini adalah sebuah teknologi. sangat spesifik terhadap hama targetBerbeda dengan insektisida spektrum luas, yang juga dapat membasmi serangga bermanfaat seperti predator alami atau penyerbuk, getaran dan feromon hanya ditujukan pada serangga penghisap biji-bijian yang mengenali sinyal-sinyal ini. Hal ini meminimalkan dampak pada serangga bermanfaat.
Menurut hasil awal yang dirilis oleh tim Embrapa, penggunaan gabungan feromon sintetis dan getaran telah memungkinkan secara nyata mengurangi keberadaan kutu kasur di ladang. dari berbagai uji coba, dan semua ini tanpa mengganggu aktivitas serangga bermanfaat seperti lebah atau tawon. Dalam skenario di mana FAO memperkirakan bahwa hama dapat menyebabkan pengurangan hingga 40% dalam produksi pertanian global, setiap kemajuan ke arah ini memiliki dampak yang besar. dampak ekonomi dan ekologis yang signifikan.
Paten untuk teknologi ini diajukan pada akhir tahun 2023 ke Institut Kekayaan Industri Nasional Brasil dan, untuk saat ini, Produk ini belum tersedia secara komersial.Para peneliti sedang mencari mitra industri, terutama perusahaan yang berdedikasi pada pengembangan perangkap otomatis, dengan tujuan untuk meningkatkan skala produksi dan membawa perangkat ini ke pasar pertanian.
Tantangan dalam menerapkan getaran mikro dalam skala besar
Terlepas dari antusiasme yang ditimbulkan oleh inovasi ini, beberapa kekhawatiran juga telah muncul. keraguan yang beralasan tentang kelayakannya dalam skala besar.Ahli entomologi José Maurício Simões Bento, seorang pakar ekologi kimia dan perilaku serangga di Universitas São Paulo, sangat menghargai karya Embrapa, terutama identifikasi tepat frekuensi getaran yang digunakan oleh kutu kasur.
Namun, Simões menunjukkan bahwa hal yang belum diketahui adalah... Bagaimana mereplikasi sistem ini di perkebunan yang mencakup ratusan ribu hektar?Hal ini terjadi pada kedelai di Brasil, di mana lebih dari 45 juta hektar lahan ditanami. Memasang perangkat di sejumlah lokasi yang memadai bisa jadi mahal dan rumit secara logistik, dan keseimbangan optimal antara biaya teknologi dan pengurangan kerusakan masih belum jelas.
Aspek teknis penting lainnya adalah bahwa Komunikasi getaran kutu kasur terjadi melalui tumbuhan.tidak langsung ke udara. Agar sinyal dapat ditransmisikan secara efektif, perangkat tersebut harus terhubung ke tanaman atau struktur yang memungkinkan getaran menyebar ke seluruh jaringan tanaman. Hal ini menimbulkan pertanyaan seperti: Apakah cukup menempatkan satu perangkat per perangkap? Apakah harus dipasang pada tanaman tertentu? Bagaimana penyebaran berubah tergantung pada kepadatan tanaman?
Laumann dan timnya mengusulkan untuk menyelesaikan beberapa tantangan ini melalui penggunaan model matematika yang mengkorelasikan tangkapan perangkap dengan kepadatan hama yang sebenarnya, sehingga menghindari kebutuhan untuk menutupi setiap tanaman dengan alat tersebut. Lebih lanjut, mereka mengusulkan untuk mengintegrasikan teknologi ini dengan metode pengendalian hayati lainnya, seperti penggunaan parasitoid telur kutu kasuryang memakan dan berkembang di dalam telur hama, sehingga semakin mengurangi populasinya.
Jika ada kemajuan dalam mengotomatiskan penghitungan serangga yang tertangkap, sesuatu yang juga sedang dikerjakan, perangkap getar dapat diubah menjadi alat utama dalam pengelolaan hama terpaduMemberi tahu petani secara hampir real-time tentang tingkat kutu kasur di setiap area pertanian, sehingga memudahkan pengambilan keputusan pengendalian yang jauh lebih tepat dan tepat waktu.
Perangkat ultrasonik untuk mengusir ngengat dan hama terbang lainnya.
Selain getaran yang ditransmisikan oleh tumbuhan, bidang penelitian lain yang sangat aktif adalah... penggunaan ultrasound untuk mengusir serangga berbahayaSebuah studi terbaru yang diterbitkan dalam jurnal Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) oleh tim Jepang telah menunjukkan hasil yang sangat menjanjikan terhadap ngengat dari genus Spodoptera, hama utama pada tanaman seperti stroberi, bawang, tomat, dan banyak sayuran lainnya.
Di bawah arahan peneliti Ryo Nakano, dari Universitas Nagoya, uji coba dilakukan di ladang dan rumah kaca stroberi dan bawang di mana pemancar ultrasonik silindris dipasang, yang mampu memancarkan suara dalam 360 derajat. Perangkat ini meniru ultrasonik yang dipancarkan oleh kelelawar, predator alami ngengat nokturnal.
Para ilmuwan berfokus pada penyesuaian yang tepat. durasi, frekuensi, dan intensitas sinyal ultrasonik untuk mencapai efektivitas penolakan maksimum. Hasil penelitian menunjukkan bahwa, ketika perangkat diaktifkan dari senja hingga fajar (periode aktivitas ngengat ini), penerbangan ngengat betina berkurang secara signifikan, dan yang terpenting, bertelur di tanaman.
Ini sangat penting karena banyak spesies seperti Spodoptera littoralis (donat hitam) atau Spodoptera exigua (donat hijau atau ulat tentara) Mereka menyebabkan sebagian besar kerusakan selama tahap larva. Mencegah serangga betina bertelur di tanaman akan menghilangkan masalah ini, secara drastis mengurangi populasi larva yang memakan daun dan buah.
Ahli entomologi Miguel Ángel Miranda Chueca, Profesor Zoologi di Universitas Kepulauan Balearic, percaya bahwa pendekatan ini memiliki dasar ilmiah yang kuatHal ini karena teknologi tersebut memanfaatkan bahasa akustik (ultrasound) yang secara alami digunakan kupu-kupu untuk berkomunikasi dengan predatornya. Ia percaya bahwa jenis teknologi ini dapat menjadi metode pengendalian baru dalam sistem pengelolaan hama terpadu.
Keterbatasan ultrasound terhadap hama umum lainnya
Meskipun hasil penelitian pada ngengat dari genus Spodoptera sangat menjanjikan, para ahli sepakat bahwa Keefektifan ultrasound tidak dapat digeneralisasikan untuk semua hama.Setiap spesies memiliki biologi sensoriknya sendiri, dan tidak semuanya menggunakan getaran atau ultrasonik untuk berkomunikasi atau mendeteksi ancaman.
Contoh yang jelas adalah lalat buah (Ceratitis capitata)Serangga penyengat adalah salah satu hama paling signifikan yang menyerang pohon buah-buahan di seluruh dunia. Menurut para ahli, serangga ini tidak menggunakan gelombang ultrasonik sebagai sarana komunikasi utama, yang sangat mempersulit pencarian frekuensi dan "pesan akustik" yang akan menyebabkannya menjauh atau melarikan diri. Tanpa dasar biologis ini, merancang sistem suara yang benar-benar efektif hampir tidak mungkin.
Hal serupa terjadi pada hama dalam ruangan seperti kecoakTerdapat perangkat di pasaran yang mengklaim dapat mengusir kecoa menggunakan gelombang ultrasonik. Namun, para peneliti seperti Miranda Chueca berpendapat bahwa produk-produk ini secara biologis tidak berguna karena kecoa tidak menggunakan sinyal-sinyal ini dengan cara yang memungkinkan pengusiran yang berkelanjutan.
Dalam kasus NyamukTeori ini memiliki dasar yang lebih kuat, karena mereka memang menggunakan suara dalam perilaku reproduksi mereka (misalnya, dengungan khas sayap mereka untuk menarik betina). Namun, studi yang tersedia menunjukkan bahwa reproduksi suara-suara tersebut Produk ini tidak memiliki efek penolak serangga yang jelas.Dan sejauh ini, belum ada pola ultrasonik yang teridentifikasi yang secara konsisten dapat mengusir mereka dalam kondisi dunia nyata.
Bidang lain di mana ultrasound telah diuji adalah... pengendalian hewan pengerat seperti tikus, mencit, atau tikus sawah, terutama selama periode serangan hama pertanian yang intensif. Kita tahu bahwa hewan-hewan ini dapat berkomunikasi menggunakan suara frekuensi tinggi, misalnya, untuk pacaran atau pertahanan wilayah, dan ini telah menyebabkan desain perangkat yang konon dapat mengusir hama. Namun, bukti ilmiah menunjukkan bahwa efeknya paling banter hanya bersifat sementara.Suara baru pada awalnya bisa menakutkan, tetapi seiring waktu hewan cenderung terbiasa dengannya, sama seperti yang terjadi pada kita manusia dengan suara yang terus-menerus mengganggu.
Dampak ekologis dan “polusi suara” di pedesaan
Salah satu masalah yang tidak boleh diabaikan adalah... dampak ekologis yang dapat ditimbulkan oleh emisi ultrasonik dan getaran buatan dalam ekosistem pertanian. Meskipun tujuannya mungkin hanya untuk mengusir atau menarik hama tertentu, kenyataannya banyak organisme lain yang berbagi lingkungan tersebut dan dapat terpengaruh oleh sinyal-sinyal ini.
Para penulis studi Jepang di PNAS sendiri mengakui bahwa penggunaan perangkat ini secara ekstensif dapat menghasilkan dampak tertentu. “polusi suara” bagi spesies lainMeskipun gelombang ultrasonik tidak terdengar oleh manusia, gelombang ini dapat terdengar oleh banyak hewan, dan dapat mengganggu komunikasi atau perilaku mereka jika tidak digunakan secara terkontrol.
Sebagai contoh, simulasi berkelanjutan dari gelombang ultrasonik kelelawar yang dirancang untuk menakut-nakuti ngengat dapat juga mempengaruhi kupu-kupu nokturnal lain yang tidak berbahaya. atau serangga yang menjadi bagian dari makanan burung atau predator lainnya. Dengan memodifikasi perilaku mangsa, seluruh ekosistem dapat diubah secara tidak langsung. rantai makanan yang sudah cukup terbebani dalam sistem pertanian intensif.
Dalam lingkungan yang sangat dipengaruhi manusia seperti pertanian, intervensi apa pun, betapapun baik niatnya, memiliki konsekuensi terhadap lingkunganOleh karena itu, sebelum menerapkan solusi skala besar berbasis getaran atau ultrasonik, para ahli entomologi menekankan perlunya mempelajari lebih lanjut efek samping yang mungkin terjadi dan menilai apakah efek samping tersebut dapat diterima dibandingkan dengan kerusakan yang ingin dihindari.
Kuncinya adalah menemukan keseimbangan antara efisiensi dan penghormatan terhadap lingkunganGunakan sinyal seminimal mungkin, pada waktu dan tempat yang tepat, dan kombinasikan alat-alat ini dengan strategi lain (pengendalian hayati, pengelolaan habitat, varietas tahan penyakit, dll.) untuk meminimalkan penggunaan bahan kimia tanpa menimbulkan masalah baru yang tidak terlihat.
Pada akhirnya, pengendalian hama menggunakan getaran dan ultrasonik semakin mapan sebagai metode yang efektif. bidang inovasi yang sangat kuat Dalam pertanian berkelanjutan, perangkap getar untuk hama biji-bijian, yang mampu menarik hama melalui feromon dan getaran mikro yang dihasilkan secara elektronik, membuka jalan bagi pengendalian yang lebih terarah dan kurang bergantung pada insektisida. Sementara itu, pemancar ultrasonik yang terinspirasi oleh kelelawar menunjukkan bahwa dimungkinkan untuk "menipu" ngengat seperti Spodoptera dan secara signifikan mengurangi peletakan telurnya. Meskipun tantangan tetap ada terkait skalabilitas, biaya, keterbatasan spesifik spesies, dan potensi dampak pada bentuk kehidupan lain, semua indikasi menunjukkan bahwa teknologi ini akan secara progresif diintegrasikan ke dalam program pengelolaan hama terpadu, menawarkan petani alat lain untuk melindungi tanaman mereka tanpa merusak lingkungan atau membahayakan kesehatan mereka yang bekerja dan bergantung pada lahan tersebut.
