.jpg/1280px-Students_spraying_Irish_potatoes_(10004185).jpg)
Применение пестицидов относится к практическому способу, с помощью которого пестициды (включая гербициды , фунгициды , инсектициды или агенты по борьбе с нематодами ) доставляются к их биологическим целям ( например, вредитель , урожай или другое растение). Общественная обеспокоенность по поводу использования пестицидов высветила необходимость сделать этот процесс максимально эффективным, чтобы свести к минимуму их выброс в окружающую среду и воздействие на человека (включая операторов, наблюдателей и потребителей продукции). [1] Практика борьбы с вредителями путем рационального применения пестицидов является в высшей степени междисциплинарной , объединяющей многие аспекты биологии и химии с: агрономией , инженерией , метеорологией , социально-экономикой и общественным здравоохранением , [2] вместе с более новыми дисциплинами, такими как биотехнология и информатика .
Эффективность может быть связана с качеством применения пестицидов, при этом небольшие капли, такие как аэрозоли, часто повышают эффективность. [3]
Оптические данные со спутников и самолетов все чаще используются для обоснования решений по применению. [4]
Обработка семян может достигать исключительно высокой эффективности с точки зрения эффективной передачи дозы урожаю. Пестициды наносятся на семена перед посадкой в виде обработки семян или покрытия для защиты от почвенных рисков для растения; кроме того, эти покрытия могут обеспечивать дополнительные химикаты и питательные вещества, предназначенные для стимулирования роста. Типичное покрытие семян может включать питательный слой, содержащий азот , фосфор и калий , ризобиальный слой, содержащий симбиотические бактерии и другие полезные микроорганизмы , и фунгицидный (или другой химический) слой, чтобы сделать семена менее уязвимыми для вредителей.
Одной из наиболее распространенных форм применения пестицидов, особенно в традиционном сельском хозяйстве, является использование механических опрыскивателей . Гидравлические опрыскиватели состоят из резервуара , насоса , копья (для отдельных насадок) или штанги и насадки (или нескольких насадок). Опрыскиватели преобразуют формулу пестицида , часто содержащую смесь воды (или другого жидкого химического носителя, такого как удобрение) и химиката, в капли, которые могут быть крупными каплями типа дождя или крошечными почти невидимыми частицами. Это преобразование достигается путем продавливания распыляемой смеси через распылительную насадку под давлением. Размер капель можно изменять с помощью использования различных размеров насадок или путем изменения давления, под которым она нагнетается, или комбинации того и другого. Большие капли имеют то преимущество, что они менее подвержены сносу распыления , но требуют больше воды на единицу покрытой земли. Из-за статического электричества маленькие капли способны максимизировать контакт с целевым организмом, но требуются очень тихие ветровые условия. [2]
Традиционные сельскохозяйственные пестициды можно применять до появления всходов или после появления всходов, этот термин относится к статусу прорастания растения. До появления всходов применение пестицидов в традиционном сельском хозяйстве направлено на снижение конкурентного давления на недавно проросшие растения путем удаления нежелательных организмов и максимального увеличения количества воды, питательных веществ в почве и солнечного света, доступных для урожая. Примером до появления всходов применения пестицидов является применение атразина для кукурузы . Аналогичным образом, смеси глифосата часто применяются до появления всходов на сельскохозяйственных полях для удаления рано прорастающих сорняков и подготовки к последующим урожаям. Оборудование для до появления всходов часто имеет большие широкие шины, предназначенные для плавания по мягкой почве, что сводит к минимуму как уплотнение почвы, так и повреждение посаженных (но еще не взошедших) культур. Трехколесная машина для внесения, такая как изображенная справа, сконструирована таким образом, что шины не следуют по одному и тому же пути, сводя к минимуму образование колеи на поле и ограничивая повреждение подпочвы.
Применение пестицидов после появления всходов требует использования определенных химикатов, выбранных для минимизации вреда желаемому целевому организму. Примером является 2,4-дихлорфеноксиуксусная кислота , которая повреждает широколиственные сорняки ( двудольные ), но оставляет после себя травы ( однодольные ). Такой химикат широко использовался, например, на посевах пшеницы . Ряд компаний также создали генетически модифицированные организмы, устойчивые к различным пестицидам. Примерами являются устойчивые к глифосату соевые бобы и кукуруза Bt , которые изменяют типы формул, участвующих в решении проблемы давления пестицидов после появления всходов. Важно также отметить, что даже при соответствующем выборе химикатов высокие температуры окружающей среды или другие экологические воздействия могут привести к повреждению нецелевого желаемого организма во время применения. Поскольку растения уже проросли, применение пестицидов после появления всходов требует ограниченного контакта с полем, чтобы свести к минимуму потери из-за повреждения урожая и почвы. Типичное промышленное оборудование для внесения будет использовать очень высокие и узкие шины и сочетать это с корпусом опрыскивателя, который можно поднимать и опускать в зависимости от высоты урожая. Эти опрыскиватели обычно имеют маркировку «высокий клиренс», поскольку они могут подниматься над растущими культурами, хотя обычно не намного выше 1 или 2 метров в высоту. Кроме того, эти опрыскиватели часто имеют очень широкие штанги, чтобы свести к минимуму количество проходов, необходимых по полю, опять же, разработанных для ограничения повреждения урожая и максимальной эффективности. В промышленном сельском хозяйстве штанги для опрыскивания шириной 120 футов (37 метров) не являются редкостью, особенно в прерийном сельском хозяйстве с большими ровными полями. В связи с этим воздушное внесение пестицидов является методом подкормки пестицидом всходов урожая, что исключает физический контакт с почвой и культурами.
Распылители Air Blast, также известные как распылители с воздушным приводом или распылители с распылением, часто используются для высоких культур, таких как плодовые деревья, где распылители со штангой и воздушное распыление были бы неэффективны. Эти типы распылителей могут использоваться только там, где избыточное распыление — снос распыления — не так уж и важно, либо путем выбора химиката, который не оказывает нежелательного воздействия на другие полезные организмы, либо путем обеспечения адекватного буферного расстояния. Их можно использовать для борьбы с насекомыми, сорняками и другими вредителями сельскохозяйственных культур, людей и животных. Распылители Air Blast впрыскивают жидкость в быстро движущийся поток воздуха, разбивая крупные капли на более мелкие частицы путем введения небольшого количества жидкости в быстро движущийся поток воздуха. [5]
Туманообразователи выполняют ту же роль, что и распылители тумана, производя частицы очень маленького размера, но используют другой метод. В то время как распылители тумана создают высокоскоростной поток воздуха, который может перемещаться на значительные расстояния, туманообразователи используют поршень или меха для создания застойной области пестицида, которая часто используется для закрытых помещений, таких как дома и приюты для животных. [6]
Чтобы лучше понять причину неэффективности распыления, полезно поразмышлять о последствиях большого диапазона размеров капель , производимых типичными (гидравлическими) распылительными форсунками. Это давно признано одной из важнейших концепций в распылении ( например , Химель, 1969 [7] ), приводящей к огромным изменениям в свойствах капель.
Исторически доказано , что перенос дозы на биологическую цель ( т. е. вредителя ) неэффективен. [8] Однако, связывание «идеальных» отложений с биологическим эффектом сопряжено с трудностями, [9] но, несмотря на опасения Хислопа относительно деталей, было несколько демонстраций того, что огромные количества пестицидов теряются в результате стока с урожая в почву в процессе, называемом эндодрейфом. Это менее известная форма дрейфа пестицидов , а экзодрейф вызывает гораздо большую обеспокоенность общественности. Пестициды обычно применяются с помощью гидравлических распылителей, либо на ручных опрыскивателях, либо на тракторных штангах, где составы смешиваются с большими объемами воды.
Различные размеры капель имеют кардинально разные характеристики рассеивания и подвержены сложным макро- и микроклиматическим взаимодействиям (Bache & Johnstone, 1992). Значительно упростив эти взаимодействия с точки зрения размера капель и скорости ветра, Craymer & Boyle [10] пришли к выводу, что по сути существует три набора условий, при которых капли движутся от сопла к цели. Это где:
Улетучивание гербицида относится к испарению или сублимации летучего гербицида . Эффект газообразного химиката теряется в предполагаемом месте применения и может перемещаться по ветру и влиять на другие растения, которые не должны быть затронуты, вызывая повреждение урожая. Гербициды различаются по своей восприимчивости к улетучиванию. Быстрое внесение гербицида в почву может уменьшить или предотвратить улетучивание. Ветер, температура и влажность также влияют на скорость улетучивания при снижении влажности. 2,4-Д и дикамба являются широко используемыми химикатами, которые, как известно, подвержены улетучиванию [11], но есть и много других. [12] Применение гербицидов в конце сезона для защиты генетически модифицированных растений, устойчивых к гербицидам, увеличивает риск улетучивания, поскольку температура выше, а внесение в почву нецелесообразно. [11]
В 1970-х и 1980-х годах усовершенствованные технологии внесения, такие как контролируемое капельное внесение (CDA), получили широкий исследовательский интерес, но коммерческое внедрение было разочаровывающим. Контролируя размер капель, сверхмалые объемы (ULV) или очень низкие объемы (VLV) внесения пестицидных смесей могут достигать аналогичных (или иногда лучших) биологических результатов за счет улучшения сроков и переноса дозы на биологическую цель ( т. е. вредителя). Не было разработано ни одного распылителя, способного производить однородные (монодисперсные) капли, но роторные (вращающиеся дисковые и клеточные) распылители обычно производят более однородный спектр размеров капель, чем обычные гидравлические форсунки (см.: Оборудование для внесения CDA и ULV). Другие эффективные методы внесения включают: ленточное орошение, приманивание, размещение определенных гранул, обработку семян и протирание сорняков.
CDA является хорошим примером технологии рационального использования пестицидов (RPU) (Бейтман, 2003), но, к сожалению, она вышла из моды среди государственных финансирующих организаций с начала 1990-х годов, поскольку многие считали, что вся разработка пестицидов должна быть обязанностью производителей пестицидов. С другой стороны, компании по производству пестицидов вряд ли будут широко продвигать более эффективное таргетирование и, таким образом, сокращение продаж пестицидов, если только они не смогут извлечь выгоду, добавив ценность продуктам каким-либо другим способом. RPU резко контрастирует с продвижением пестицидов, и многие агрохимические концерны в равной степени осознали, что управление продуктом обеспечивает лучшую долгосрочную прибыльность, чем настойчивое продвижение сокращающегося числа новых молекул «серебряной пули». Поэтому RPU может обеспечить подходящую основу для сотрудничества между многими заинтересованными сторонами в области защиты урожая.
Понимание биологии и жизненного цикла вредителя также является важным фактором при определении размера капель. Например, Служба сельскохозяйственных исследований провела испытания для определения идеального размера капель пестицида, используемого для борьбы с кукурузными гусеницами . Они обнаружили, что для того, чтобы быть эффективным, пестицид должен проникать через кукурузные рыльца, где вылупляются личинки гусениц. Исследование пришло к выводу, что более крупные капли пестицида лучше всего проникают в целевые кукурузные рыльца. [13] Знание того, где происходит разрушение вредителем, имеет решающее значение для определения необходимого количества пестицида.
Обеспечение качества распылителей путем тестирования и установления стандартов для оборудования для нанесения важно для того, чтобы пользователи получали соотношение цены и качества. [14] Поскольку в большинстве оборудования используются различные гидравлические форсунки, различные инициативы пытались классифицировать качество распыления, начиная с системы BCPC. [15] [16]
Придорожные полосы получают значительные количества гербицидов, как преднамеренно применяемых для их поддержания, так и из-за дрейфа гербицидов от соседних применений. Это часто убивает нецелевые растения. [17]
См.: воздушное опрыскивание , распыление сверхмалых объемов , опыление сельскохозяйственных культур и сельскохозяйственные беспилотники .
Борьба с вредителями в доме начинается с ограничения доступа насекомых к трем жизненно важным товарам: убежищу, воде и пище. Если насекомые становятся проблемой, несмотря на такие меры, может возникнуть необходимость в борьбе с ними с помощью химических методов, нацеливая активный ингредиент на конкретного вредителя. [18] Средство от насекомых , называемое «спрей от насекомых», выпускается в пластиковой бутылке или аэрозольном баллончике. При нанесении на одежду, руки, ноги и другие конечности использование этих продуктов будет, как правило, отпугивать находящихся поблизости насекомых. Это не инсектицид.
Инсектицид, используемый для уничтожения вредителей — чаще всего насекомых и паукообразных — в первую очередь выпускается в аэрозольных баллончиках и распыляется непосредственно на насекомое или его гнездо в качестве средства уничтожения. Спреи от мух убивают мух , мясных мух , муравьев , тараканов и других насекомых , а также пауков . Другие препараты представляют собой гранулы или жидкости, в состав которых входит приманка, поедаемая насекомыми. Для многих домашних вредителей доступны ловушки-приманки, содержащие пестицид и либо феромоны, либо пищевые приманки. Спреи для трещин и щелей наносятся в отверстия в домах, такие как плинтусы и сантехника, и вокруг них. Пестициды для борьбы с термитами часто впрыскиваются в фундаменты домов и вокруг них.
Активными ингредиентами многих бытовых инсектицидов являются перметрин и тетраметрин , которые действуют на нервную систему насекомых и паукообразных.
Спреи от насекомых следует использовать только в хорошо проветриваемых помещениях, поскольку содержащиеся в аэрозоле и большинстве инсектицидов химикаты могут быть вредными или смертельными для людей и домашних животных. Все инсектицидные продукты, включая твердые вещества, приманки и ловушки-приманки, следует применять таким образом, чтобы они были недоступны для диких животных, домашних животных и детей.