کنترل بیولوژیکی آفات

اصطلاح «کنترل بیولوژیکی» اولین بار توسط هری اسکات اسمیت در نشست سال 1919 شعبه پاسیفیک اسلوپ انجمن حشره‌شناسان اقتصادی آمریکا در ریورساید، کالیفرنیا استفاده شد. این اصطلاح توسط حشره‌شناسی به نام پاول اچ. دباخ (1914-1993) که در طول زندگی خود روی آفات مرکبات کار می‌کرد، به طور گسترده‌تری مورد استفاده قرار گرفت. با این حال، این روش قبلاً قرن‌ها مورد استفاده قرار گرفته است.

انواع کنترل بیولوژیکی آفات

سه استراتژی اساسی کنترل بیولوژیکی آفات وجود دارد: واردات (کنترل بیولوژیکی کلاسیک)، افزایش و حفاظت.

کنترل بیولوژیکی وارداتی یا کلاسیک

کنترل بیولوژیکی وارداتی یا کلاسیک شامل معرفی دشمنان طبیعی آفت به مکانی جدید است که در آن به طور طبیعی وجود ندارند. نمونه‌های اولیه اغلب غیررسمی و مبتنی بر تحقیقات نبودند و برخی از گونه‌های معرفی‌شده خود به آفات جدی تبدیل شدند. برای مؤثرترین کنترل در یک آفت، یک عامل کنترل بیولوژیکی نیاز به توانایی کلونیزاسیون دارد که به آن اجازه می‌دهد با تغییرات زیستگاه در فضا و زمان همگام باشد. کنترل در صورتی بیشترین تأثیر را دارد که عامل پایداری زمانی داشته باشد تا بتواند جمعیت خود را حتی در غیاب موقت گونه هدف حفظ کند و اگر یک شکارچی فرصت‌طلب باشد، به سرعت از جمعیت آفت بهره‌برداری کند. یکی از اولین موفقیت‌ها در کنترل شپشک بالشتک پنبه‌ای در استرالیا با استفاده از یک حشره شکارچی (سوسک vedalia) بود. این موفقیت در کالیفرنیا با استفاده از سوسک و یک مگس پارازیتوئیدی تکرار شد. از دیگر موارد موفق می‌توان به کنترل Antonina graminis در تگزاس توسط Neodusmetia sangwani در دهه 1960 اشاره کرد. خسارت ناشی از سرخرطومی یونجه، یک آفت جدی علوفه، با معرفی دشمنان طبیعی به طور قابل‌توجهی کاهش یافت. 20 سال پس از معرفی آنها، جمعیت سرخرطومی‌ها در منطقه یونجه تحت درمان سرخرطومی یونجه در شمال شرقی ایالات متحده 75 درصد کاهش یافت.

افزایش جمعیت

افزایش جمعیت شامل آزادسازی تکمیلی دشمنان طبیعی است که در یک منطقه خاص وجود دارند و جمعیت طبیعی آنها را در آنجا افزایش می‌دهند. در آزادسازی تلقیحی، تعداد کمی از عوامل کنترل در فواصل زمانی مشخصی رها می‌شوند تا به آنها اجازه تولید مثل داده شود، به این امید که کنترل طولانی‌تری ایجاد شود و در نتیجه آفت در سطح پایینی نگه داشته شود و به جای درمان، پیشگیری انجام شود. در مقابل، در آزادسازی سیل‌آسا، تعداد زیادی از آنها به امید کاهش سریع جمعیت آفت آسیب‌رسان رها می‌شوند و مشکلی را که قبلاً ایجاد شده است، اصلاح می‌کنند. افزایش جمعیت می‌تواند مؤثر باشد، اما تضمینی برای موفقیت آن وجود ندارد و به جزئیات دقیق تعاملات بین هر آفت و عامل کنترل بستگی دارد. نمونه‌ای از آزادسازی تلقیحی در تولید باغبانی چندین محصول در گلخانه‌ها رخ می‌دهد. آزادسازی‌های دوره‌ای زنبور پارازیتوئیدی، Encarsia formosa، برای کنترل مگس سفید گلخانه‌ای استفاده می‌شود، در حالی که کنه شکارگر Phytoseiulus persimilis برای کنترل کنه تارتن دو لکه‌ای استفاده می‌شود. انگل تخم تریکوگراما اغلب به صورت انبوه برای کنترل پروانه‌های مضر رهاسازی می‌شود. اکنون روش جدیدی برای رهاسازی انبوه معرفی شده است، یعنی استفاده از پهپادها. پارازیتوئیدهای تخم می‌توانند با استفاده از چندین نشانه، تخم‌های میزبان هدف را پیدا کنند. کایرومون‌ها روی فلس‌های پروانه یافت شدند. به طور مشابه، باسیلوس تورینجینسیس و سایر حشره‌کش‌های میکروبی در مقادیر کافی زیاد برای تأثیر سریع استفاده می‌شوند. میزان رهاسازی توصیه‌شده برای تریکوگراما در سبزیجات یا محصولات زراعی از 5000 تا 200000 در هر هکتار (1 تا 50 در هر متر مربع) در هفته بسته به سطح آلودگی آفات متغیر است. به طور مشابه، نماتدهایی که حشرات را می‌کشند (که حشره‌زا هستند) با نرخ میلیون‌ها و حتی میلیاردها در هر هکتار برای کنترل برخی از آفات حشره‌ای ساکن خاک رهاسازی می‌شوند.

حفاظت

حفاظت از دشمنان طبیعی موجود در یک محیط، سومین روش کنترل بیولوژیکی آفات است. دشمنان طبیعی از قبل با زیستگاه و آفت هدف سازگار شده‌اند و حفاظت از آنها می‌تواند ساده و مقرون‌به‌صرفه باشد، مانند زمانی که گیاهان زراعی شهدزا در حاشیه مزارع برنج کشت می‌شوند. این گیاهان شهد را برای حمایت از پارازیتوئیدها و شکارچیان آفات زنجرک فراهم می‌کنند و نشان داده شده است که آنقدر مؤثر هستند (تراکم آفات را 10 یا حتی 100 برابر کاهش می‌دهند) که کشاورزان 70٪ کمتر حشره‌کش اسپری کردند و از افزایش 5 درصدی عملکرد لذت بردند. شکارچیان شته‌ها به طور مشابه در علف‌های هرز توسط پرچین‌های مرزی مزارع در انگلستان یافت شدند، اما آنها خیلی آهسته گسترش یافتند تا به مراکز مزارع برسند. کنترل با کاشت یک نوار یک متری از علف‌های هرز در مراکز مزارع بهبود یافت و شکارچیان شته را قادر ساخت تا در آنجا زمستان‌گذرانی کنند. یک گلدان وارونه پر از کاه برای جذب گوش‌خیزک‌ها سیستم‌های کشت را می‌توان به نفع دشمنان طبیعی اصلاح کرد، عملی که گاهی اوقات به عنوان دستکاری زیستگاه شناخته می‌شود. فراهم کردن یک زیستگاه مناسب، مانند کمربند پناهگاه، پرچین یا پشته سوسک که در آن حشرات مفیدی مانند زنبورهای انگلی می‌توانند زندگی و تولید مثل کنند، می‌تواند به تضمین بقای جمعیت دشمنان طبیعی کمک کند. چیزهایی به سادگی گذاشتن یک لایه برگ افتاده یا مالچ در محل، منبع غذایی مناسبی برای کرم‌ها و پناهگاهی برای حشرات فراهم می‌کند که به نوبه خود منبع غذایی برای پستانداران مفیدی مانند جوجه‌تیغی و موش‌های صحرایی است. توده‌های کمپوست و پشته‌های چوب می‌توانند پناهگاهی برای بی‌مهرگان و پستانداران کوچک فراهم کنند. چمن‌های بلند و برکه‌ها از دوزیستان پشتیبانی می‌کنند. حذف نکردن گیاهان یک‌ساله مرده و گیاهان غیر مقاوم در پاییز به حشرات اجازه می‌دهد تا در طول زمستان از ساقه‌های توخالی خود استفاده کنند. در کالیفرنیا، درختان هرس گاهی اوقات در تاکستان‌های انگور کاشته می‌شوند تا یک زیستگاه یا پناهگاه بهبودیافته برای زمستان‌گذرانی یک انگل کلیدی آفت انگور فراهم کنند. تهیه پناهگاه‌های مصنوعی به شکل جعبه‌های چوبی، جعبه‌ها یا گلدان‌های گل نیز گاهی اوقات، به‌ویژه در باغ‌ها، برای جذاب‌تر کردن یک منطقه کشت‌شده برای دشمنان طبیعی انجام می‌شود. به عنوان مثال، گوش‌خیزک‌ها شکارچیان طبیعی هستند که می‌توان آنها را در باغ‌ها با آویزان کردن گلدان‌های وارونه پر از کاه یا پشم چوب تشویق کرد. بال‌توری‌های سبز را می‌توان با استفاده از بطری‌های پلاستیکی با کف باز و یک رول مقوا در داخل، تشویق کرد. لانه‌های پرندگان، پرندگان حشره‌خوار را قادر به لانه‌سازی می‌کند. مفیدترین پرندگان را می‌توان با انتخاب دهانه‌ای که به اندازه کافی برای گونه مورد نظر بزرگ باشد، جذب کرد. در تولید پنبه، جایگزینی حشره‌کش‌های طیف گسترده با اقدامات کنترل انتخابی مانند پنبه Bt می‌تواند به دلیل کاهش خطر قرار گرفتن در معرض حشره‌کش، محیط مطلوب‌تری برای دشمنان طبیعی آفات پنبه ایجاد کند. چنین شکارچیان یا پارازیتوئیدهایی می‌توانند آفاتی را که تحت تأثیر پروتئین Bt قرار نمی‌گیرند، کنترل کنند. کاهش کیفیت طعمه و فراوانی آن که با افزایش کنترل توسط پنبه Bt مرتبط است، می‌تواند در برخی موارد به طور غیرمستقیم جمعیت دشمنان طبیعی را نیز کاهش دهد، اما درصد آفات خورده‌شده یا پارازیته‌شده در پنبه Bt و غیر Bt اغلب مشابه است.

عوامل کنترل بیولوژیکی

شکارچیان

شکارچیان عمدتاً گونه‌های آزادزی هستند که در تمام طول عمر خود تعداد زیادی طعمه را مستقیماً مصرف می‌کنند. با توجه به اینکه بسیاری از آفات اصلی محصولات کشاورزی حشرات هستند، بسیاری از شکارچیان مورد استفاده در کنترل بیولوژیکی گونه‌های حشره‌خوار هستند. کفشدوزک‌ها، و به‌ویژه لاروهای آنها که بین ماه مه و ژوئیه در نیمکره شمالی فعال هستند، شکارچیان حریص شته‌ها هستند و همچنین کنه‌ها، حشرات فلس‌دار و کرم‌های کوچک را مصرف می‌کنند. کفشدوزک خالدار همچنین قادر به تغذیه از تخم‌ها و لاروهای سوسک سیب‌زمینی کلرادو است. لاروهای بسیاری از گونه‌های مگس گل‌خوار عمدتاً از شته‌ها تغذیه می‌کنند، یک لارو در طول عمر خود تا 400 عدد از آنها را می‌بلعد. اثربخشی آنها در محصولات تجاری مورد مطالعه قرار نگرفته است. عنکبوت خرچنگی دونده نیز به شدت شته‌ها را شکار می‌کند و به عنوان یک عامل کنترل بیولوژیکی در باغ‌های میوه اروپا عمل می‌کند. زنبور شکارچی Polistes که در جستجوی کرم غوزه یا سایر کرم‌ها روی گیاه پنبه است چندین گونه از نماتدهای بیمارگر حشرات، شکارچیان مهم حشرات و سایر آفات بی‌مهرگان هستند. نماتدهای بیمارگر حشرات یک مرحله مقاوم به استرس را تشکیل می‌دهند که به عنوان نوجوان عفونی شناخته می‌شود. این نماتدها در خاک پخش می‌شوند و میزبان‌های حشرات مناسب را آلوده می‌کنند. پس از ورود به حشره، آنها به همولنف حرکت می‌کنند و در آنجا از حالت رکود رشد خود بهبود می‌یابند و همزیست‌های باکتریایی خود را آزاد می‌کنند. همزیست‌های باکتریایی تولید مثل کرده و سمومی را آزاد می‌کنند که سپس حشره میزبان را می‌کشد. یک نماتد میکروسکوپی است که حلزون‌ها را می‌کشد. چرخه زندگی پیچیده آن شامل یک مرحله آزاد و عفونی در خاک است که در آن با یک باکتری بیماری‌زا مرتبط می‌شود. نماتد از طریق ناحیه پوشش خلفی وارد حلزون می‌شود و پس از آن در داخل آن تغذیه و تولید مثل می‌کند، اما این باکتری است که حلزون را می‌کشد. این نماتد به صورت تجاری در اروپا موجود است و با آبیاری روی خاک مرطوب اعمال می‌شود. نماتدهای بیمارگر حشرات به دلیل مقاومت محدودشان در برابر دمای بالا و شرایط خشک، ماندگاری محدودی دارند.

اگرچه هیچ مطالعه کمی در مورد اثربخشی جغدهای انبار برای این منظور وجود ندارد، آنها شکارچیان جوندگان شناخته‌شده‌ای هستند که می‌توانند علاوه بر گربه‌ها یا به جای آنها استفاده شوند؛ می‌توان آنها را به منطقه‌ای با جعبه‌های لانه تشویق کرد. در هندوراس، جایی که پشه تب دنگی و سایر بیماری‌های عفونی را منتقل می‌کرد، کنترل بیولوژیکی توسط یک برنامه اقدام اجتماعی انجام شد؛ پاروپایان، لاک‌پشت‌های نوزاد و تیلاپیاهای جوان به چاه‌ها و مخازنی که پشه‌ها در آنها پرورش می‌یافتند و لاروهای پشه از بین رفتند، اضافه شدند.

پارازیتوئیدها

پارازیتوئیدها تخم‌های خود را روی یا در بدن میزبان حشره می‌گذارند که سپس به عنوان غذا برای لاروهای در حال رشد استفاده می‌شود. میزبان در نهایت کشته می‌شود. اکثر پارازیتوئیدهای حشرات، زنبورها یا مگس‌ها هستند و بسیاری از آنها دامنه میزبانی بسیار محدودی دارند. مهمترین گروه‌ها عبارتند از زنبورهای ایکنئومونید که عمدتاً از کرم‌های صدپا به عنوان میزبان استفاده می‌کنند؛ زنبورهای براکونید که به کرم‌های صدپا و طیف وسیعی از حشرات دیگر از جمله شته‌ها حمله می‌کنند؛ زنبورهای کلسیدوئید که تخم‌ها و لاروهای بسیاری از گونه‌های حشرات را پارازیت می‌کنند؛ و مگس‌های تاکینید که طیف وسیعی از حشرات از جمله کرم‌های صدپا، سوسک‌های بالغ و لاروها و حشرات واقعی را پارازیت می‌کنند. پارازیتوئیدها در کاهش جمعیت آفات زمانی که موجودات میزبان آنها پناهگاه‌های محدودی برای پنهان شدن از آنها دارند، بیشترین تأثیر را دارند. حشراتی که از شیره گیاهان تغذیه می‌کنند و می‌توانند باعث پژمردگی و کپک‌های سیاه دوده در سبزیجات گلخانه‌ای و محصولات زینتی شوند. این زنبور در مقابله با آلودگی‌های سطح پایین بیشترین تأثیر را دارد و برای مدت طولانی از آنها محافظت می‌کند. این زنبور تخم‌های خود را در "فلس‌های" مگس سفید جوان می‌گذارد و آنها را هنگام شفیره شدن لاروهای انگل سیاه می‌کند. کرم جوانه‌خوار صنوبر شرقی نمونه‌ای از یک حشره مخرب در جنگل‌های صنوبر و صنوبر است. پرندگان یک شکل طبیعی از کنترل بیولوژیکی هستند، اما گونه‌ای از زنبور انگلی، به عنوان جایگزینی برای کنترل‌های شیمیایی بحث‌برانگیزتر مورد بررسی قرار گرفته است. تعدادی از مطالعات اخیر روش‌های پایدار برای کنترل سوسک‌های شهری با استفاده از زنبورهای انگلی را دنبال می‌کنند. از آنجایی که بیشتر سوسک‌ها در سیستم فاضلاب و مناطق محافظت‌شده‌ای که به حشره‌کش‌ها دسترسی ندارند، باقی می‌مانند، استفاده از زنبورهای شکارچی فعال، راهبردی برای تلاش و کاهش جمعیت آنهاست.

پاتوژن‌ها

آفت‌کش‌های زیستی میکروارگانیسم‌های بیماری‌زا شامل باکتری‌ها، قارچ‌ها و ویروس‌ها هستند. آنها میزبان خود را می‌کشند یا ناتوان می‌کنند و نسبتاً میزبان‌محور هستند. بیماری‌های میکروبی حشرات مختلف به طور طبیعی رخ می‌دهند، اما ممکن است به عنوان آفت‌کش‌های بیولوژیکی نیز مورد استفاده قرار گیرند. این عناصر در صورت طبیعی، وابسته به تراکم هستند، به این معنی که معمولاً فقط با افزایش تراکم جمعیت حشرات رخ می‌دهند. استفاده از پاتوژن‌ها علیه علف‌های هرز آبزی تا زمان پیشنهاد پیشگامانه زتلر و فریمن در سال 1972 ناشناخته بود. تا آن زمان هیچ نوع کنترل زیستی علیه هیچ علف هرز استفاده نشده بود. آنها در بررسی خود از احتمالات، به عدم وجود و اطلاعات مربوط به آن اشاره می‌کنند و آنچه را که در مورد عفت‌ها - چه پاتوژن‌ها و چه غیر پاتوژن‌ها - شناخته شده‌اند، فهرست کرده‌اند. آنها پیشنهاد کردند که این روش باید نسبتاً ساده باشد و به همان روشی که سایر کنترل‌های زیستی اعمال می‌شوند، اعمال می‌شوند. و در واقع در دهه‌های پس از آن، همان روش‌های کنترل زیستی که در خشکی معمولی هستند، در آب رایج هستند.

باکتری‌ها

باکتری‌هایی که برای کنترل بیولوژیکی استفاده می‌شوند، حشرات را از طریق دستگاه‌های خوراکی خود آلوده می‌کنند، بنابراین گزینه‌های محدودی برای کنترل حشرات با قطعات دهانی مکنده مانند شته‌ها و حشرات فلس‌دار ارائه می‌دهند.

قارچ‌ها

شته سبز هلو، که خود یک آفت و ناقل ویروس‌های گیاهی است، توسط قارچ از بین می‌رود. نوار مقیاس = 0.3 میلی‌متر. قارچ‌های بیماری‌زای حشرات که باعث بیماری در حشرات می‌شوند، حداقل شامل 14 گونه هستند که به شته‌ها حمله می‌کنند. اینها به صورت انبوه تولید می‌شود و برای مدیریت طیف گسترده‌ای از آفات حشرات از جمله مگس‌های سفید، تریپس‌ها، شته‌ها و سرخرطومی‌ها استفاده می‌شود. گونه‌های علیه مگس‌های سفید، تریپس‌ها و شته‌ها به کار می‌روند. گونه‌های علیه آفاتی از جمله سوسک‌ها، ملخ‌ها و سایر ملخ‌ها، و کنه‌های عنکبوتی استفاده می‌شوند. و علیه مگس‌های سفید، تریپس‌ها و شته‌ها مؤثر است.

ویروس‌ها

باکولوویروس‌ها مختص گونه‌های میزبان حشرات هستند و نشان داده شده است که در کنترل بیولوژیکی آفات ویروسی مفید هستند. به عنوان مثال، ویروس چندوجهی هسته‌ای چند کپسیدی Lymantria dispar برای سم‌پاشی مناطق وسیعی از جنگل‌ها در آمریکای شمالی استفاده شده است، جایی که لاروهای پروانه اسفنجی باعث ریزش شدید برگ‌ها می‌شوند. لاروهای پروانه توسط ویروسی که خورده‌اند کشته می‌شوند و می‌میرند، اجساد متلاشی‌شده ذرات ویروس را روی شاخ و برگ باقی می‌گذارند تا لاروهای دیگر را آلوده کنند. ویروس بیماری خونریزی‌دهنده خرگوش، یک ویروس پستاندار، به استرالیا معرفی شد تا تلاش کند جمعیت خرگوش‌های اروپایی را در آنجا کنترل کند. این ویروس از قرنطینه فرار کرد و در سراسر کشور گسترش یافت و تعداد زیادی خرگوش را کشت. حیوانات بسیار جوان زنده ماندند و ایمنی را به فرزندان خود در زمان مناسب منتقل کردند و در نهایت جمعیتی مقاوم به ویروس ایجاد کردند. ورود به نیوزیلند در دهه 1990 در ابتدا به طور مشابه موفقیت‌آمیز بود، اما یک دهه بعد، ایمنی ایجاد شد و جمعیت‌ها به سطوح قبل از RHD بازگشتند.