Парадокс пестицидов - Википедия - Paradox of the pesticides
В парадокс пестицидов это парадокс в котором говорится, что применение пестицид к вредитель может в конечном итоге увеличить избыток вредителя, если пестицид нарушает естественную динамику «хищник – жертва» в экосистеме.
Уравнение Лотки – Вольтерра
Чтобы математически описать парадокс пестицидов, Уравнение Лотки – Вольтерра, набор нелинейных дифференциальные уравнения, которые часто используются для описания взаимодействий хищник-жертва, можно модифицировать для учета добавок пестицидов во взаимодействиях хищник-жертва.
Без пестицидов
Переменные представляют собой следующее:
Следующие два уравнения являются исходными Уравнение Лотки – Вольтерра, которые описывают скорость изменения каждой соответствующей популяции как функцию популяции другого организма:
Установив каждое уравнение равным нулю и, таким образом, предполагая стабильную популяцию, график из двух линийизоклины ) можно заставить найти точку равновесия, точку, в которой обе взаимодействующие популяции устойчивы.
Это изоклины для двух приведенных выше уравнений:
Учет пестицидов
Теперь, чтобы учесть разницу в динамике популяций хищника и жертвы, возникающую при добавлении пестицидов, переменная q добавляется, чтобы представить норму на душу населения, при которой оба вида погибают от пестицида. Исходные уравнения Лотки – Вольтерра меняются следующим образом:
Решая изоклины, как это было сделано выше, следующие уравнения представляют две линии с пересечением, которое представляет новую точку равновесия. Это новые изоклины для популяций:
Как видно из новых изоклин, новое равновесие будет иметь более высокое значение H и более низкое значение P, поэтому количество жертв будет увеличиваться, а количество хищников - уменьшаться. Таким образом, жертва, на которую обычно нацелен пестицид, фактически получает пользу от пестицида, а не причиняет ему вред.
Надежной и простой альтернативой модели хищник – жертва Лотки-Вольтерры и ее распространенным обобщениям, зависящим от жертвы, является соотношение, зависящее или Модель Ардити – Гинзбурга.[1] Это две крайние точки спектра моделей вмешательства хищников. По мнению авторов альтернативной точки зрения, данные показывают, что истинные взаимодействия в природе настолько далеки от экстремума Лотки-Вольтерра на спектре интерференции, что модель можно просто отбросить как неверную. Они гораздо ближе к зависимому от отношения экстремуму, поэтому, если требуется простая модель, можно использовать модель Ардити – Гинзбурга в качестве первого приближения.[2]
Эмпирическое доказательство
Парадокс неоднократно подтверждался документально на протяжении всей истории борьбы с вредителями. Хищный клещи, например, естественно охотятся на фитофаг клещи, которые являются обычными вредителями в яблоневых садах. Опрыскивание садов убивает обоих клещей, но эффект уменьшения хищничества больше, чем у пестицида, и численность клещей-фитофагов увеличивается.[3]
Эффект был также замечен на рисе, о чем свидетельствуют документы Международный научно-исследовательский институт риса, который отметил значительное сокращение популяций вредителей после прекращения применения пестицидов.[4]
Связанные явления
Недавние исследования предполагают, что такой парадокс не обязательно может быть вызван сокращением популяции хищников, например, с помощью пестицидов. В момент сбора урожая уменьшается популяция хозяев, одновременно ослабляется эффект внутривидовой плотности.[5] Внутривидовая конкуренция учитывает конкуренцию между особями одного вида. Когда плотность населения высока и ресурсы, следовательно, относительно скудны, у каждого человека меньше доступа к ресурсам для инвестирования энергии в рост, выживание и воспроизводство. Это вызывает снижение выживаемости или повышение смертности.
Внутривидовая конкуренция увеличивается с увеличением плотности. Можно было ожидать, что сокращение популяции (например, из-за промысла) снизит плотность популяции и снизит внутривидовую конкуренцию, что приведет к снижению смертности среди жертв.
Исследования также показывают, что прямое воздействие на популяцию хищников через добычу добычи не является необходимым для наблюдения парадокса.[5] Было показано, что добыча добычи вызывает снижение скорости воспроизводства хищников, что снижает уровень равновесия хищников. Таким образом, изменения в история жизни Стратегия (модели роста, воспроизводства и выживания) также может способствовать парадоксу.
Казалось бы, парадокс можно объяснить косвенным воздействием промысла на естественные экологические взаимодействия жертвы и хищника: уменьшение эффекта внутривидовой плотности для добычи и снижение скорости воспроизводства для хищника. Первый увеличивает восстановление популяции жертвы, а второй снижает уровень равновесной популяции хищника.
Решения
Чтобы справиться с парадоксом, производители могут обратиться к комплексная борьба с вредителями (IPM),[6] экологический подход к борьбе с вредителями, который учитывает взаимодействие между вредителями и окружающей их средой.[7] Существует не только один способ практиковать IPM, но некоторые методы включают использование механических ловушек или увеличение численности естественных хищников.[8]
IPM также часто рекламируется за его преимущества для окружающей среды и здоровья, поскольку он позволяет избежать использования химических пестицидов.
Смотрите также
- Список парадоксов
- Парадокс обогащения: Увеличение количества пищи, доступной для экосистемы, может вызвать нестабильность и даже привести к исчезновению.
Рекомендации
- ^ Ардити, Р., Гинзбург, Л. 1989 г. Взаимодействие в динамике хищник – жертва: зависимость соотношения. Журнал теоретической биологии 139: 311-326.
- ^ Ардити, Р., Гинзбург, Л. 2012 г. Как виды взаимодействуют: изменение стандартного взгляда на трофическую экологию. Издательство Оксфордского университета, Нью-Йорк, штат Нью-Йорк.
- ^ Лестер, П. Дж .; Thistlewood, H.MA .; Хармсен, Р. (1998). «Влияние размера и количества убежища на динамику акариновых хищников и жертв в яблоневом саду, нарушенном пестицидами». Журнал прикладной экологии. 35 (2): 323–331. Дои:10.1046 / j.1365-2664.1998.00304.x. JSTOR 2405131.
- ^ Саквилл Гамильтон, Генри (январь – март 2008 г.). «Парадокс пестицидов» (PDF). Рис сегодня (1): 32–33. Получено 3 февраля 2011.
- ^ а б Matsuoka, T .; Сено, Х. (2008). «Экологический баланс в динамике коренного населения может вызвать парадокс борьбы с вредителями при уборке урожая» (PDF). Журнал теоретической биологии. 252 (1): 87–97. Дои:10.1016 / j.jtbi.2008.01.024. PMID 18329048.
- ^ «Технический блог штата Мичиган: 6 преимуществ интегрированной борьбы с вредителями» https://hub.sfi.mtu.edu/members/3137/blog/2015/Jan/5-advantages-of-integrated-pest-management
- ^ Агентство по охране окружающей среды США. «Принципы комплексной борьбы с вредителями (IPM)», http://www.epa.gov/opp00001/factsheets/ipm.htm (2008).
- ^ Агентство по охране окружающей среды США. «Пестициды и продукты питания: что означает« интегрированная борьба с вредителями »», http://www.epa.gov/pesticides/food/ipm.htm (2007).