Парадокс пестицидов

Парадокс пестицидов — это парадокс , который гласит, что применение пестицидов к вредителю может в конечном итоге привести к увеличению численности вредителя, если пестицид нарушает естественную динамику хищник-жертва в экосистеме.

Lotka–Volterra equation

Чтобы описать парадокс пестицидов математически, уравнение Лотки-Вольтерра , набор нелинейных дифференциальных уравнений можно модифицировать первого порядка, которые часто используются для описания взаимодействий хищник-жертва, чтобы учесть добавление пестицидов в состав смеси. Взаимодействие хищник-жертва.

Без пестицидов

Переменные представляют собой следующее:

${\begin{aligned}H&={\text{the prey population at a given time}}\\P&={\text{the predator population at a given time}}\\c&={\text{the capture constant}}\\r&={\text{the rate of growth of the prey population}}\\a&={\text{the fraction of prey energy assimilated by the predator and turned into new predators}}\\m&={\text{predator mortality rate}}\\\end{aligned}}$

Следующие два уравнения представляют собой исходное уравнение Лотки-Вольтерра , которое описывает скорость изменения каждой соответствующей популяции как функцию популяции другого организма:

${\begin{aligned}{\frac {dH}{dt}}&=rH-cHP\\{\frac {dP}{dt}}&=acHP-mP\\\end{aligned}}$

Приравняв каждое уравнение к нулю и, таким образом, предполагая, что популяция стабильна, можно построить график из двух линий ( изоклин ), чтобы найти точку равновесия, точку, в которой обе взаимодействующие популяции стабильны.

Это изоклины для двух приведенных выше уравнений:

$P={\frac {r}{c}}\quad {\text{and}}\quad H={\frac {m}{ac}}$

Учет пестицидов

Изоклины хищник-жертва до и после применения пестицидов. Численность вредителей увеличилась.

Теперь, чтобы учесть разницу в динамике популяций хищника и жертвы, возникающую при добавлении пестицидов, переменная q добавляется , представляющая уровень гибели обоих видов от пестицидов на душу населения. Исходные уравнения Лотки – Вольтерра изменятся следующим образом:

${\begin{aligned}{\frac {dH}{dt}}&=H(r-cP-q)\\{\frac {dP}{dt}}&=P(acH-m-q)\\\end{aligned}}$

Решая изоклины, как это было сделано выше, следующие уравнения представляют две линии с пересечением, которое представляет новую точку равновесия. Это новые изоклины для популяций:

$P={\frac {r-q}{c}}\quad {\text{and}}\quad H={\frac {m+q}{ac}}$

Как видно из новых изоклин, новое равновесие будет иметь более высокое значение H и более низкое значение P, поэтому количество жертв увеличится, а количество хищников уменьшится. Таким образом, добыча, на которую обычно нацелен пестицид, на самом деле получает от пестицида пользу, а не вред.

Эмпирические данные

Этот парадокс неоднократно документировался на протяжении всей истории борьбы с вредителями. Хищные клещи , например, естественным образом охотятся на клещей -фитофагов , которые являются обычными вредителями яблоневых садов. Опрыскивание садов убивает обоих клещей, но эффект от уменьшения хищничества больше, чем от пестицида, и численность клещей-фитофагов увеличивается.

Эффект также был замечен на рисе, как документально подтверждено Международным научно-исследовательским институтом риса , который отметил значительное сокращение популяций вредителей после прекращения применения пестицидов.

Связанные явления

Недавние исследования показывают, что такой парадокс не обязательно может быть вызван сокращением популяции хищников в результате их добычи, например, с помощью пестицидов. Численность хозяина сокращается в момент уборки и одновременно ослабляется эффект внутривидовой плотности. Внутривидовая конкуренция представляет собой конкуренцию между особями одного вида. Когда плотность населения высока и, следовательно, ресурсы относительно скудны, каждый человек имеет меньший доступ к ресурсам для инвестирования энергии в рост, выживание и воспроизводство. Это приводит к снижению выживаемости или увеличению смертности.

Внутривидовая конкуренция возрастает с увеличением плотности. Можно было бы ожидать, что сокращение популяции (например, из-за промысла) приведет к снижению плотности популяции и уменьшению внутривидовой конкуренции, что приведет к снижению смертности среди популяции жертв.

Исследования также показывают, что для наблюдения парадокса не обязательно прямое воздействие на популяцию хищников посредством добычи добычи. Было показано, что добыча добычи вызывает снижение скорости воспроизводства хищника, что снижает равновесный уровень хищника. Таким образом, изменения в стратегии жизненного цикла (паттерны роста, воспроизводства и выживания) также могут способствовать парадоксу.

Казалось бы, парадокс можно объяснить косвенным влиянием промысла на аборигенные экологические взаимодействия жертвы и хищника: уменьшением эффекта внутривидовой плотности для жертвы и снижением скорости размножения хищника. Первое увеличивает восстановление популяции жертвы, а второе уменьшает равновесный уровень популяции хищника.

Решения

Чтобы справиться с этим парадоксом, производители могут обратиться к комплексной борьбе с вредителями (IPM). экологический подход к борьбе с вредителями, который учитывает взаимодействие между вредителями и окружающей средой. Существует не только один способ практиковать КБВ, но некоторые методы включают использование механических ловушек или увеличение численности естественных хищников.

IPM также часто рекламируют за его преимущества для окружающей среды и здоровья, поскольку он позволяет избежать использования химических пестицидов.

См. также

• Эффект плато
• Список парадоксов
• Парадокс обогащения : увеличение количества пищи, доступной для экосистемы, может привести к нестабильности и даже привести к вымиранию.