Pesticiden: Geschiedenis, Productie en Milieueffecten

Achtergrond

Een pesticide is elk apparaat, methode of chemische stof die planten of dieren elimineert die voedselproductie bedreigen of anderszins ongewenst zijn. De term dekt insecticiden, fungiciden, herbiciden, nematociden en rodenticiden. Omdat insecten de meerderheid van plaagsoorten voor hun rekening nemen, richt dit overzicht zich op landbouw insecticiden.

Menschen bestrijden insectenschade sinds de vroegste landbouwsamenlevingen (ca. 7000 v.Chr.). Traditionele strategieën omvatten plantingschema's afgestemd op maananfasen, gewasrotatie, polycultuur, en handmatige plaagverwijdering. Vroege chemische controles gebruikten geknuste pyrethrum bloemblaadjes, zwavel, en arsenic in het Midden-Oosten, Rome en China. Natuurlijke roofdieren, zoals mieren, werden ook benut door Chinese boeren.

Grootschalige, systematische plaagbestrijding begon in de jaren 1840 toen een Noord-Amerikaanse poederachtige meeldauw ras Britse gewassen verwoestde. De epidemie werd beheerd met uitgebreide zwaveltoepassingen. In 1877 beschermden vestigers in het westen van de Verenigde Staten aardappelgewassen tegen de Colorado kever met water-onoplosbare chemicaliën zoals Parijs groen. Opvolgende negentiende-eeuwse pesticiden - derris, quassia en teerolie - waren matig in kracht en vereisten vaak complementaire biologische controles of enten op resistente onderstammen.

De Tweede Wereldoorlog versnelde pesticidechemie. De oorlogsinspanning leidde tot de commerciële implementatie van DDT (gesynthetiseerd 1874, erkend als insecticide in 1942), gevolgd door chloordeen (1945) en endrine (1951). Duits onderzoek naar chemische oorlogvoering leverde organofosforverbindingen zoals parathion op. De volgende decennia produceerden honderden organofosfor insecticiden, waaronder malathion, recent gebruikt in Californië om vruchtenvliegen te bestrijden.

Pesticidetoepassingsmethoden evolueerden van handmatige handsproeiers in de jaren 1800 tot grootschalige luchtsproeien in de jaren 1920 en gecontroleerde laag-vluchten in de jaren 1950. Initiële lucht doses waren 4.000 L/ha van inerte drager; dit werd gereduceerd tot 100-200 L/ha, en in de jaren 1970 vereisten sommige formuleringen zowat als 0,3 L/ha van de actieve ingrediënt (bijv. malathion) direct op velden toegepast.

In productie wordt de actieve ingrediënt eerst gesynthetiseerd in een chemische fabriek. Een formulateur mengt het dan met een drager (voor vloeistoffen) of inerte poeders (voor stof) voor verpakking. Vloeibare pesticiden komen in 200-L vaten voor grote operaties of 20-L kannen voor kleinere boerderijen. Droge formuleringen worden verpakt in 5-10 kg plastic of plastic-gevoerde zakken.

Vandaag de dag worden er ruwweg 900 actieve chemicaliën gebruikt in ongeveer 40.000 commerciële preparaten. De Amerikaanse Environmental Protection Agency (EPA) schat dat pesticidegebruik verdubbelde tussen 1960 en 1980. Huidig jaarlijks verbruik is meer dan 372 miljoen kg in de Verenigde Staten en meer dan 1,8 miljard kg wereldwijd.

Grondstoffen

Een pesticide bestaat uit een actieve ingrediënt - verantwoordelijk voor plaagbestrijding - en inerte ingrediënten die toepassing vergemakkelijken, stabiliteit verbeteren en prestaties verbeteren. Actieve ingrediënten werden ooit gedestilleerd uit natuurlijke bronnen; moderne productie vertrouwt grotendeels op laboratoriumsynthese. Bijna alle actieve verbindingen zijn koolwaterstoffen afgeleid van petroleum, vaak elementen zoals chloor, zuurstof, zwavel, fosfor, stikstof en broom inkorporerend.

Inerte ingrediënten variëren per formulering. Vloeibare pesticiden gebruiken traditioneel petroleum of andere petroleumdistillaten; water is recent een veelvoorkomende alternatief. Emulgatoren (bijv. zeep) garanderen uniforme dispersie van de actieve ingrediënt. Stof formuleringen bevatten typisch plantaardig materiaal (gemalen notenschillen of maiskolven), kleien (diatomiet of attapulgiet), of gemalen mineralen (talk of calciumcarbonaat) om adhesie en levering te helpen.

Boeren verdund commerciële formuleringen met water voor veldtoepassing. Sproeiers - variërend van kleine handgehouden units tot tractor-geмонteerde boom systemen - passen 150-300 L/ha toe. De finale toegepaste concentratie is typisch 0,5-1% van de oorspronkelijke actieve ingrediënt.

Het Fabricageproces

Het produceren van een pesticide omvat drie kernstappen: synthese, formulering, en veldverduning.

De Pesticide Synthetiseren

• Initiële laboratoriumschaal synthese test haalbaarheid. Succesvolle verbindingen gaan naar fabrieksproductie, vaak 500 kg per batch of via continue processen.
• Productie vereist gespecialiseerde chemici, gecontroleerde omgevingen, en precieze reagent selectie. De afgeronde actieve ingrediënt wordt naar formulateurs verzonden onder gevaarlijke stof voorschriften.

De Pesticide Formuleren

• Formulateuren meten de juiste hoeveelheid actieve ingrediënt en mengen het met dragers of inerte poeders. Vloeibare concentrates zijn typisch 50% actief, wat transport vergemakkelijkt.
• Verpakking varieert van 200-L vaten voor grootschalige gebruikers tot 20-L kannen voor kleine boerderijen. Droge formuleringen worden verpakt in 5-10 kg zakken.

De Pesticide Verdunden

• Voor gebruik verdunnen toepassers concentrates met water om de veld-gebruiksconcentratie te bereiken, doorgaans 0,5-1% actieve ingrediënt.

De Pesticide Toepassen

• Grootschalige luchtsproeien gebruiken 2.000-L tanks en boom systemen voor vlakke terreinen.
• Tractor-geмонтеerde tanks en booms bieden grondniveau dekking.
• Kleine boeren vertrouwen vaak op handgehouden sproeiers met 3-12 L of 200-L tanks, toepassend 150-300 L/ha.

Kwaliteitscontrole

Gegeven hun toxische aard, zijn pesticiden onderworpen aan strenge veiligheids- en kwaliteitsvoorschriften. Fabricanten voeren uitgebreide tests uit voor potentie, emulsificatie, dichtheid, kleur, pH, deeltjesgrootte en suspensie stabiliteit. Producten overschrijden typisch 95% zuiverheid en moeten tenminste één jaar stabiel blijven. Versnelde houdbaarheidstesten blootstellen monsters aan hoge temperaturen om voortgezette effectiviteit te verifiëren.

Certificering is verplicht: Amerikaanse boeren moeten training doorlopen via de Agricultural Extension Service en staatsecertificering verkrijgen voordat ze pesticiden mogen kopen. Commerciële toepassers ondergaan vergelijkbare training en geschreven examens.

Tijdens verduning dragen toepassers beschermende kleding - overalls, lange mouwen hemden, handschoenen, laarzen, en, wanneer vereist, brillen of respirators - per labelinstructies. Sproeiers worden gekalibreerd met neutrale oplossingen voor elk gebruik om gelijke dekking en correcte dosering te garanderen.

Bijproducten en Afval

Vroege enthousiasme voor pesticiden als opbrengstverhogers nam af na de jaren 1950 toen toenemende volumes nodig waren om effectiviteit te handhaven. Rachel Carson's 1962 boek Silent Spring benadrukte ecologische risico's, wat wijdverspreide zorgen ontketende.

Terwijl pesticiden plagen teiken, doden ze vaak natuurlijke roofdieren, wat potentiële plaagheropleving kan veroorzaken. Over tijd ontstaat resistentie, wat sterkere chemicaliën noodzakelijk maakt. Misbruik en onvoldoende toepassing kunnen pesticiden oneffectief maken en gezondheidsrisico's poseren.

DDT verbeeldt ecologische schade: bioaccumulatie in roofvogels leidde tot bedreigde status en wijdverspreide verboden. In 1972 verbod de EPA de meeste DDT gebruiken. Verschillende andere chemicaliën zijn verboden of beperkt, maar veel blijven geëxporteerd naar ontwikkelingslanden, wat bijdraagt aan een geschatte 3 miljoen pesticidevergiftigingen en 20.000 doden per jaar. Dit vormt een besmettingsrisico voor geïmporteerde producten.

Geïntegreerde Plaagbestrijding (IPM), geïntroduceerd in de jaren 1960, promoveert een gediversifieerde aanpak: biologische controle, culturele praktijken, mechanische verwijdering, en selectief chemisch gebruik. Technieken omvatten het inzetten van natuurlijke roofdieren, biologische insecticiden, gewasrotatie, feromoonvallen, en genetische modificaties die plaagreproductie verstoren. Lopend onderzoek kan de afhankelijkheid van chemische pesticiden verder reduceren, wat duurzaamheid verbetert.