Növényvédelem és fenntarthatóság
A növényvédelmi tevékenység szinte egyidős a növénytermesztéssel, hiszen a haszonnövényeket védeni kell a konkurens gyomnövényektől, a kártevő ízeltlábúaktól és más állatoktól, a kórokozó mikroszervezetektől, valamint megtermesztés után a raktárakban is.
Kémiai növényvédelem
A növényvédelemtan – mint alkalmazott tudomány – tehát három eltérő biológiai tudományterületre támaszkodik, ezek a herbológia, a zoológia és a mikrobiológia, s mindezekhez csatlakozik az agrokémia. Vannak továbbá e tudományterületek között fontos átjáró területek, amit a környezettudományok valósítanak meg, vagy ahogyan Jermy Tibor és Szelényi Gusztáv fogalmazta: „…a növényvédelem több mint a növény védelme, a növényvédelem biotópvédelem. Ezért biocönológiai tudomány…”. Mára az ökológia gyűjtő tudományterületté vált. Az ide tágabb értelemben tartozó környezettudományi területek közül a környezetanalitika és az ökotoxikológia a legfontosabbak. Kémiai értelemben a környezetanalitika nagyon sok mindent elmond egy környezetünkbe kerülő vegyület metabolikus sorsáról/megmaradó képességéről, míg az ökotoxikológia rövidebb – hosszabb időtávon ezeknek a vegyületeknek az életközösségre gyakorolt hatását követi nyomon.
E soktényezős rendszer főbb elemei a kultúrnövény plusz gyomnövény versenytársaik, továbbá a mezővédő erdősávok növénytársulásai, az ezeken élő növényevők (kórokozók és kártevők), a rajtuk élősködő természetes ellenségek (antagonista mikroszervezetek, parazitoidok és predátorok), továbbá a növényközösség beporzását (fenntartók), majd elhalásuk után lebontásukat (szaprofágok) végző szervezetek (1. ábra).
1. ábra: A kultúrnövény kapcsolatai élő környezetével
Az 2. ábrán egy olyan példát láthatunk, amikor egy repülőgépes kezelés (amely a mezővédő erdősávot is érinti) két kártevőre terjed ki, de a táplálékláncok alkotta hálózat révén a hatás befolyással bír az itt létesülő kapcsolatok többségére. Következményeként fajokban elszegényedik az a tápláléklánci hálózat, amelyet érintett a kezelés. Hosszabb távon ez a növényvédő szeres kezelés szükségességét jelenti majd, hiszen a természetes szabályzó közösséget visszaszorítottuk.
2. ábra: A kultúrnövény, a gyomnövények, a mezővédő erdősávok, valamint kártevőik (romboidok) és azok természetes ellenségeinek (oválisok) tápláléklánci kapcsolata és zavara (a nyilak mentén visszabontandó) egy hatóanyag (kör) megjelenése esetén
Az eredeti (vad) növényállományokban igen változatos adottságú (genotípusú) egyedek voltak, amelyek kiválogatása és szaporítása (növénynemesítés) a fajta-előállítás alapjait teremtette meg. Ennek a kitartó szelekciós folyamatnak jelentősek voltak a növényvédelmi vonatkozásai is, ha a rezisztencianemesítésre gondolunk. A kiválasztás azonban – a fenntarthatóságot szem előtt tartva – igen karakteres mellékhatással járt. Az egyes fajok alkalmazkodó- és/vagy megmaradóképességét jól jellemzi ugyanis sokféleségük. Ennek alapjai a génszintű biodiverzitásban találhatók meg. A nemesítés során egy-egy kiváló képességű egyed utódaiból jól elkülönülő fajtákat (népességet) hoztak létre és elterjesztették azt, ám eközben jelentősen csökkent ennek a fajnak a génszintű biodiverzitása. Becslések szerint a klasszikus nemesítés során a kultúrnövényeinkre jellemző diverzitás 85-95%-át elveszítettük. Ez azt jelenti, hogy állományunk sokkal szegényesebben reagál (a népességi szintű géneróziós folyamat miatt) egy-egy kórokozó új patotípusára, vagyis abban egyre kevesebb az a változatosság, amelyben alkalmazkodásra és túlélésre szolgáló egyedi génkombinációk fordulnak elő. Ezek szerint a klasszikus nemesítés és a fenntarthatóság közé tehető a legelső kérdőjel, amennyiben a fajtához vezető szelekció meghatározó módon elszegényíti egy faj biológiai diverzitását. Megoldásként javasolják, hogy hozzuk létre (és tartsuk fenn) a kultúrnövények génbankjait, a tájfajták (szelekciós fokuk kisebb, mivel az adott környezethez való alkalmazkodás alakította) gyűjteményeit. Valószínű, hogy a génbanki gyűjtőmunkára ezek az utolsó percek, hiszen egyetlen emberöltő alatt is megtapasztalhattuk, hogyan tűntek el például a korai almatájfajták az elérhető választékból. Hazánkban az FVM igazgatása alá tartozó Agrobotanikai Kutatóintézet (Tápiószele) vállalta fel a génmegőrzési munkát, de a génbank működésének hosszú távú támogatási feltételei ma még nem láthatók.
Ezen a ponton jegyezhető meg az, hogy egy fajtához ún. potenciális termőképesség és termésminőség tartozik. Optimális esetben tehát körvonalazható elvárásaink lehetnek. A potenciális termésnagyságnál azonban – s ebben meghatározók a növényvédelmi problémák – szinte mindig kisebbek a tényleges hozamok. A növénynemesítés eddigi története során a mennyiségi paraméterek fokozására törekedett, és érzékelhetően figyelmen kívül hagyta a táplálékminőségre vonatkozó elvárásainkat. Ez leginkább gabonaféléink nemesítésén érhető tetten, amelynek során a magas fehérjetartalmú, kiváló kenyérgabonáink (pl. Bánkúti búza) helyét átvették a magasabb terméshozamú, de beltartalmukat tekintve szerényebb képességű fajták. A fejlesztők mindennek okaként a népességszaporulatra mutattak. Ugyancsak ebbe az irányba hatott a vidékről elköltözők magas aránya, amely az ún. intenzív, nagyüzemi mezőgazdaságot alapozta meg. Az ún. „zöld forradalom” során nagy táblákon, intenzív fajtákkal, a talaj tápanyagszolgáltató-képeségét nagyadagú műtrágyázással növelve, a növényvédelmet széles hatásspektrumú vegyszerekkel megoldva, az élőmunkát gépekkel helyettesítve egyértelműen fenntarthatatlan „iparszerű” gyakorlatot hoztak létre. A technológia megnövekedett környezeti igénybevételével és környezetromboló hatásával azonban szinte senki sem számolt, pedig mindez elszegényítette a talajokat, csökkentette az élőmunka-ráfordításon keresztül a falvak munkahelyteremtő-képességét, és átjátszotta a növénytermesztésben keletkező hasznot a fajtatulajdonosok (különösen vonatkozik ez a gazdálkodó által fenntarthatatlan hibridfajtákra), a műtrágya- és növényvédőszer-gyártó továbbá -forgalmazó cégek, valamint a mezőgazdasági gépgyártók felé. Az emelkedő termésátlag tehát paradox módon kisebb jövedelmet eredményezett a gazdálkodók számára, ahogyan Nagy Bálint különböző fórumokon (pl. Lakitelek, 2009) való hozzászólásaiból megtudhattuk.
A kultúrnövények egy részének ún. gyomelnyomó képessége a kelés után csekély. A talajnedvesség és a tápanyagok eléréséért versenyben lévő gyomnövények terméscsökkentő hatása jelentős, s amennyiben megszabadulunk tőlük úgy a betakarított termés nagysága közelít a potenciálishoz. Ennek példái a hajdani kapásnövények, jelezve azt is, hogy a gyomirtás legfőbb eszköze a kapa volt. A múlt század közepétől jellemzően a kémiai gyomirtás vette át a mechanikai gyomirtás szerepét. A kémiai növényvédelem elhibázott szemléletében ezzel megszűnt a talajra, mint életközösségre tekintetni, amelynek sajátosan gazdag élővilágát így a mutagéneket nagy számban tartalmazó növényvédő szerek (peszticidek) úgy alakíthatták át (3. ábra), hogy a változások a tudományos vizsgálatok előtt rejtve maradtak. Hovatovább, az egyes gyomirtók mellé adott antidótumok éppen a talaj mikrobiális működésének totális gátlásán keresztül érték el azt, hogy a gyomirtó hatás hosszabb legyen. Meglepőnek tűnhet, hogy hajdanán rákkeltő arzénsókat is használtak gyomirtásra, s például a Vietnámi Háború idején AGENT BLUE néven ilyen vegyületeket szórtak le a termés megsemmisítésére.
3. ábra: Mutagén hatóanyagok a magyar növényvédelem gyakorlatában
Ma szükségtelenül nagyszámú gyomirtó szer (herbicid) jelenik meg a növényvédelem gyakorlatában, és a fő kultúrákban (jellemzően a kukoricában) a gyomirtási technológiák alkalmazása komoly szakértelmet igényel. Nem vonatkozott ez a botanikai ismeretekre, mivel a herbicidek túlnyomó többsége egyszikű/kétszikű relációkban mutat csupán eltérő hatékonyságot. Mindeközben a területi magkészlet, az éves csírázási ütem (pre- és posztemergens kezelések), a gyomnövénytársulások és aspektusok, továbbá a rezisztens gyomok számbavételére nem fordítottunk gondot. A kémiai gyomirtás eszközei között meghatározó számban jelentek meg a talaj- (pl. 2,4-D) és vízszennyező (pl. triazin típusú gyomirtók, atrazine) hatóanyagok. A kémiai gyomirtás árát tehát az értékes felszíni és talajvízkészleteink elszennyezésében fizettük meg. Némely patakunk (Kapos) és kukoricaföldeken átfolyó csatornánk vizének minősége pillanatnyilag alkalmatlan arra, hogy vizével ökológiai művelésű táblákat öntözzünk. A talaj- és vízszennyező hatóanyagokkal történő gyomirtás bizonyosan nem tekinthető fenntarthatónak. Korántsem magyarázkodásképpen hozzá kell ehhez tennünk, hogy a vízszennyezés csupán 25%-a érkezik a mezőgazdasági termelés felől (4. ábra).
4. ábra: Jelentősebb vízszennyezők forrásai
A növényi kórokozók elleni védekezés igen sokrétű. Vírusok ellen szinte csak a rezisztencianemesítés marad, illetve a vírusokat hurcoló rovarok (pl. levéltetvek) távoltartása (izoláció) és pusztítása. Szintén nem rendelkezünk hatékony kémiai védekezési eljárásokkal a baktériumokkal szemben. Az esetleges mezőgazdasági antibiotikum-használatot az egészségügy teljes joggal akadályozza. Hiszen, pl. a streptomycin tűzelhalás ellen való alkalmazása veszélyt jelentene az emberek körében előforduló streptomycin-allergiásokra, valamint segítené az antibiotikum-rezisztens baktériumok számának növekedését. Ugyanekkor jelentős mennyiségű gombaölő szer (fungicid) van forgalomban. A korai megoldások közül a higanytartalmú csávázószerek alkalmazása volt a legjelentősebb melléfogás.
A mai gyakorlatban elterjedt hatóanyagok sokfélesége sem nélkülözheti a növényvédő mérnöki képesítésű szakembereket, akik a kórokozó felismerése után választhatnak megfelelő hatóanyagot. Több fungicid és bomlástermékeinek mutagén és állatokon rákkeltő hatása (pl. chlorothalonyl, ETU szennyezettségű ditiokarbamátok) miatt a fenntarthatóságuk lehetősége fel sem merülhet. Szükségtechnológiák csupán, melyeknek mielőbbi lecserélésére kell törekednünk.
A mezőgazdasági rovarirtás eddigi tévedései voltak a legszámottevőbbek. Ennek oka, hogy rovarirtó szereink (inszekticidek) túlnyomó többsége idegméreg. Ezek a hatóanyagok viszont minden állatban hasonló utakon gátolják az ingerületvezetési folyamatokat, tehát nem képzelhető el alkalmazásukkal fenntartható technológia. A klórozott szénhidrogén típusú idegmérgek közül a DDT és HCH okozta eddig a legkiterjedtebb környezet-egészségügyi problémát, amennyiben bomlási félidejük évtizedekben mérhető. A perzisztencia viszont szükséges feltétel a kitettség növekedéséhez, huzamos kitettség pedig krónikus betegségekhez vezethet.
Ma talajaink leggyakoribb (~40%) szennyezője a DDT és maradékai (DDE, DDD) valamint a HCH. Mindennek következménye, hogy az anyatejben a mai napig jelentős mennyiségben mutathatók ki ezek a vegyületek, bár a DDT használatát hazánkban már 1968-ban betiltották. E maradékok gyakorisága felveti annak a szükségességét, hogy az ökológiai művelésű területek talajait ellenőrzés alá vonjuk, hiszen nyilvánvaló, hogy perzisztens vegyülettel szennyezett területről nem származhat biominősítésű termés. Kérdéses a hajdani méhkímélő technológiákban alkalmazott camphechlor előfordulásának gyakorisága talajainkban. A több hatóanyagot tartalmazó keverék mérése ugyanis jelenleg megoldatlan hazánkban, így valóságos jelenlétük ismeretlen.
Figyelmeztető tény viszont, hogy az Egyesült Államokban – miután mérésükre megoldást találtak – a talajok leggyakoribb szennyezőinek találták e hatóanyag-együttest. A jelenleg felhasznált idegmérgek zömét a karbamát és foszforsav-észter típusoktól elmozdulva a vízi élőszervezetekre (pl. halak) szélsőséges toxicitású piretroidok adják. A kutatók korábban nagy reményeket fűztek az ún. rovarfejlődést és -szaporodást zavaró (IDRD) típusú vegyületekhez, amelyeket speciális rovarélettani tudásunkra támaszkodva fejlesztettek ki. Sajnos azonban ezen a területen is egyre gyűlnek a toxikológia kérdőjelei, és a fejlesztés – komolyabb sikerek nélkül – erről a területről is odébb állt. Napjainkban egy baktérium – a Bacillus thuringiensis – által termelt Cry-toxinok hatását éri a legkevesebb kritika, bár hozzátehetjük, hogy a Bt-készítményekben előforduló konkrét toxinok – minden kritikát tűrő – mennyiségi meghatározása máig megoldatlan.
Géntechnológia a növényvédelemben
A növényvédő szerek hatóanyagainak revíziója éppen most folyik az Európai Unión belül. E folyamat minden eddigi törekvésnél szélesebb körűen, pontosabban és szigorúbb módon vizsgálja felül a hatóanyagokat. Az Európai Unióhoz való csatlakozásunk után a szükségtelenül nagyszámú, 350 hatóanyagot használó növényvédelmünk most ~200 hatóanyagot alkalmazhat (5. ábra).
5. ábra: Magyarországon engedélyezett növényvédőszer-hatóanyagok
Ezt a korlátozást a revízió előtt évekkel korábban, írásban javasoltuk a hazai növényvédelem irányítóinak, de javaslataink nem találtak meghallgatásra. Az uniós revízió könyörtelenül kiszórja a felhasználható hatóanyagok közül azokat, amelyek nem rendelkeznek megfelelő szintű toxikológiai dokumentációval, s effélék a korábbi hatóanyagok között szép számban fordultak elő. Sajnálatos, de törvényszerű, hogy ennek a szigorítási törekvésnek a hazai növényvédőszer-gyártók kellően nem kutatott hatóanyagai is áldozatul estek. Az uniós növényvédőszer-revíziót az érintett érdekszövetségek meglehetős kiábrándultsággal fogadták. Hangadóinak véleménye szerint szükségtelen mezőgazdasági károkat okoz majd a túlzó hatóanyag-kivonás. Mindez azonban csak érdekmotivált panaszként és nem megokolt ellenérvként értékelhető. A fogyasztói érdekvédelem súlyának meg kell haladnia a parciális ipari önérdekét. Különösen jelentősnek tartjuk, hogy a vízszennyező és mutagén (így karcinogenitással gyanúsítható) hatóanyagok következetesen és nagy számban kerültek kivonásra az EU területéről. Már ma is állítható, hogy a szermaradék-vizsgálatok szerint az Unión kívülről érkező termékek biztonsága csekélyebb. Napjainkban a török, tájföldi, egyiptomi, olasz, argentin és spanyol termékek reputációja sokat romlott az élelmiszerpiacon (6. ábra). Korábbi mérések már több ország élelmiszer-biztonságát kérdőjelezték meg, közöttük Kínáét, Indiáét és az afrikai földrészét. Az európai élelmiszer-biztonsági gyakorlat – a felhasznált nagymennyiségű mezőgazdasági vegyszer miatt – nem kis gyanakvással szemléli a holland és belga növényi eredetű termékeket is. Nem tekinthető megfontolt szakmai érdekképviseletnek az, amely ezt a nagyon határozott fogyasztói igényt nem képes elismerni és figyelembe venni.
6. ábra: Az európai ellenőrzésen fennakadt, kiemelkedő szermaradékot tartalmazó
élelmiszereket forgalmazó országok
A kémiai növényvédelem mellett – egyes részterületeken – új megoldásként jelentkezett a géntechnológiai úton történő növényvédelem. Az Európai Unióban ma 118 egyszerű és összetett genetikailag módosított (GM) fajtacsoport (genetikai esemény és azok kombinációja) halad előre az engedélyezés útján, melyeknek 90%-a a növényvédelmi tevékenységet érinti. Mondhatjuk tehát, hogy az elsőgenerációs GM-növények a növényvédelmet célozták meg. Nevesítve a fajtacsoportok 20%-a rovarellenálló Bt-növény (a Cry1-toxint termelők kukoricamoly-, míg a Cry3-toxint termelők kukoricabogár-rezisztensek), 30%-a gyomirtó szert tűrő (glyphosate-toleráns), míg 40%-a az előző kettő kombinációja, s csupán 10%-uk kínál fel egyéb megoldást (a beltartalom módosítás, színváltoztatás, szárazságtűrés stb.).
Sajátságosan ma a géntechnológia ígér a legkönnyebben (például új „zöld forradalmat”) a különböző tudományterületek közül, bár teljesítésben a restanciája egyre gyűlik. Ígéri például azt, hogy növényvédő szerek nélkül megoldható lesz a növényvédelem. Mindez azonban az alábbiak miatt nem tényszerű: (a) az ismert megoldások szerint a gyomirtás pillanatnyilag egyetlen totális hatású, vízoldékony hatóanyag, a glyphosate használatára épülne (7. ábra). A glyphosate környezet-egészségügyi paraméterei azonban egyre több kérdést vetnek fel, pl. bomlástermékével az AMPA-val együtt ez a hatóanyag gyakori vízszennyező, de környezeti monitorozása ma még megoldatlan hazánkban; (b) a kórokozók elleni védekezésre a géntechnológia eddig semmilyen széleskörűen használható módszert nem mutatott fel, így nincs ami a fungicidek felhasználását kiváltaná (7. ábra).
7. ábra: Kártevők és kórokozók a növényvédelemben és az ellenük használt kémiai eszközök
Bizonyos, hogy nem csak egy, hanem sok megoldásra van szükség a kultúrnövényenként eltérő kórokozóprofil miatt; (c) az egyes kultúrákban kártevőközösségek fordulnak elő. A Cry-toxinok a rovarok között rendszintű specifitást mutatnak. A kukoricában a talajlakó kártevőkön túlmenően a levéltetvek (pl. Rhopalosiphum padi, Rhopalosiphum maidis, Aphis fabae), a dohánytripsz (Thrips tabaci), a kétfoltos takácsatka (Tetranychus urticae), néhány lepkehernyó (Ostrinia nubilalis, Helicoverpa armygera) és a kukoricabogár (Diabrotica spp.) fordul elő. A Cry1-toxin azonban csupán lepkehernyók, míg a Cry3-toxin csak a kukoricabogarak ellen nyújt védelmet.
A Cry1-toxint termelő MON 810 fajtacsoporttal kapcsolatos egyik legjelentősebb környezetanalitikai probléma, hogy a szükséges toxinmennyiségnél a GM-kukorica – ha kell, ha nem – nagyságrendekkel több toxint termel. Erre viszont a hatóanyagnak nincs engedélye, amennyiben a MON 810-es fajtákat különleges módon formulázott növényvédő szernek minősítjük, mint ahogyan azok is. A két fő kártevő ellen mindkét (Cry1 + Cry3) toxint termelő kombinációra van szükség. Ez azonban a földterületek Cry-toxin terhelését még inkább megnöveli, miközben a 8. ábrán felsorolt egyéb rovarcsoportok ellen nem várható semmilyen hatás. Hozzátehetjük mindehhez azt is, hogy a kukoricabogár megjelenése előtt a hazai gyakorlatban, kukoricában nem alkalmaztak állománykezeléseket, s ezt követően is többen a vetésváltás szerepét hangsúlyozzák a védekezést illetően.
8. ábra: Talajlakók és szívó kártevők, amelyek kívül esnek a Bt-növények hatásspektrumán
Fentiek alapján, a géntechnológiai úton történő növényvédelem csupán egyike a lehetséges módszereknek, de ma még azt mondhatjuk, hogy elveit tekintve sem lényegi része a hatékony növényvédelmi technológiának. Mindez a növényi géntechnológia pillanatnyi termékeinek minősítése csupán, és semmiképpen sem magának a technológiának az elvetése. E kutatási terület véleményünk szerint pályafutásának elején áll még, és igazán nagy találatai a jövőben következnek majd. A GM-növényekkel való fenntarthatóság megítélése is korai lenne még, mivel hazai gyakorlatban még egyetlen fajtacsoporttal kapcsolatban sem rendelkezünk hosszú távú tapasztalattal. A glyphosate alkalmazását posztemergens kezelésekkel kiszélesítő növényvédelmi gyakorlat azonban annak vízszennyező-képessége miatt aligha lesz fenntartható. A MON 810 Cry1-toxint tartalmazó tarlómaradványainak esetleges lassúbb bomlási üteme úgyszintén kérdőjelet vet fel. Kétségeink vannak a toxinokat talajba juttató technológiák fenntarthatónak minősítése területén.
Következtetésként azt mondhatjuk, hogy az eddigi eredmények alapján csupán a biológiai védekezés elemei nevezhetők bizonyosan fenntarthatónak. Ezek közül a passzív változat a területen elforduló természetes védelem elemeinek kímélésén alapul, míg az aktív módszer ezek felszaporításával és terjesztésével éri el hatását. A növényvédelemben használt hatóanyagok egyenkénti felülvizsgálatával lehet eljutni addig, hogy tartós használatukat fenntarthatónak minősítsük és az integrált védelem jogos részeként számításba vegyük, illetve mint fenn nem tartható elemeit, elvessük. Ennek lényegi kitétele, hogy az ún. passzív biológiai védelmet a hatóanyag ne érintse negatív módon. Ilyen megoldás sajnos nagyon kevés van. A gyomirtó szerek a gyomfauna elszegényítése révén jelentős módon akadályozzák a generalista parazitoidok és predátorok gazdaláncának optimális kialakulását, míg a rovarölő szerek hasonló módon pusztítják őket, mint a kártevőket. A növényvédelem ma még csak nagyszámú szükségtechnológiával rendelkezik, és igen hosszú út vezet a fenntartható növényvédelmi megoldások megjelenéséig, ahol a területeken élő természetes közösségekre nem lesz érzékelhető ezek negatív hatása.
Darvas Béla és Székács András
MTA Növényvédelmi Kutatóintézete
Ökotoxikológiai és Környezetanalitikai Osztály
(Biokultúra 2010/2-3)
