Biopestycydy stanowią jedno z ważnych narzędzi wdrażania „Strategii Zielonego Systemu Żywnościowego” w Japonii. Niniejszy artykuł opisuje definicję i kategorię biopestycydów w Japonii oraz klasyfikuje zasady ich rejestracji w tym kraju, aby zapewnić punkt odniesienia dla rozwoju i stosowania biopestycydów w innych krajach.
Ze względu na stosunkowo ograniczoną powierzchnię dostępnych gruntów rolnych w Japonii, konieczne jest stosowanie większej ilości pestycydów i nawozów w celu zwiększenia plonów z danego obszaru. Jednak stosowanie dużej liczby pestycydów chemicznych zwiększyło obciążenie środowiska, a ochrona gleby, wody, bioróżnorodności, krajobrazu wiejskiego i bezpieczeństwa żywnościowego jest szczególnie ważna dla osiągnięcia zrównoważonego rozwoju rolnictwa i środowiska. W związku z wysokim poziomem pozostałości pestycydów w uprawach, który prowadzi do wzrostu liczby zachorowań na choroby cywilizacyjne, rolnicy i społeczeństwo skłaniają się ku stosowaniu bezpieczniejszych i bardziej przyjaznych dla środowiska biopestycydów.
Podobnie jak europejska inicjatywa „od pola do stołu”, japoński rząd opracował w maju 2021 r. „Strategię Zielonego Systemu Żywnościowego”, której celem jest zmniejszenie o 50% do 2050 r. stosowania pestycydów chemicznych obarczonych ryzykiem oraz zwiększenie powierzchni upraw ekologicznych do 1 miliona hm² (co odpowiada 25% powierzchni użytków rolnych w Japonii). Strategia ta ma na celu zwiększenie produktywności i zrównoważonego rozwoju żywności, rolnictwa, leśnictwa i rybołówstwa poprzez innowacyjne środki odporności (MeaDRI), w tym integrowaną ochronę przed szkodnikami, ulepszone metody aplikacji oraz rozwój nowych alternatyw. Wśród nich najważniejsze jest opracowanie, stosowanie i promowanie integrowanej ochrony przed szkodnikami (IPM), a biopestycydy są jednym z ważnych narzędzi.
1. Definicja i kategoria biopestycydów w Japonii
Biopestycydy są pokrewne pestycydom chemicznym lub syntetycznym i ogólnie odnoszą się do pestycydów, które są stosunkowo bezpieczne lub przyjazne dla ludzi, środowiska i ekologii, wykorzystując lub bazując na zasobach biologicznych. Ze względu na źródło substancji czynnych, biopestycydy można podzielić na następujące kategorie: po pierwsze, pestycydy pochodzenia mikrobiologicznego, w tym bakterie, grzyby, wirusy i oryginalne zwierzęta biologiczne (modyfikowane genetycznie) – żywe organizmy mikrobiologiczne i ich wydzielane metabolity; po drugie, pestycydy pochodzenia roślinnego, w tym żywe rośliny i ich ekstrakty, środki ochronne osadzone w roślinach (uprawy modyfikowane genetycznie); po trzecie, pestycydy pochodzenia zwierzęcego, w tym żywe nicienie entomopatyczne, zwierzęta pasożytnicze i drapieżne oraz ekstrakty zwierzęce (takie jak feromony). Stany Zjednoczone i inne kraje również klasyfikują jako biopestycydy naturalne pestycydy pochodzenia mineralnego, takie jak olej mineralny.
Japońskie SEIJ klasyfikuje biopestycydy jako pestycydy organizmów żywych i pestycydy substancji biogennych, a także feromony, metabolity drobnoustrojów (antybiotyki rolnicze), ekstrakty roślinne, pestycydy pochodzenia mineralnego, ekstrakty zwierzęce (takie jak jad stawonogów), nanoprzeciwciała oraz środki ochronne osadzone w roślinach jako pestycydy substancji biogennych. Federacja Spółdzielni Rolniczych Japonii klasyfikuje japońskie biopestycydy jako stawonogi będące wrogami naturalnymi, nicienie będące wrogami naturalnymi, mikroorganizmy i substancje biogenne, a inaktywowane Bacillus thuringiensis klasyfikuje jako mikroorganizmy i wyklucza antybiotyki rolnicze z kategorii biopestycydów. Jednak w praktyce zarządzania pestycydami japońskie biopestycydy są wąsko definiowane jako biologiczne, żywe pestycydy, czyli „biologiczne środki kontroli, takie jak antagonistyczne mikroorganizmy, mikroorganizmy patogeniczne dla roślin, mikroorganizmy patogeniczne dla owadów, nicienie pasożytnicze owadów, stawonogi pasożytnicze i drapieżne stosowane do zwalczania szkodników”. Innymi słowy, japońskie biopestycydy to pestycydy, których komercjalizacją są żywe organizmy, takie jak mikroorganizmy, nicienie entomopatyczne i organizmy wrogów naturalnych, jako składniki aktywne, podczas gdy odmiany i rodzaje substancji pochodzenia biologicznego zarejestrowane w Japonii nie należą do kategorii biopestycydów. Ponadto, zgodnie z japońskimi „Środkami postępowania z wynikami testów oceny bezpieczeństwa związanych z wnioskiem o rejestrację pestycydów mikrobiologicznych”, genetycznie modyfikowane mikroorganizmy i rośliny nie są objęte zarządzaniem biologicznymi pestycydami w Japonii. W ostatnich latach Ministerstwo Rolnictwa, Leśnictwa i Rybołówstwa zainicjowało również proces ponownej oceny biopestycydów i opracowało nowe standardy dotyczące braku rejestracji biopestycydów, aby zmniejszyć prawdopodobieństwo, że stosowanie i rozprzestrzenianie biopestycydów spowoduje poważne szkody w siedliskach lub wzroście zwierząt i roślin w środowisku życia.
Niedawno opublikowana przez japońskie Ministerstwo Rolnictwa, Leśnictwa i Rybołówstwa „Lista ekologicznych środków produkcji roślinnej” w 2022 roku obejmuje wszystkie biopestycydy i niektóre pestycydy pochodzenia biologicznego. Japońskie biopestycydy są zwolnione z obowiązku ustalenia dopuszczalnego dziennego spożycia (ADI) i maksymalnych limitów pozostałości (MRL), które mogą być stosowane w produkcji produktów rolnych zgodnie z Japońskim Standardem Rolnictwa Ekologicznego (JAS).
2. Przegląd rejestracji pestycydów biologicznych w Japonii
Jako kraj wiodący w rozwoju i stosowaniu biopestycydów, Japonia posiada stosunkowo kompletny system zarządzania rejestracją pestycydów oraz stosunkowo bogatą ofertę rejestracji biopestycydów. Według statystyk autora, w 2023 roku w Japonii zarejestrowanych i skutecznych było 99 biologicznych preparatów pestycydowych, zawierających 47 substancji czynnych, co stanowi około 8,5% wszystkich substancji czynnych zarejestrowanych pestycydów. Spośród nich 35 substancji jest używanych do insektycydów (w tym 2 nicieniobójcze), 12 substancji jest używanych do sterylizacji, a herbicydy i inne zastosowania nie występują (rysunek 1). Chociaż feromony nie należą w Japonii do kategorii biopestycydów, są one zazwyczaj promowane i stosowane razem z biopestycydami jako ekologiczne środki wspomagające uprawę.
2.1 Biologiczne pestycydy wrogów naturalnych
W Japonii zarejestrowanych jest 22 aktywnych składników naturalnych wrogich biopestycydów, które można podzielić na owady pasożytnicze, owady drapieżne i drapieżne roztocze według gatunku biologicznego i sposobu działania. Wśród nich drapieżne owady i drapieżne roztocze polują na szkodliwe owady w celu zdobycia pożywienia, a owady pasożytnicze składają jaja w pasożytniczych szkodnikach, a ich wylęgnięte larwy żerują na żywicielu i rozwijają się, aby go zabić. Pasożytnicze owady błonkówkowe, takie jak mszyca, pszczoła mszyca, pszczoła mszyca, pszczoła mszyca, pszczoła mszyca, pszczoła mszyca, pszczoła mszyca, pszczoła pluskwiakowa i Mylostomus japonicus, zarejestrowane w Japonii, są głównie wykorzystywane do zwalczania mszyc, much i mączlików na warzywach uprawianych w szklarniach, a drapieżne chrysoptera, pluskwiaki, biedronki i wciornastki są głównie wykorzystywane do zwalczania mszyc, wciornastków i mączlików na warzywach uprawianych w szklarniach. Drapieżne roztocze są wykorzystywane głównie do zwalczania przędziorków, roztoczy liściowych, tyrofagów, pleurotarsusów, wciornastków i mączlików na warzywach, kwiatach, drzewach owocowych, fasoli i ziemniakach uprawianych w szklarniach, a także na warzywach, drzewach owocowych i herbacie uprawianej na polach. Anicetus beneficus, Pseudaphycus mali⁃nus, E. eremicus, Dacnusa Sibirica sibirica, Diglyphus isaea, Bathyplectes anurus, degenerans (A. (=Iphiseius) degenerans, A. cucumeris). Rejestracja naturalnych wrogów, takich jak O. sauteri, nie została wznowiona.
2.2 Pestycydy mikrobiologiczne
W Japonii zarejestrowano 23 rodzaje substancji czynnych w pestycydach mikrobiologicznych, które można podzielić na insektycydy/fungicydy wirusowe, insektycydy/fungicydy bakteryjne oraz insektycydy/fungicydy grzybowe, w zależności od rodzaju i zastosowania mikroorganizmów. Wśród nich insektycydy mikrobiologiczne zabijają lub zwalczają szkodniki poprzez infekowanie, namnażanie i wydzielanie toksyn. Fungicydy mikrobiologiczne zwalczają bakterie chorobotwórcze poprzez konkurencję kolonizacyjną, wydzielanie środków przeciwdrobnoustrojowych lub metabolitów wtórnych oraz indukowanie odporności roślin [1-2, 7-8, 11]. Nicienie grzybowe (drapieżne) Monacrosporium phymatopagum, fungicydy mikrobiologiczne Agrobacterium radiobacter, Pseudomonas sp.CAB-02, niepatogenny Fusarium oxysporum i atenuowany szczep wirusa łagodnej pstrości papryki. Nie odnowiono również rejestracji pestycydów mikrobiologicznych, takich jak Xan⁃thomonas campestris pv.retroflexus i Drechslera monoceras.
2.2.1 Insektycydy mikrobiologiczne
Zarejestrowane w Japonii insektycydy oparte na wirusach poliedroidów granulowanych i jądrowych są stosowane głównie do zwalczania określonych szkodników, takich jak grzybica jabłoni, grzybica herbaty i grzybica herbaty długolistnej, a także Streptococcus aureus w uprawach owoców, warzyw i fasoli. Bacillus thuringiensis, jako najszerzej stosowany insektycyd bakteryjny, jest stosowany głównie do zwalczania szkodników z rzędu motyli (Lepidoptera) i pluskwiaków (Hemiptera) w uprawach warzyw, owoców, ryżu, ziemniaków i trawników. Spośród zarejestrowanych insektycydów grzybowych, Beauveria bassiana jest stosowany głównie do zwalczania szkodników gryzących i żądlących, takich jak wciornastki, tarczniki, mączliki, roztocza, chrząszcze, diamenty i mszyce w warzywach, owocach, sosnach i na herbacie. Beauveria brucei jest stosowany do zwalczania szkodników z rzędu chrząszczy (Coleoptera), takich jak longiceps i chrząszcze w drzewach owocowych, drzewach, arcydzięglu, wiśniach i grzybach shiitake. Metarhizium anisopliae stosowany do zwalczania wciornastków w szklarniowej uprawie warzyw i mango; Paecilomyces furosus i Paecilopus pectus stosowane były do zwalczania mączlików szklarniowych, mszyc i przędziorków czerwców szklarniowych w szklarniowych uprawach warzyw i truskawek. Grzyb ten jest stosowany do zwalczania mączlików szklarniowych i wciornastków w szklarniowej uprawie warzyw, mango, chryzantem i lisiflorum.
Bacillus Pasteurensis punctum to jedyny zarejestrowany i skuteczny w Japonii nicień mikrobiologiczny, stosowany do zwalczania nicieni guzowatych w warzywach, ziemniakach i figach.
2.2.2 Mikrobiocydy
Wirusopodobny fungicyd, atenuowany szczep wirusa mozaiki cukinii, zarejestrowany w Japonii, został użyty do zwalczania chorób mozaikowych i fuzariozy, wywoływanych przez wirusy ogórkowe. Spośród fungicydów bakteriologicznych zarejestrowanych w Japonii, Bacillus amylolitica jest stosowany do zwalczania chorób grzybowych, takich jak brunatna zgnilizna, szara pleśń, czarna zaraza, choroba białej gwiazdy, mączniak prawdziwy, czarna pleśń, pleśń liści, plamistość, biała rdza i zaraza liści na warzywach, owocach, kwiatach, chmielu i tytoniu. Bacillus simplex został użyty do zapobiegania i leczenia bakteryjnego więdnięcia i bakteryjnej zarazy ryżu. Bacillus subtilis jest stosowany do zwalczania chorób bakteryjnych i grzybowych, takich jak szara pleśń, mączniak prawdziwy, czarna gwiazda, zaraza ryżu, mączniak liści, czarna zaraza, zaraza liści, biała plamistość, plamistość, rak, zaraza, czarna pleśń, brązowa plamistość, czarna zaraza liści i bakteryjna plamistość warzyw, owoców, ryżu, kwiatów i roślin ozdobnych, fasoli, ziemniaków, chmielu, tytoniu i grzybów. Niepatogenne szczepy podgatunku Erwenella miękkiej zgnilizny marchwi są stosowane do zwalczania miękkiej zgnilizny i raka na warzywach, cytrusach, cyklamenach i ziemniakach. Pseudomonas fluorescens jest stosowany do zwalczania zgnilizny, czarnej zgnilizny, bakteryjnej czarnej zgnilizny i zgnilizny pąków kwiatowych na liściach warzyw. Pseudomonas roseni jest stosowany do zwalczania miękkiej zgnilizny, czarnej zgnilizny, zgnilizny, zgnilizny pąków kwiatowych, plamistości bakteryjnej, czarnej plamistości bakteryjnej, perforacji bakteryjnej, bakteryjnej miękkiej zgnilizny, bakteryjnej zgnilizny łodyg, bakteryjnej zgnilizny gałęzi i raka bakteryjnego na warzywach i owocach. Phagcytophage mirabile jest stosowany do zwalczania choroby puchnięcia korzeni warzyw krzyżowych, a bakterie żółtego koszyczka są używane do zwalczania mączniaka prawdziwego, czarnej pleśni, wąglika, pleśni liści, szarej pleśni, zarazy ryżu, zarazy bakteryjnej, więdnięcia bakteryjnego, brunatnej smugowatości, choroby złych siewek i zarazy siewek na warzywach, truskawkach i ryżu, a także wspomagają wzrost korzeni uprawnych. Lactobacillus plantarum jest używany do zwalczania miękkiej zgnilizny warzyw i ziemniaków. Spośród fungicydów zarejestrowanych w Japonii, Scutellaria microscutella był stosowany do zapobiegania i zwalczania zgnilizny twardzikowej warzyw, czarnej zgnilizny szczypiorku i czosnku. Trichoderma viridis jest stosowany do zwalczania chorób bakteryjnych i grzybowych, takich jak zaraza ryżu, bakteryjna brunatna smugowatość, zaraza liści i zaraza ryżu, a także purpurowa smugowatość szparagów i choroba białego jedwabiu tytoniu.
2.3 Nicienie entomopatogenne
W Japonii zarejestrowano dwa gatunki nicieni entomopatogennych, a ich mechanizmy owadobójcze [1-2, 11] obejmują głównie uszkodzenia maszyn inwazyjnych, zużycie składników odżywczych i rozpad komórek tkanek oraz wydzielanie toksyn przez bakterie symbiotyczne. Steinernema carpocapsae i S. glaseri, zarejestrowane w Japonii, są stosowane głównie na słodkich ziemniakach, oliwkach, figach, kwiatach i roślinach liściastych, kwiatach wiśni, śliwach, brzoskwiniach, jagodach, jabłkach, grzybach, warzywach, darni i miłorzębie. Zwalczanie szkodników owadzich, takich jak Megalophora, weestro oliwkowe, Weestro winogronowe, Weestro palmowe czerwone, Longicornis żółte, Weestro brzoskwiniowe, Nematophora Udon, Lepidophora dwuczubkowa, Zoysia Oryzae, Scirpus oryzae, Dipteryx japonica, borowiec wiśni japońskiej, mały robak spożywczy brzoskwini, aculema Japonica i grzyb czerwony. Rejestracja nicienia entomopatogennego S. kushidai nie została odnowiona.
3. Podsumowanie i perspektywy
W Japonii biopestycydy odgrywają istotną rolę w zapewnianiu bezpieczeństwa żywnościowego, ochronie środowiska i bioróżnorodności oraz utrzymaniu zrównoważonego rozwoju rolnictwa. W przeciwieństwie do krajów i regionów takich jak Stany Zjednoczone, Unia Europejska, Chiny i Wietnam [1, 7-8], japońskie biopestycydy są wąsko definiowane jako niemodyfikowane genetycznie żywe środki biologicznej kontroli, które mogą być stosowane jako organiczne środki do uprawy roślin. Obecnie w Japonii zarejestrowanych i skutecznych jest 47 biologicznych pestycydów, które należą do wrogów naturalnych, mikroorganizmów i nicieni patogenicznych dla owadów, i są stosowane do zapobiegania i zwalczania szkodliwych stawonogów, nicieni pasożytniczych roślin i patogenów w uprawach szklarniowych i polowych, takich jak warzywa, owoce, ryż, drzewa herbaciane, drzewa, kwiaty oraz rośliny ozdobne i trawniki. Chociaż te biopestycydy mają zalety wysokiego bezpieczeństwa, niskiego ryzyka lekooporności, samoposzukiwania lub powtarzalnej eliminacji pasożytów szkodników w sprzyjających warunkach, długiego okresu skuteczności i oszczędności pracy, mają również wady, takie jak słaba stabilność, powolna skuteczność, słaba kompatybilność, spektrum kontroli i wąski okres okna stosowania. Z drugiej strony, zakres upraw i obiektów kontrolnych do rejestracji i stosowania biopestycydów w Japonii jest również stosunkowo ograniczony i nie może zastąpić pestycydów chemicznych, aby osiągnąć pełną skuteczność. Według statystyk [3], w 2020 r. wartość biopestycydów stosowanych w Japonii stanowiła zaledwie 0,8%, co było znacznie mniej niż udział zarejestrowanej liczby substancji czynnych.
Głównym kierunkiem rozwoju branży pestycydów w przyszłości będą biopestycydy, które będą coraz intensywniej badane, rozwijane i rejestrowane do celów produkcji rolnej. W połączeniu z postępem nauk biologicznych i technologii oraz rosnącą przewagą kosztową badań i rozwoju biopestycydów, poprawą bezpieczeństwa i jakości żywności, ograniczeniem obciążenia środowiska i wymogów zrównoważonego rozwoju rolnictwa, japoński rynek biopestycydów stale dynamicznie rośnie. Inkwood Research szacuje, że japoński rynek biopestycydów będzie rósł w średnim rocznym tempie wzrostu na poziomie 22,8% w latach 2017–2025, osiągając wartość 729 milionów dolarów w 2025 roku. Dzięki wdrożeniu „Strategii Zielonego Systemu Żywnościowego” biopestycydy są coraz częściej stosowane przez japońskich rolników.
Czas publikacji: 14 maja 2024 r.