Loss of wild pollinators serious threat to crop yields, study finds

The decline of wild bees and other pollinators may be an even more alarming threat to crop yields than the loss of honeybees, a worldwide study suggests, revealing the irreplaceable contribution of wild insects to global food production.

Scientists studied the pollination of more than 40 crops in 600 fields across every populated continent and found wild pollinators were twice as effective as honeybees in producing seeds and fruit on crops including oilseed rape, coffee, onions, almonds, tomatoes and strawberries. Furthermore, trucking in managed honeybee hives did not replace wild pollination when that was lost, but only added to the pollination that took place.

"It was astonishing; the result was so consistent and clear," said Lucas Garibaldi, at the National University in Río Negro, Argentina, who led the 46-strong scientific team. "We know wild insects are declining so we need to start focusing on them. Without such changes, the ongoing loss is destined to compromise agricultural yields worldwide."

Pollination is needed for about three-quarters of global food crops. The decline of honeybee colonies due to disease and pesticides has prompted serious concern. Jason Tylianakis, at the University of Canterbury, New Zealand, described them as "the species charged with protecting global food security".

The new research shows for the first time the huge contribution of wild insects and shows honeybees cannot replace the wild insects lost as their habitat is destroyed. Garibaldi said relying on honeybees was a "highly risky strategy" because disease can sweep through single species, as has been seen with the varroa mite, and single species cannot adapt to environmental changes nearly as well as a group of wild pollinators.

"The studies show conclusively that biodiversity has a direct measurable value for food production and that a few managed species cannot compensate for the biodiversity on which we depend," said Tylianakis, who was not part of the research team.

Garibaldi's team, whose work was published in the journal Science on Thursday, warn: "Global degradation of natural services can undermine the ability of agriculture to meet the demands of the growing, increasingly affluent, human population."

Garibaldi said: "Without wild pollination, you will not get the best yields and the best agricultural land already farmed, so it is very important to get the maximum yield." He added that, across the world, the yields of crops that needed pollination were rising significantly more slowly than crops that did not.

Wild pollinators perform better than honeybees because they deploy a wider range of pollinating techniques, such as "buzz" pollination. They also visit more plants, meaning much more effective cross-pollination than honeybees, which tend to carry pollen from one flower to another on the same plant.

A second new study published in Science on Thursday showed more than half the wild bee species were lost in the 20th century in the US. It made use of a remarkable record made of plants and pollinators at Carlinville, Illinois between 1888 and 1891 by entomologist Charles Robertson. Scientists combined that with data from 1971-72 and new data from 2009-10 to discover the changes in pollination seen over the century as widespread forest was reduced to the fragments that remain today.

They found that half of the 109 bee species recorded by Robertson had been lost and there had been a serious degradation of the pollination provided by the remaining wild insects, with their ability to pollinate specific plants falling by more than half. There was an increasing mismatch between when plants flowered and when bees were active, a finding consistent with climate change, according to the researchers.

Laura Burkle, at Washington University in Montana, who led the work, said: "There are two sides to this coin. These pollination systems are incredibly robust to environmental change, it is almost miraculous that they continue to pollinate given the land use changes. But the system is also incredibly compromised and further degradation will have serious impacts."

Lebah madu kehilangan arah

Lebah madu mencari dan mengingat lokasi bunga, tetapi kajian terbaharu menunjukkan lebah kini kehilangan arah

Seekor lebah melawat ratusan, kadang-kadang beribu-ribu, bunga setiap hari bagi mencari nektar dan debunga. Maka ia perlu mencari jalan kembali ke sarang, mengemudi jarak sehingga lima batu (lapan kilometer), dan melaksanakan "tarian mengibaskan" untuk memberitahu lebah lain di mana bunga berada.

Satu kajian baharu menunjukkan bahawa pendedahan jangka panjang kepada gabungan racun perosak tertentu mungkin menjejaskan keupayaan lebah untuk menjalankan misi pendebungaan.

"Sebarang kemerosotan dalam keupayaan mereka untuk melakukan ini (balik ke sarang) boleh mempunyai kesan yang besar ke atas kelangsungan hidup mereka," kata Geraldine Wright, pakar neuro di Universiti Newcastle di England dan penulis bersama kajian baharu yang diterbitkan di atas talian pada 7 Februari, 2013, dalam Journal of Experimental Biology.

Kajian Wright menunjukkan bahawa keupayaan lebah untuk berkembang sedang terancam. Saintis masih menyelidik bagaimana racun perosak boleh menyumbang kepada masalah Gangguan Keruntuhan Koloni (CCD), kematian secara besar-besaran berjuta-juta lebah madu di seluruh dunia sejak 2006. Racun perosak telah menjejaskan keupayaan navigasi dan kebolehan komunikasi di antara lebah madu.

"Racun perosak adalah sangat berkemungkinan mengakibatkan CCD dan juga kehilangan beberapa jenis lain pendebunga," Wright berkata.

Lebah bergantung kepada apa yang dipanggil "memori bau" untuk mencari bunga yang dipenuhi dengan madu dan debunga. Keupayaan mereka untuk cepat belajar, mengingat, dan berkomunikasi antara satu sama lain telah menjadikan mereka pengembara yang sangat berkesan, menggunakan tarian mengibaskan untuk menarik perhatian lebah lain tentang lokasi sumber makanan.

Lebah madu bertanggungjawab bagi kewujudan hampir satu pertiga daripada makanan yang kita makan dan mempunyai kesan yang serupa ke atas bekalan makanan hidupan liar hasil daripada pendebungaan tumbuh-tumbuhan tersebut.

Kajian terdahulu telah menunjukkan beberapa jenis racun perosak menjejaskan pembelajaran dan ingatan lebah. Pasukan Wright mahu menyiasat jika gabungan racun perosak yang berbeza mempunyai kesan yang lebih besar terhadap pembelajaran dan ingatan lebah madu.

"Lebah madu belajar untuk mengaitkan warna bunga dan aroma dengan kualiti ganjaran makanan," Wright menjelaskan. "Racun perosak menjejaskan neuron yang terlibat dalam tingkah laku. Ini menyebabkan lebah mungkin mengalami kesukaran untuk berkomunikasi dengan ahli-ahli lain dalam koloni."

Eksperimen menggunakan prosedur klasik dengan nama menakutkan: "olfactory conditioning of the proboscis extension reflex". Dari segi bahasa mudah, lebah mengeluarkan lidahnya kepada respon bau dan makanan.

Untuk eksperimen ini, lebah telah dikumpulkan dari pintu masuk tanah jajahan, diletakkan di dalam cawan kaca, dan kemudian dipindahkan ke dalam kotak sandwic plastik. Selama tiga hari lebah diberi makan larutan sukrosa yang dicampur dengan dos sub maut racun perosak. Memori jangka pendek dan jangka panjang lebah-lebah itu diukur masing-masing pada selang 10 minit dan 24 jam.

Kajian ini menunjukkan bahawa apabila racun perosak digabungkan, kesan ke atas lebah adalah jauh lebih teruk daripada pendedahan hanya satu racun perosak. "Ini adalah amat penting kerana salah satu daripada racun perosak yang kita gunakan, coumaphos, adalah "ubat" yang digunakan untuk merawat hama Varroa [parasit lebah yang merupakan salah satu punca CCD] dalam koloni lebah di seluruh dunia," kata Wright.

Racun perosak, di samping membunuh hama, juga mungkin membuat lebah madu lebih terdedah kepada keracunan dan kesan dari racun perosak lain.

Stephen Buchmann dari Pollinator Partnership, yang bukan merupakan sebahagian daripada kajian Wright, menekankan bagaimana pendebunga adalah kritikal untuk dunia. "Ancaman utama kepada pendebunga adalah kemusnahan habitat. Kita sedang kehilangan habitat pendebunga, kawasan semulajadi, dan tanah pertanian yang penting untuk menghasilkan makanan. Kemusnahan habitat, melemahkan serangga pendebunga dan serangga bermanfaat yang lain."

Bacaan tambahan: Kontroversi berterusan berkaitan racun dan CCD

Penggunaan racun yang telah diharamkan di Cameron Highland

Keratan akhbar The Star 12 Disember 2012

Kenyataan media MCPA berkenaan isu ini (klik untuk paparan lebih jelas)

Kenyataan media PAN AP yang disiarkan dalam The Star 1 Februari 2013

Bacaan tambahan - senarai racun-racun yang diharamkan atau dihadkan penggunaannya

Isu dan polisi penggunaan racun perosak dalam tanaman padi

Telah jelas bahawa pendekatan alternatif untuk pengurusan perosak padi diperlukan. Bagi mengatasi serangan penyakit dan perosak utama padi, kemajuan yang pesat telah dibuat untuk membangunkan varieti dengan kerintangan yang sesuai (Jena dan Mackill 2008, Zeigler dan Savary 2009) dan dalam banyak kes, terutamanya kerintangan kepada penyakit, varieti ini berjaya (Bonman et al 1992, Jena dan Mackill 2008). Kerajaan mula memikirkan semula keperluan untuk dasar pemberian subsidi bagi penggunaan racun perosak. Mereka juga mula mengetatkan peraturan racun serangga dengan penguatkuasaan lebih ketat di beberapa negara pengeluar beras. Pengurusan perosak bersepadu (IPM) adalah pendekatan yang telah dibangunkan supaya petani digalakkan untuk menyekat penggunaan racun perosak sehingga perosak mencapai tahap kerosakan ekonomik (Teng, 1994).

Walau bagaimanapun, beberapa tekanan telah menyebabkan penggunaan racun perosak yang tinggi bagi tanaman padi, walaupun terdapat bukti-bukti jelas penggunaan racun perosak bagi kawalan serangga dan penyakit sering menjadi tidak produktif kerana kesan buruk ke atas organisma berfaedah dan keseimbangan semulajadi:

• Petani, pembuat dasar, dan pegawai-pegawai pengembangan telah terbiasa untuk menggunakan racun perosak sebagai "ubat" bagi menyembuhkan masalah perosak, dalam kebanyakan kes sebagai ubat pencegahan, dan sebagai "insurans" terhadap kecederaan (Zadoks 1985), "masalah" yang sebenarnya hanya menyebabkan kerugian yang kecil.
• Didorong oleh motif keuntungan, syarikat-syarikat kimia menjalankan kempen pemasaran intensif yang diterajui oleh sekumpulan jurujual yang hadir dalam kawasan tanaman padi.
• Ketika mana upah ladang telah meningkat kerana pertumbuhan ekonomi di Asia, racun rumpai digunakan bagi menggantikan amalan mencabut rumpai secara manual (Naylor 1996), termasuklah peralihan kaedah menanam dari pemindahan kepada kaedah tabur terus (Pandey dan Velasco 2005). Di Asia, kira-kira 20% daripada kawasan padi ditanam secara tabur terus: hampir semua kawasan selatan Vietnam dan Semenanjung Malaysia ditanam secara tabur terus, manakala kaedah pemindahan padi masih cenderung digunakan di Indonesia dan Bangladesh. Rumpai adalah punca kerugian hasil tertinggi yang kronik dalam padi (Savary et al 2000).
• Pendekatan IPM sering mengandungi maklumat yang terlalu intensif, dan beberapa negara telah mengamalkan kaedah inovatif kos rendah untuk mencapai jumlah besar petani yang mengamalkan IPM dengan mesej secara berterusan. Tanpa kaedah ini, mesej daripada syarikat-syarikat kimia yang berulang-ulang dan kerap mendominasi dan menyebabkan penamatan amalan belajar di kalangan petani (Escalada et al 2009).
• Varieti padi utama yang ditanam di kawasan yang besar masih terdedah kepada perosak atau rintangan varietal boleh diatasi oleh perosak walaupun kemajuan yang berterusan dalam pembiakan bagi ciri kerintangan berganda dalam varieti padi yang ditanam (Bonman et al 1992, Jena dan Mackill 2008). Penggunaan racun serangga yang tinggi cenderung untuk mempercepatkan pecahan kerintangan dalam varieti yang rintang (Gallagher et al 1994). Dalam tahun 1990-an, petani di Vietnam yang menggunakan racun perosak terutamanya organophosphate dan karbamat, yang kekal dominan (35% daripada semburan) dalam tahun 2000-an (Escalada et al 2009). Ia telah menunjukkan bahawa, dengan mengurangkan penggunaan racun serangga, terutamanya di peringkat awal tanaman, biodiversiti musuh semulajadi akan kembali bagi sawah padi dalam kuantiti yang cukup untuk menguruskan serangga perosak (Heong et al 2008). Tetapi sesetengah pihak masih mempersoalkan kesimpulan ini, termasuk pembuat dasar yang mempunyai pengaruh dalam dasar racun perosak negara.

Masa depan pengurusan perosak dalam padi, bagaimanapun, menjanjikan populasi perosak dikurangkan dan akhirnya mengurangkan penggunaan racun perosak. Pembiakbakaan tumbuhan akan menjadi lebih cekap disebabkan oleh kemajuan pembiakan molekul dibantu sehingga proses untuk pembiakan bagi kerintangan kepada perosak, dan peranan IPM menjadi lebih meluas dengan amalan yang lebih baik, kaedah penyebaran dipertingkatkan untuk menyebarkan maklumat kepada petani, dan melaksanakan dasar sokongan yang sepadan. Teknik kejuruteraan ekologi (Gurr et al tahun 2004, Gurr 2009) boleh membantu untuk memelihara atau memulihkan perkhidmatan ekosistem bagi kawalselia perosak untuk mengurangkan masalah perosak dalam tanaman padi. Oleh itu, pengurangan yang ketara dalam penggunaan racun serangga boleh bergantung kepada program pengawasan serentak yang kukuh bagi tujuan mengurangkan penggunaan racun serangga (Heong dan Escalada 2007, Cohen et al 2008).

Polisi racun perosak dan pengawalseliaan

Pelbagai dasar-dasar dan peraturan-peraturan racun perosak mempengaruhi penggunaan racun perosak dan alternatif amalan pengurusan perosak kepada tanaman padi. Walaupun kebanyakan negara maju seperti Amerika Syarikat mempunyai peraturan-peraturan alam sekitar dan dasar keselamatan makanan yang lebih mendalam daripada negara-negara membangun, kebanyakan negara-negara pengeluar beras mengetatkan peraturan racun perosak mereka secara beransur-ansur pada tahun-tahun kebelakangan ini. Dua puluh tahun yang lalu, ia bukan sesuatu yang luar biasa untuk tidak mempunyai peraturan racun perosak, tanpa mengira tahap ketoksikan. Hari ini, kebanyakan negara-negara (sekurang-kurangnya nominal) mematuhi piawaian antarabangsa bagi keselamatan makanan yang dibangunkan oleh CODEX Alimentarius Commission FAO / WHO. Badan ini adalah sebuah badan antarabangsa yang menetapkan garis panduan mengenai jumlah sisa racun perosak yang dianggap boleh diterima dalam penilaian keselamatan untuk kelulusan racun perosak tertentu.

Kebanyakan negara kini menggunakan klasifikasi WHO bagi tahap bahaya racun perosak dalam menentukan bagaimana untuk mengklasifikasikan dan menyekat bahan kimia tertentu. Produk individu dikelaskan dalam siri jadual, mengikut ketoksikan oral atau sentuhan produk teknikal, dan keadaan fizikal (pepejal atau cecair). Setiap produk jatuh di bawah salah satu daripada empat kumpulan: (Ia) amat berbahaya, (Ib) sangat berbahaya, (II) sederhana berbahaya, dan (III) sedikit berbahaya. Sesetengah negara-negara pengeluar beras utama telah mengharamkan racun perosak Kelas Ia dan Ib pada padi walaupun mereka membenarkan penggunaan yang terhad untuk tujuan lain. Racun perosak seperti monocrotophos, metil-parathion, azinphosmethyl, dan Carbofuran adalah bahan kimia Kelas I yang biasanya digunakan dalam tanaman padi (Heong dan Escalada 1997, Litsinger et al 2009) tetapi sekatan dilihat telah meningkat baru-baru ini. Walau bagaimanapun, banyak bahan kimia ini masih wujud di negara-negara di mana mereka telah diharamkan atau dihadkan penggunaannya, dan ada segelintir petani mencari jalan untuk membawa racun ini ke sawah padi. Walaupun selepas peraturan-peraturan dilaksanakan, ia akan mengambil masa bertahun-tahun untuk penguatkuasaan bagi mengambil tindakan terhadap berjuta-juta peniaga racun perosak dan petani yang mungkin lambat untuk mematuhi peraturan-peraturan ini.

Hampir setiap negara pengeluar beras mempunyai peraturan-peraturan yang mengikut garis panduan antarabangsa dan melibatkan pendaftaran racun perosak hanya selepas ujian lapangan di beberapa tapak dalam tempoh sekurang-kurangnya 2 tahun. Data disediakan pada kimia, keracunan, keberkesanan, dan sisa baki. Walau bagaimanapun, faktor-faktor utama yang terus menyebabkan kesihatan dan isu-isu alam sekitar adalah penggunaan berterusan bahan kimia tidak berdaftar dan penyalahgunaan (Tjornhom et al 1997) semua bahan kimia. Sebagai contoh, Heong et al (1995) mendapati bahawa, di Filipina, lebih daripada 80% daripada semburan racun serangga oleh petani dianggap sebagai penyalahgunaan. Pendidikan racun perosak yang tidak mencukupi adalah sebahagian daripada masalah, tetapi maklumat yang tidak betul yang disediakan oleh peniaga racun perosak tempatan adalah satu isu yang serius. Di samping itu, banyak negara-negara Asia tidak mengawal penggunaan nama-nama perdagangan pelbagai bahan aktif yang sama. Sebagai contoh, di China, bahan aktif yang sama dijual dalam beberapa kes di bawah lebih daripada 500 nama dagangan. Oleh kerana petani membeli racun perosak dengan nama-nama dagangan, mereka sering terkeliru.

Beberapa dasar racun perosak secara langsung dan tidak langsung mempengaruhi pengurusan perosak. Pertama, negara-negara memberi subsidi racun perosak secara langsung untuk menggalakkan penggunaannya. Dasar-dasar tersebut telah dilaksanakan di Filipina, Indonesia, Bangladesh, China, Malaysia dan banyak negara lain, terutamanya dalam tahun 1970-an, 80-an dan sehingga kini. Sebagai contoh, skim Masagana 99 bagi penggunaan racun perosak bersubsidi di Filipina pada tahun 1973-1986 dan Dasar Jaminan Bekalan Makanan 2008-kini di Malaysia. Subsidi racun termasuk bukan sahaja subsidi harga racun perosak tetapi juga perkhidmatan pengembangan oleh pegawai kerajaan dalam mempromosikan penggunaan bahan kimia di beberapa buah negara. Dalam beberapa kes, program kredit disokong kerajaan memerlukan penggunaan racun perosak dengan idea asas bahawa penggunaannya akan mengurangkan risiko tanaman. Juga, ia adalah perkara biasa bagi kerajaan untuk mengekalkan belanjawan kecemasan untuk membeli racun perosak bagi edaran percuma apabila wabak berlaku atau dilaporkan (Farah 1993). Disebabkan oleh jarak masa antara wabak dan dana bantuan tiba, racun perosak sering kali disediakan kepada petani hanya selepas wabak berakhir.

Baca juga Akta Racun Perosak 1974

[bersambung - Dasar kerajaan dalam memperkenalkan IPM]

Serangan bena perang: kerintangan terhadap racun dan gangguan ekosistem

Revolusi Hijau yang bermula lebih setengah abad lalu meningkatkan penggunaan racun kimia dalam pertanian. Secara khususnya, racun perosak digunakan pada padi, terutamanya racun serangga, meningkat dengan penggunaan varieti padi yang tidak mempunyai kerintangan terhadap banyak perosak (haiwan perosak dan patogen). Pakej teknologi disyorkan untuk padi pada 1960-an dan 70-an biasanya termasuk racun serangga, terutamanya organochlorine. Bahan kimia ini bukan sahaja membunuh serangga perosak, tetapi juga pemangsa semulajadi perosak. Pengawalseliaan semulajadi perosak dalam ekosistem padi telah terganggu, mewujudkan persekitaran yang menggalakkan bagi spesis perosak seperti bena perang. Menjelang 1980-an, kerintangan racun serangga menjadi satu masalah yang semakin meningkat, terutama bagi organophosphate dan karbamat yang telah menggantikan organochlorine. Peladang bertindak balas dengan meningkatkan dos atau dengan menggabungkan beberapa bahan kimia yang toksik. Hasilnya, lebih banyak pemangsa semulajadi terbunuh, pembentukan kerintangan racun serangga semakin pantas, dan kesihatan manusia dan alam sekitar terus terancam. Faktor-faktor lain yang mempengaruhi daya tahan ekosistem padi telah dikaitkan dengan langkah-langkah yang diambil untuk meningkatkan keuntungan pengeluaran padi, seperti penanaman sepanjang tahun padi di atas tanah yang sama (mewujudkan keadaan yang baik untuk wabak perosak) dan aplikasi nitrogen yang tinggi kepada padi yang berhasil tinggi (meningkatkan kecenderungan untuk beberapa patogen dan serangga). Masalah serangan bena perang adalah isu yang tidak pernah reda dalam pengeluaran padi di Asia Tenggara. Setiap musim, ada sahaja laporan kerosakan akibat serangan serangga ini. Serangan wabak semakin menjadi-jadi akibat daripada penggunaan racun perosak.

Kerintangan terhadap racun perosak dan gangguan ekosistem

Pembentukan kerintangan racun perosak dari masa ke masa boleh mendorong petani untuk mengaplikasikan bahan kimia dalam jumlah yang lebih besar dan lebih toksik untuk menguruskan wabak perosak. Populasi bena perang di China dan Vietnam, misalnya, telah membangunkan kerintangan lebih daripada 200 kali ganda kepada beberapa racun serangga seperti neonicotinoid (Matsumura et al 2009).

Hubungan di antara penggunaan racun perosak dengan populasi bena perang

Kesan negatif racun serangga terhadap pemangsa semulajadi menyebabkan ketidakseimbangan ekologi yang membawa kepada wabak perosak. Racun serangga yang mempunyai kesan buruk ke atas artropod bukan sasaran seperti lebah, labah-labah, parasitoid, dan fauna akuatik membawa kepada fenomena buruk dalam ekosistem yang dipanggil “catastrophic synchronization” (Waage 1989). Fenomena ini bukan sahaja menyebabkan kematian pemangsa yang tinggi tetapi juga menyebabkan struktur web makanan menjadi tidak teratur, sekali gus menjadikan pemangsa tidak berkesan (Heong dan Schoenly 1998). Sebagai contoh, pada 1980-an, penggunaan racun perosak berlebihan menghancurkan populasi pemangsa bena perang di Indonesia, mengakibatkan wabak yang serius (Dawe 2002). Wabak serupa juga menjejaskan berjuta hektar tanaman padi di China setiap tahun (Cheng 2009).

Wabak bena perang dipengaruhi oleh jumlah, masa, dan jenis racun perosak yang digunakan dengan tujuan membunuh bena perang tetapi turut menghapuskan musuh semulajadi (Heong 1996). Masalah perosak menengah berlaku selepas racun perosak telah digunakan untuk mengawal perosak yang berbeza pada awal musim. Racun perosak berspektrum luas yang sering digunakan adalah sangat toksik kepada lebah, parasitoid dan pemangsa, dan fauna akuatik. Contoh bahan kimia ini adalah chlorpyrifos, cypermethrin, dan abemectin. Kesannya telah menyebabkan wabak bena perang yang telah didokumenkan secara meluas dan dibincangkan (Heong dan Schoenly 1998 dan Cara dan Heong 1994).

Impak kepada kesihatan manusia dan alam sekitar

Masalah kesihatan yang akut dan kronik yang dikaitkan dengan penggunaan racun perosak pada padi telah didokumentasikan (Rola dan Pingali 1993, Pingali et al 1994, Pingali dan Roger 1995, Antle dan Pingali 1994, Dasgupta et al 2006, Devi 2007). IRRI menilai kesihatan dan kos alam sekitar menggunakan racun perosak dalam pengeluaran padi di Filipina dan mendapati ia melebihi manfaat ekonomi (Rola dan Pingali 1993, Pingali dan Roger 1995). Pengguna mengalami masalah kesihatan yang akut dan kronik yang mengurangkan produktiviti pengeluaran padi.

Kebimbangan utama tentang penggunaan racun perosak pada padi adalah penyalahgunaan racun perosak yang berlebihan, dalam erti kata lain, menggunakan racun perosak yang salah pada masa yang salah dalam jumlah yang salah dengan perlindungan yang tidak mencukupi. Kajian klinikal yang dijalankan ke atas petani padi dan sayur-sayuran di Indonesia, Filipina, dan Vietnam mendapati bahawa kebanyakan petani terdedah kepada racun perosak mengalami sekurang-kurangnya satu kesan kesihatan yang negatif (Rola dan Pingali 1993, Antle dan Pingali 1994, Kishi et al 1995, Xuyen et al 1998). Di Bangladesh, 37% daripada petani menggunakan pengurusan perosak konvensional melaporkan masalah kesihatan seperti kerengsaan mata, sakit kepala, pening, muntah, sesak nafas, kesan kulit, dan sawan (Dasgupta et al 2006).

Bahagian badan yang terdedah kepada racun. Sumber : blog Mak Tam

Sawah padi mengandungi pelbagai organisma vertebrata dan invertebrata (Pingali dan Roger 1995). Vertebrata utama termasuk ikan, katak dan tikus, manakala invertebrata termasuk krustasia, mikro-krustasia, serangga akuatik dan larva serangga, siput, cacing, alga, dan bakteria. Golongan miskin di luar bandar bergantung kepada ikan, udang, dan organisma lain dari sawah padi, manakala kitar semula nutrien berlaku di tanah padi melalui interaksi antara mikro dan makro-organisma (Pingali dan Roger 1995). Oleh itu, organisma ini mesti berada dalam keseimbangan untuk mengekalkan pemakanan manusia dan kesuburan tanah. Penggunaan racun perosak mempunyai banyak kesan dalam rantaian makanan yang dikaitkan dengan pengeluaran padi, termasuk kesan ke atas beberapa spesis, komposisi relatif spesis, dan pengumpulan sisa baki dalam populasi yang masih hidup.

Pingali dan Roger (1995) memperincikan kesan-kesan racun perosak terhadap manusia dan alam sekitar. Berikut adalah ringkasan kesan racun perosak, berdasarkan keputusan mereka:

• bilangan vertebrat akuatik merosot dengan penggunaan racun perosak;
• sisa-sisa racun perosak dalam populasi vertebrata yang hidup cenderung menjadi rendah;
• populasi invertebrat mengalami kesan yang agak kecil disebabkan oleh pengurangan dalam populasi pemangsa seperti ikan dan katak;
• penurunan populasi cacing, yang mengurangkan makanan ikan dan pengudaraan tanah;
• ledakan alga berlaku tetapi kemudian merosot;
• kesan jangka panjang yang memudaratkan ke atas populasi mikrob adalah sedikit, dan
• keseimbangan pemangsa terganggu, yang membawa kepada kebangkitan perosak dan pembangunan masalah perosak menengah.

Kesan racun serangga pada populasi Artropod padi telah dikaji oleh Cohen et al (1994), Schoenly et al (1995), dan Heong dan Schoenly (1998). Kesan racun serangga telah ditunjukkan untuk diterjemahkan ke dalam kos ekologi dalam bentuk;

• pengurangan rantaian makanan panjang daripada kira-kira 3 hingga 2, menjadikan ladang yang disembur racun perosak lebih terdedah kepada kehadiran semula perosak;
• hubungan musuh perosak semulajadi dan struktur web makanan secara keseluruhan menjadi tidak teratur; dan
• artropod r-strategist, seperti bena perang, menjadi-jadi. Apabila tekanan racun serangga menurun, biodiversiti musuh semulajadi meningkat dua kali ganda dan populasi perosak menurun (Heong et al 2007).

Racun imidacloprid membahayakan lebah pada tahap yang tidak boleh diterima

Racun imidacloprid yang menyerang saraf serangga menyebabkan kematian pada lebah menurut Pihak Berkuasa Keselamatan Makanan Eropah

Racun serangga yang paling banyak digunakan di dunia buat pertama kalinya dilabel sebagai "membahayakan pada tahap yang tidak boleh diterima" kepada lebah madu. Menurut Pihak Berkuasa Keselamatan Makanan Eropah, racun imidacloprid bertindak secara menyerang saraf serangga menyebabkan kematian kepada lebah madu. Laporan terbaharu ini mengesahkan beberapa siri kajian besar berkenaan ketoksidan imidacloprid pada populasi lebah yang telah dijalankan sejak Mac 2012. Ketoksikan imidacloprid kepada lebah mengakibatkan Gangguan Keruntuhan Koloni yang terjadi kerana lebah mati, tidak membiak dan meninggalkan sarang.

Bayer, syarikat kimia pertanian yang menghasilkan imidacloprid, mendakwa laporan yang dikeluarkan pada 16 Januari 2013 (Rabu) itu sebagai tidak berasas kerana tidak mengubah penilaian risiko dan memberi amaran bahawa "data itu ditafsir secara berlebihan terhadap prinsip berjaga-jaga (precaution)."

Laporan ini tiba sebulan lewat, selepas United Kingdom menolak pengharaman imidacloprid disebabkan kekurangan bukti yang menyatakan racun ini menyebabkan kematian lebah.

Lebah dan pendebunga lain adalah kritikal kepada satu pertiga daripada pengeluaran makanan, tetapi dua kajian utama pada Mac 2012, telah mengaitkan racun perosak neonicotinoid dengan penurunan dalam populasi serangga, di samping kehilangan habitat dan penyakit. Pada April 2012, suruhanjaya Eropah menuntut pemeriksaan semula risiko yang ditimbulkan oleh bahan kimia, termasuk imidacloprid yang dikeluarkan oleh Bayer dan dua yang lain.

Saintis daripada Pihak Berkuasa Keselamatan Makanan Eropah (EFSA), bersama-sama dengan pakar-pakar dari seluruh Eropah, membuat kesimpulan pada Rabu lalu bahawa penggunaan imidacloprid "hanya untuk tanaman yang tidak menarik kepada lebah madu telah dianggap boleh diterima." Ini bermakna penggunaan imidacloprid pada tanaman yang tidak menghasilkan debunga dan nektar dibolehkan kerana pendedahan racun ini melalui nektar dan debunga mengancam lebah. Tanaman yang menarik lebah madu termasuk seed rape, jagung dan bunga matahari. EFSA telah diminta untuk mempertimbangkan kesan akut dan kronik pada larva lebah, kelakuan lebah dan koloni secara keseluruhannya, dan risiko yang ditimbulkan oleh dos sub-maut. Tetapi mereka mendapati kekurangan maklumat meluas dalam banyak bidang dan telah dinyatakan sebelum ini bahawa peraturan-peraturan semasa terlalu "simplistik" dan mengandungi banyak "kelemahan utama."

"Ini adalah satu titik perubahan utama dalam pertempuran itu untuk menyelamatkan lebah kami," kata Pendleton Andrew daripada Friends For Earth. "EFSA telah menghebahkan tanda buruk kematian bagi salah satu daripada bahan kimia yang paling kerap dikaitkan kepada penurunan populasi lebah dan membuang keraguan yang serius terhadap keselamatan racun daripada keluarga neonicotinoid secara keseluruhan. Menteri mesti bangun dan mengharamkan penggunaan bahan kimia ini."

Prof David Goulson, di Universiti Stirling dan yang mengetuai salah satu kajian utama yang dijalankan pada tahun 2012, berkata; "Ia amat menyenangkan bahawa EFSA kini mengakui terdapat risiko alam sekitar yang ketara yang dikaitkan dengan bahan kimia. Ia menimbulkan persoalan apa yang berlaku apabila bahan kimia ini mula-mula diluluskan dahulu. Silent Spring tulisan Rachel Carson adalah 50 tahun yang lalu tetapi kita tidak belajar apa-apa pengajaran."

Walau bagaimanapun, Julian Little daripada Bayer memberitahu akhbar Guardian: "Kami tidak percaya yang laporan terbaharu EFSA mengubah kualiti dan kesahihan [sedia ada] risiko penilaian dan kajian asas. [Tetapi] syarikat kami bersedia untuk bekerja dengan suruhanjaya Eropah dan masyarakat untuk menangani jurang data yang dilihat. Kami percaya ia adalah sangat penting bahawa apa-apa keputusan politik yang berhubung dengan pendaftaran produk mengandungi neonicotinoid harus berdasarkan bukti-bukti yang jelas dan saintifik berkenaan kesan buruk racun ini... dan bukan atas dasar tafsiran berlebihan terhadap prinsip berjaga-jaga."

Industri kimia membiayai satu laporan yang disiarkan pada Selasa lalu mendakwa bahawa pengharaman neonicotinoid akan mengakibatkan kerugian kepada petani sebanyak £620 juta kerana pengeluaran makanan merosot. Tetapi Goulson berkata laporan itu tidak mempunyai bukti yang serius.

Seorang jurucakap bagi Jabatan Alam Sekitar, Makanan dan Hal Ehwal Luar Bandar UK berkata: "Kajian ini akan diperiksa oleh Jawatankuasa Penasihat Bebas Racun Perosak dan nasihat mereka akan dipertimbangkan oleh menteri. Jika mereka menyimpulkan bahawa sekatan ke atas penggunaan neonicotinoid adalah perlu, mereka akan melakukan tindakan tersebut." Jurucakap itu berkata hasil kajian baharu di lapangan dijangka tidak dapat dielakkan.

EFSA menyimpulkan bahawa satu lagi neonicotinoid, iaitu thiamethoxam, mempunyai "risiko akut" kepada lebah melalui titisan sap manis yang dikeluarkan oleh anak benih jagung. Tetapi Mike Bushell, daripada Syngenta, pengilang thiamethoxam, berkata: "EFSA telah memberi tumpuan kepada terlalu banyak berkenaan teori risiko kepada lebah, mengabaikan pemantauan bebas yang dijalankan selama bertahun-tahun menunjukkan risiko yang dikenal pasti sedang diuruskan melalui amalan pengawasan yang mapan." Beliau berkata tafsiran Syngenta terhadap kajian itu adalah "tiada bukti langsung" kesan thiamethoxan terhadap koloni lebah daripada titisan sap.

Kesan neonicotinoid pada pendebunga sedang disiasat oleh Parlimen UK dan jurucakap Bayer, Little, dipanggil semula untuk menjelaskan "percanggahan" dalam keterangan beliau. "Siasatan kami telah mengenal pasti kelemahan ketara dalam penilaian imidacloprid," kata Joan Walley, seorang Ahli Parlimen, yang juga pengerusi jawatankuasa audit alam sekitar. "Walaupun data dari ujian ladang menunjukkan racun makhluk perosak boleh berlegar dalam persekitaran di tahap yang berbahaya, imidacloprid telah diluluskan untuk kegunaan di EU. Kami telah meminta gergasi kimia Bayer untuk kembali ke Parlimen bagi menjelaskan percanggahan dalam keterangan jumlah masa (sisa baki) imidacloprid kekal dalam alam sekitar."

Walley menambah: "Bukti yang dilihat oleh jawatankuasa menimbulkan persoalan serius mengenai integriti, ketelusan dan keberkesanan peraturan racun perosak EU." EFSA adalah bertanggungjawab untuk menyediakan penilaian pakar mengenai risiko keselamatan, manakala kerajaan kebangsaan dan pesuruhjaya Eropah bertanggungjawab untuk mengambil tindakan. Pengharaman beberapa kegunaan neonicotinoid telah pun dilaksanakan di Perancis, Jerman, Itali dan Slovenia, tetapi tidak, sehingga kini, di UK.

Bukti yang dikemukakan kepada siasatan Walley menyebutkan satu senarai panjang kegagalan dalam peraturan-peraturan semasa. Mereka hanya memasukkan kesan kepada lebah yang dianggap sebagai pendebunga penting, walaupun 90% pendebungaan dilakukan oleh spesis yang berbeza, seperti tebuan, penyengat, rama-rama, dan lain-lain. Satu lagi ialah ujian yang diperlukan adalah terlalu singkat untuk mengesan kesan kronik atau sub maut pada satu-satu kawasan yang disembur racun perosak, bukannya bahan kimia sistemik seperti neonicotinoid yang digunakan untuk merawat benih.

Malah Kesatuan Peladang Kebangsaan berpendapat bahawa tidak ada keperluan untuk perubahan pendekatan bagi neonicotinoid, menurut Ahli Parlimen: "Kita semua sedia maklum sistem penilaian risiko racun perosak semasa untuk lebah tidak dibangunkan untuk menilai racun serangga sistemik."

Penasihat hortikultur kesatuan itu, Chris Hartfield, bertindak balas kepada laporan EFSA, berkata: "Sebarang keputusan untuk menukar proses kawalselia, yang seterusnya membawa kepada perubahan penggunaan racun perosak, akan mempunyai impak. Adalah penting untuk kita benar-benar memahami semua kesan sebelum mengambil tindakan."

Genetically Monetized Food

If the food movement really wants to improve the food supply, it needs to follow the money instead of wasting its time on labels.

By Frederick Kaufman

Transgenic soy plants

Over the past several years I have spent a great deal of time in high-security, limited-access genetic modification laboratories. While researching my latest book, I peered at glow-in-the-dark grapes (their seeds spiked with jellyfish genes), inspected attempts to create square tomatoes (a yet-to-be-decoded DNA sequence may dictate the shape of all fruit), and marveled at rice plants engineered to be immune to Asia’s deadliest rice blight. None of the GMO cornucopia I ogled is commercially available—yet. But even if these laboratory specimens never make it to the shelves, about 70 percent of processed foods in U.S. supermarkets already contain genetically modified ingredients.

Should you be concerned about the healthfulness of such foods? This question monopolized a good deal of the recent diatribes deployed in the lead-up to last month’s vote on California’s Proposition 37, which would have mandated labeling on GM foods.

But this is the wrong question.

Here’s why: GM foods’ effect on health is uncertain, but their effect on farmers, scientists, and the marketplace is clear. Some GM foods may be healthy, others not; every genetic modification is different. But every GM food becomes dangerous—not to health, but to society—when it can be patented. Right now, the driving force behind the development of new genetic crop modifications is the fact that they possess the potential to be enormously profitable, and the source of those potential profits is a seemingly innocuous bit of legal code:

Whoever invents or discovers any new and useful process, machine, manufacture, or composition of matter, or any new and useful improvement thereof, may obtain a patent therefor.

That’s the gist of early American patent law (originally with the word art in place of the word process)—and the reason why molecular biologists are spiking grapes with jellyfish genes and pulling all-nighters in pursuit of the square tomato. Originally, patent law applied only to nonedible inventions, but since the Plant Patent Act of 1930 was passed, genetically altered food has been subject to intellectual property protection, and the creation of new foods has become a reliable way to ensure profit streams for whoever patented them first. In 1930, genetically modified food meant apples grafted from one tree onto another, but 40 years later the statute was extended beyond the fruits of grafted saplings to plants that grow from seeds, like corn. “Utility patent” protection came later, in 1985, and expanded intellectual property rights to methods of engineering a plant, including genetic sequences inserted into a species’s genome.

The impact of these laws has been enormous. In essence, plant patent laws created the industrial food system that the modern food movement rightly decries.

Monsanto, the most reviled agricultural corporation in the world, has committed manifold ethical sins that have been widely reported in foodie media. What isn’t widely reported is that plant patent laws are the legal framework that enables these sins. It was utility patent protection that opened the door for Monsanto’s present-day global seed and insecticide portfolio, including rights to its infamous “terminator” or “suicide seed” technology (which effectively sterilizes second-generation plants and makes it not only futile but a legal violation for farmers to gather seeds for next year’s crop). Monsanto has prosecuted farmers who discover GM corn or soy sprouts growing on their land after the wind carries seeds over from neighbors’ GM fields. The basis for such ridiculous lawsuits? Plant patent laws: These farmers are inadvertently violating Monsanto’s intellectual property rights. Worst of all, Monsanto has deviously developed an insecticide technology (specifically, a weed-killer known as “Roundup,” discovered and patented by a Monsanto chemist in 1970) that works best when applied to the corporation’s patented GM seeds. Patent laws, in essence, have allowed the corporation to establish a vertical monopoly—if you want Monsanto’s high-yielding Roundup Ready seeds, you’ll need Monsanto’s Roundup insecticide; and if you buy Roundup insecticide, you’ll need Roundup Ready seeds. (Since large-scale corn and soybean farmers want the highest yields they can get, they tend to go ahead and buy both.)

The sum total effect of these actions on the global food system has been overwhelmingly negative.

Take the case of Dr. Pamela Ronald, a professor of plant genomics at UC-Davis. Like many scientists, Dr. Ronald’s primary motivation is not profit, but insight into the workings of nature. After seeking to decode the rice genome for a decade, Ronald and her team came up with a genetically altered version that resists Xanthomonas, Asia’s worst rice blight. What better, more socially beneficial use for genetic modification could there be? Ronald and UC-Davis filed the gene with the U.S. Patent and Trademark Office, so that the genetic sequences for Xanthomonas immunity would become their intellectual property, and soon after that filing, Monsanto and Pioneer asked to license the gene.

But as the UC-Davis Office of Technology Transfer negotiated terms of the deal, Monsanto and Pioneer lost interest, and the commercial development of Ronald’s rice stalled. Disease resistance, it turned out, did not possess the same attractions for multinational food producers as it did for Dr. Ronald and UC-Davis, perhaps because the potential profits of blight-resistant rice couldn’t compare to those of Roundup Ready corn. Pamela Ronald’s rice held the promise of saving lives in Asia—but because of legal wrangling her grains remained in the greenhouse.

Eventually, Dr. Ronald effected her own patent protest by making the genetic information she discovered freely available to developing countries. And Ronald’s attitude toward the legal framework surrounding crop genetics is not atypical among scientists. Many of the molecular biologists I’ve interviewed over the last several years say that food patent laws stand in the way of their research, as molecular innovations become the intellectual property of the company or university that owns the lab that created it. The right to own your innovation sounds like a great thing—except for the fact that the overall effect stifles large-scale collaborative work, which has often been the foundation of scientific advancement. In fact, scientists interested in a freer exchange of ideas might be allies of the food movement in this battle against Monsanto and Big Ag, and rally behind reform of plant patent laws—if foodies took a step back from campaigning to label GM foods and looked at the big picture.

Intellectual property laws need to be rethought. A copyrighted movie or book remains the same movie or book, but when food becomes a legal construct or an intellectual property right, it stops being food. Of course, you can eat patented popcorn the same way you can consume its unpatented cousin. But unlike an iPhone or a flatscreen TV, everyone needs food, and we need it every day. The world’s largest purveyors of industrial agriculture would like to convince the rest of us that the global food market is as free as the market for any other widget—even though no one can opt out of purchasing breakfast, lunch, or dinner for any extended period of time, or in any meaningful way. Since everyone must participate in the food market to the tune of 2,700 or so calories a day, food property rights allow those who hold food patents a guaranteed portion of profits from a guaranteed purchase, which is fundamentally unfair. Why should Big Ag possess privileges beyond any other sort of business on earth? The rules that govern patents for electronics and entertainment should not be the same rules that govern the most vital element of human life.

More than eight decades’ worth of plant patent protection has formed one of the agricultural industry’s strongest bulwarks—and that’s why patent laws are exactly what the food movement should be targeting. The most direct and efficient way to undermine the food industrialist monopoly of the molecular seed business is to reform these laws (particularly the utility patent law of 1985), and make food property rights less exclusive, less lucrative, and less enduring.

If the goal of the American food movement is to offer an alternative to Big Food, if the goal is to foster small farmers worldwide, to develop better connections between rural and urban environments, and to support sustainable farming techniques—then labeling GM foods, as California’s Proposition 37 would have done, will not come anywhere close to doing the job. In order to overhaul the food system, the food movement must think strategically. To the Monsantos of the world, food has become a source of wild profit and a legal construct to be defended at all costs in court. That means the time has come for the food movement to take on patent laws. Instead of tilting at the windmill of food labels, food nonprofits should hire a fleet of I.P. lawyers and send them to Washington to demand reform of the Plant Patent Act. When there’s less profit in genetic modification, things will get better for consumers, farmers, and scientists—pretty much everyone except corporate executives.

Diversiti bakteria pengikat nitrogen endofitik daripada pokok buluh

Entri sebelum ini menceritakan perihal kulat yang didapati daripada daun buluh yang mereput melalui satu kajian. Kali ini, di China (wilayah Guangdong), di Kolej Pertanian, Universiti Selatan China. Sekumpulan penyelidik daripada Makmal Pembiakbakaan Tumbuhan universiti berkenaan membuat kajian berkenaan diversiti mikrob endofitik (mikrob yang menjalankan hubungan simbiotik dengan perumah) yang didapati dari pokok buluh duri (Bambusa blumeana) yang terdapat banyak di negara Asia tropika. Gambar kiri: Buluh duri (kredit: NHE Rabbitry)

Bakteria endofitik seperti Acetobacter, Azoarcus dan Herbaspirillum, yang biasa terdapat daripada tumbuhan graminaceous, menduduki tisu tumbuhan dan mampu mengikat sejumlah nitrogen bagi keperluan tumbuhan tersebut (James and Olivares, 1998; Reinhold-Hurek and Hurek, 1998). Bakteria pengikat nitrogen juga dikenali sebagai diazotroph. Berdasarkan kajian ini, pelbagai spesis bakteria endofitik dijangka boleh dijumpai daripada pokok buluh dan menjadi sumber bio mikroorganisma yang menggalakkan pertumbuhan tanaman. Kajian yang dijalankan di China ini bertujuan mencari bakteria endofitik pengikat nitrogen dan membuktikan diversiti bakteria endofitik ini hidup dalam pokok buluh.

Akar, batang dan daun buluh duri dikutip yang kemudiaannya dibersihkan. Sampel-sampel ini kemudian dibuat ujian Polymerase Chain Reaction (PCR) dan Sodium Dodecyl Sulphate–Polyacrylamide Gel Electrophoresis (SDS-PAGE).

Ujian aktiviti nitrogenase

Berdasarkan pertumbuhan bakteria pada media bebas N, bilangan diazotroph yang paling hampir dalam tisu segar buluh berada dalam lingkungan 4.5x10⁴ dan 6.6x10⁶ sel/g. Dengan menggunakan kaedah acetylene reduction assay (ARA), 40 strain dikenalpasti sebagai diazotroph. Jadual 1 menunjukkan aktiviti nitrogenase daripada 40 pencilan yang dianggarkan melebihi 500 nmol/ml per jam (h), yang mana nilainya lebih tinggi daripada yang dilaporkan sebelum ini (Hafeez dan Malik, 2000). Strain z7 merekodkan 3790 nmol/ml per h, yang mempunyai aktiviti nitrogenase tertinggi. Kebanyakan bakteria pengikat nitrogen endofitik (32 strain) tertumpu di bahagian akar. Hanya 4 strain dijumpai di bahagian daun dan batang.

Jadual 1: Aktiviti nitrogenase pencilan daripada pokok buluh

Pencilan diazotroph diletakkan dalam lima kluster (I, II, III, IV and V) melalui proses kaedah SDS-PAGE (elektroforisis) jujukan protein. Analisis kepada jujukan 16 rDNA yang mewakili setiap strain menunjukkan kehadiran diversiti bakteria pengikat nitrogen (Jadual 2) yang banyak daripada genera Azospirillum (subkelas-α proteobacteria), Escherichia dan Pseudomonas (subkelas-ɣ proteobacteria), dan Aquaspirillum (subkelas-β proteobacteria). Ternyata buluh ini mempunyai diversiti bakteria pengikat nitrogen yang besar.

Jadual 2: Spesis-spesis bakteria pengikat nitrogen yang paling hampir yang terdapat pada pokok buluh

Ciri-ciri fisiologi diazotroph endofitik dan sifat-sifat biologi buluh menjelaskan mengapa kebanyakan bakteria endofitik pengikat nitrogen telah diasingkan daripada akar Bambusa blumeana. Diazotroph endofitik boleh membekalkan nitrogen dan metabolit sekunder kepada tumbuhan perumah. Tumbuhan perumah juga mengeluarkan metabolit berguna kepada bakteria dalam tanah melalui akar. Hubungan simbiotik (endofitik) ini menyuburkan pokok buluh dan menggalakkan pertumbuhan tunas baharu buluh. Akar pokok buluh menyediakan tempat yang sesuai bagi bateria ini berkembang dan membiak. Tekanan rendah oksigen pada akar berbanding dalam batang dan daun buluh memberi kesan positif dalam mempengaruhi kehidupan mikroorganisma pengikat nitrogen (Gu dan Wu, 1999; Lauren et al, 2003).

Sumber: Journal of Agricultural Biotechnology 2007

Aktiviti enzim kulat daripada daun buluh reput

Kajian awal membuktikan kulat lebih aktif berbanding bakteria ketika peringkat mula pereputan. Kulat bertindak sebagai peringkat trofik pertengahan di antara daun yang gugur dan invertebrat pemakan daun (Barlocher, 1985; 1992; Suberkropp, 1992). Biojisim kulat, sporulasi, aktiviti enzim dan struktur komuniti semuanya dipengaruhi oleh komposisi daun dan oleh faktor persekitaran seperti suhu air dan kimia, yang sering berubah-ubah sepanjang tempoh pereputan daun (Suberkropp dan Chauvet, 1995; Sridhar dan Barlocher, 1997). Kebanyakan biojisim kulat pada daun reput terdiri hyphae vegetatif (tidak produktif) yang tidak boleh dikenal pasti melalui mikroskop konvensional (Nikolcheva et al, 2003). Kebanyakan kulat yang membantu pereputan daun buluh bersifat akuatik; daripada phylum Ascomycota dan Basidiomycota (Webster, 1992, Alexopoulos et al, 1996,). Mereka terdiri daripada kulat yang menghasilkan konidia eksklusif dalam persekitaran akuatik atau di dalam air yang terperangkap dalam ruang zarah tanah. Habitat pilihan mereka adalah aliran air yang bersih, mempunyai pengudaraan yang baik dan tahap pencemaran yang rendah.

Satu kajian dijalankan di Nigerian Institute for Oceanography and Marine Research, Victoria Island, Lagos bagi mengenalpasti kehadiran kulat dalam daun buluh yang reput. Sebanyak 40 pencilan (isolates) kulat telah diperolehi, dan telah dikenal pasti sebagai Aspergillus, Fusarium, Mucor, Rhizopus, Trichoderma dan beberapa genus yang tidak dikenali. Pencilan kulat dianalisa bagi mengesan kehadiran selulase dan aktiviti lignase. Semua 13 pencilan yang digunakan (yang mewakili semua kulat yang diperolehi) menunjukkan kehadiran selulase, lignin peroxidase dan manganase peroxidase.

13 kulat (Aspergillus flavus, Trichoderma viride, Trichoderma sp, Rhizopus stolonifer, Aspergillus niger, Trichoderma viride, kulat tidak dikenalpasti 3, Fusarium sp, Aspergillus sp, kulat tidak dikenalpasti 2, Mucor sp, kulat tidak dikenalpasti 1, dan Trichoderma sp yang berlainan diasingkan telah digunakan untuk analisis bagi menentukan aktiviti enzim.

Aktiviti cellulase dan lignase

Aktiviti cellulase pencilan kulat per minit yang berbeza ditunjukkan dalam Rajah 1. Kulat yang tidak dikenalpasti 2 (D2) mempunyai aktiviti cellulase tertinggi manakala kulat Aspergillus niger (C7) mempunyai aktiviti cellulase terendah. Aktiviti lignin peroxidase dan manganese peroxidase pencilan kulat per minit adalah seperti yang ditunjukkan dalam Jadual 1 dan 2. Rhizopus stolonifer (B17) mempunyai aktiviti lignin peroxidase tertinggi manakala Trichoderma viride (C5) mempunyai aktiviti terendah. Aspergillus sp (B10), mempunyai aktiviti manganese peroxidase tertinggi manakala Mucor sp (B13) mempunyai aktiviti terendah.

Jadual 1: Aktiviti lignin peroxidase kulat yang diasingkan

Rajah 1: Aktiviti cellulase beberapa jenis kulat yang diasingkan daripada daun buluh reput

Jadual 2: Aktiviti manganase peroxidase beberapa jenis kulat yang diasingkan daripada daun buluh reput

Schoenlein-Crusius et al. (1990) juga telah melaporkan kulat Mucor sp., Rhizopus sp., Fusarium sp, dan Trichoderma sp. yang diasingkan daripada daun reput di dalam air. Kulat-kulat ini dapat mengkoloni daun, mungkin disebabkan sifat saprophytic mereka dan sistem enzim yang cekap untuk menguraikan komponen daun buluh yang kuat yang terdiri terutamanya daripada lignin, selulosa dan hemiselulosa (Tomalang et al., 1980). Sesetengah kulat sukar dikenalpasti kerana tidak mempunyai spora seperti mana kajian Nikolcheva et al. (2003) mendapati banyak kulat yang wujud pada daun buluh yang reput mempunyai mycelia yang tidak dapat dikenalpasti melalui mikroskop biasa. Pengeluaran enzim selulase dan lignase oleh kulat yang telah dikenalpasti dan tidak dikenalpasti membawa kepada penguraian daun buluh dengan produk akhir gula ringkas. Ini adalah sangat penting dalam memudahkan aliran tenaga dan kitaran nutrien. Aktiviti penguraian unsur mangan yang dilakukan oleh kulat-kulat ini melalui manganase peroxidase dapat membantu tumbuhan menyerap unsur mangan dengan lebih mudah.

Nota: dalam entri sebelum ini - Peranan Trichoderma kepada tanaman padi ada dinyatakan berkenaan peranan kulat ini dalam mengurai dan melarutkan unsur mangan (Mn) melalui proses manganase peroxidase. Kulat ini juga menghasilkan enzim bagi mengurai substrat kompleks seperti lignin, sellulase dan hemiselulosa yang membantu dalam pereputan daun buluh dan jerami padi.

Peranan Trichoderma kepada tanaman padi

Trichoderma adalah kulat yang sentiasa hadir secara semulajadi di dalam tanah dan antara mikroorganisma saphrophtic yang paling biasa yang boleh diasingkan. Trichoderma terkenal sebagai "penjajah" (pengkoloni) awal sistem akar dan terus menggalakkan pertumbuhan tumbuhan dengan meningkatkan aktiviti mikrob berfaedah dalam rhizosphere, yang merupakan "zon sengit" aktiviti mikrob yang dirangsang sekitar akar.

Pada masa ini banyak spesies individu Trichoderma digunakan secara meluas dalam program bio-pembesaran untuk pelbagai tanaman sebagai ejen penggalak pertumbuhan dengan menambah organisma ini yang dengan cepat menduduki kawasan ekologi pada sistem akar dan meningkatkan jisim akar dan kesihatan tanaman untuk kesan jangka panjang. Dalam kajian beberapa universiti yang pernah diterbitkan, pengkolonian akar oleh Trichoderma telah meningkatkan pertumbuhan akar dan pucuk jagung sebanyak 66%. Pertumbuhan akar yang ketara oleh pengkolonian Trichoderma dikaitkan dengan ketahanan fisiologi tanaman untuk menghadapi tekanan yang menghalang pertumbuhannya. Hasil kajian mendapati Trichoderma membalikkan pengoksidaan yang memudaratkan membran lipid dan protein dengan bertindak sebagai antioksidan.

Pertumbuhan yang diransang oleh Trichoderma adalah agak kompleks dan dilaksanakan melalui pelbagai interaksi dengan beberapa faktor biokimia daripada pengeluaran enzim dan sebatian bermanfaat, termasuk:

• Memproses nutrien penting tak organik dan organik untuk tumbuhan seperti nitrogen, fosforus, kalsium, kuprum, molibdenum, magnesium, zink dan besi supaya mudah diserap oleh akar tumbuhan dan dibawa ke dalam sistem tumbuhan,
• Membantu mengimbangi penyerapan air,
• Mengurai dan memindahkan nutrien organik untuk kesuburan tanah,
• Persaingan dengan organisma patogen (yang merbahaya) untuk air dan nutrien,
• Bioremediasi bahan kimia toksik organik seperti hidrokarbon, racun kulat dan racun perosak.

Trichoderma juga dikenali di seluruh dunia sebagai ejen penghalang penyakit tanaman. Bagi tanaman padi, kulat ini mampu menghalang penyebaran penyakit bawaan kulat seperti Rhizoctonia solani dan Fusarium maniliforme.

Satu kajian menunjukkan Trichoderma mampu menjadikan tanaman padi lebih bertahan kepada kemarau. Ini kerana Trichoderma meransang pengeluaran akar yang lebih panjang kepada padi untuk mencari air.

Rajah 1. Kesan kemarau dan pengkolonian Trichoderma kepada pertumbuhan anak benih padi. Anak benih ditanam di dalam pasu plastik dalam persekitaran yang terkawal di bawah keadaan rumah kaca. Anak benih dikoloni oleh Trichoderma harzianum diasingkan dengan kod Th 56, Th 69, Th 75, Th 82 dan Th 89 dan C adalah Control (Kawalan). Selepas pemindahan pada 21 hari, benih disiram setiap hari selama 42 hari dalam pasu plastik. Selepas 42 hari pertumbuhan, air dihentikan selama 3 hingga 9 hari (rawatan kemarau), manakala benih kawalan terus disiram secara berkala. (A) 1 hari sebelum tekanan kemarau (B) 3 hari tekanan kemarau (C) 5 hari tekanan kemarau (D) 7 hari tekanan kemarau (E) 9 hari tekanan kemarau. (Govind Ballabh Pant University of Agriculture & Technology, Pantnagar, Uttarakhand, India).

Satu faktor yang baharu dicadangkan lebih khusus menyumbang kepada peningkatan pertumbuhan tanaman menunjukkan Trichoderma mempunyai keupayaan untuk melarutkan mangan yang terkandung dalam MnO₂. Mangan merupakan unsur mikro yang diperlukan untuk beberapa fungsi fisiologi tumbuhan termasuk fotosintesis dan dipercayai memainkan peranan utama dalam pertumbuhan dan ketahanan melawan penyakit. Tumbuhan sahaja boleh mengambil dalam bentuk kimia yang dikurangkan (Mn⁺²) manakala bentuk teroksida (Mn⁺⁴), ditemui dalam baja, yang pada asasnya adalah tidak larut. Pelarutan Mn⁺⁴ oleh Trichoderma telah ditunjukkan tanpa kaitan dengan perubahan pH dan tidak memerlukan pengurangan kepada Mn⁺².

Trichoderma juga cekap dalam pengeluaran enzim selulase. Dalam kebanyakan kes, Trichoderma digunakan dalam proses pembuatan komersial untuk sellulase. Trichoderma mampu mengeluarkan enzim bagi mengurai substrat kompleks lain termasuk hemiselulosa dan kitin, menjadikan Trichoderma sangat berguna dalam meningkatkan kadar penguraian sisa tanaman. Trichoderma merupakan salah satu kulat yang mampu mereputkan daun buluh (selain Aspergillus dan Rhizopus) dan digunakan di seluruh dunia untuk pereputan dan penguraian jerami padi.

Kepentingan Biodiversiti Kepada Pertanian

Biodiversiti membawa kepada produktiviti yang tinggi

Ekosistem yang mengandungi beberapa spesies adalah lebih produktif daripada spesies individu tunggal. Data daripada lebih 400 eksperimen yang diterbitkan, pasukan penyelidikan antarabangsa telah menemui bukti kukuh bahawa biodiversiti dalam alam tumbuhan adalah sangat berkesan dalam asimilasi nutrien dan tenaga solar, yang menghasilkan pengeluaran biojisim.

"Komuniti tumbuhan adalah seperti pasukan bola sepak. Untuk memenangi kejohanan, anda perlukan bintang penyerang yang boleh menjaringkan gol, tetapi anda juga perlu sokongan daripada pemain yang boleh menghantar bola, mempertahankan dan memastikan gol. Pemain bintang dan pemain sokongan bersama-sama menjadi satu pasukan yang sangat berkesan," kata Lars Gamfeldt dari Jabatan Ekologi Marin di Universiti Gothenburg.

Gamfeldt adalah sebahagian daripada pasukan penyelidikan antarabangsa yang diketuai oleh Cardinale Brad (Universiti Michigan, USA), yang dalam isu khas jurnal saintifik American Journal of Botany (Jurnal Botani Amerika) ke atas biodiversiti, membentangkan kajian mengenai kepentingan biodiversiti tumbuhan dan alga, yang membentuk asas rantaian makanan. Pasukan penyelidikan berdasarkan kajian pada soalan yang sama adakah ekosistem boleh mengekalkan fungsi penting seperti pengeluaran biojisim dan penukaran nutrien apabila biodiversiti musnah dan kita kehilangan spesis penting. Dalam usaha mereka untuk mendapatkan jawapan mereka telah mengkaji beratus-ratus kajian yang diterbitkan pada daripada alga unisel hingga ke pokok-pokok. Menggunakan data daripada lebih 400 eksperimen yang sudah diterbitkan, penyelidik mendapat bukti kukuh bahawa semakin kurang spesis di dalam sesuatu ekosistem, kuantiti biojisim tumbuhan juga akan berkurangan.

Terdapat dua penjelasan utama mengapa komuniti spesis tumbuhan yang kaya mungkin lebih berkesan dan produktif. Salah satunya ialah komuniti ini mempunyai kebarangkalian yang lebih tinggi untuk mengandungi "super-spesis," iaitu spesis yang sangat produktif dan berkesan dalam mengawal selia proses ekologikal. Satu lagi sebab spesies yang berbeza sering mempunyai ciri-ciri yang melengkapi antara satu sama lain. "Pembahagian buruh" di kalangan spesis tumbuhan yang berbeza dalam alam semulajadi menjadikannya komuniti yang kaya dengan spesis untuk menjadi lebih produktif. Para penyelidik juga mengambil perhatian hasil daripada perubahan iklim dan kesan aktiviti manusia menyebabkan kita kini kehilangan spesis pada kadar yang pesat. Ini bermakna kita perlu memberi keutamaan kepada apa yang kita mahu untuk melindungi dan memelihara biodiversiti, dalam usaha untuk mengekalkan perkhidmatan yang manusia perlukan.

"Hampir setiap organisma di planet ini bergantung kepada tumbuh-tumbuhan untuk kelangsungan hidup mereka. Jika kepupusan spesis mengganggu proses di mana tumbuh-tumbuhan hidup, maka ia menjejaskan salah satu ciri-ciri utama yang diperlukan untuk mengekalkan kehidupan di Bumi," komen Cardinale Brad seorang pengarang. Gamfeldt bergabung dengan Jabatan Ekologi Marin di University of Gothenburg dan Jabatan Ekologi di Universiti Sains Pertanian Sweden.

Kepelbagaian (diversiti) tumbuhan kunci kepada mengekalkan tanaman yang produktif

Tumbuhan seperti di dalam hutan dalam jangka masa panjang lebih produktif kerana kehadiran banyak spesis di dalamnya. Kajian jangka panjang biodiversiti tumbuhan mendapati bahawa spesies masing-masing memainkan peranan dalam mengekalkan ekosistem yang produktif, terutama apabila ufuk masa yang panjang diambilkira.

Penyelidikan mendapati bahawa setiap spesis tambahan dalam plot menyumbang kepada peningkatan beransur-ansur dalam kesuburan tanah dan pengeluaran biojisim sepanjang tempoh 14 tahun.

Mereka menonjolkan kepentingan menguruskan kepelbagaian dalam prairie, hutan dan tanaman, menurut Peter Reich, pengarang utama kertas penyelidikan ekologi hutan di University of Minnesota. Reich dan rakan-rakan melihat bagaimana kesan kepelbagaian kepada produktiviti tumbuhan berubah dalam jangka panjang.

Dua eksperimen besar diadakan pada tapak penyelidikan National Science Foundation's (NSF) Cedar Creek Long-Term Ecological Research (LTER) di Minnesota, salah satu daripada 26 seperti tapak NSF LTER di seluruh dunia dalam ekosistem dari hutan ke padang rumput, tundra kepada terumbu karang.

"Kajian ini mendedahkan apa yang eksperimen jangka pendek telah terlepas pandang: kesan kehilangan biodiversiti ekosistem adalah lebih kompleks, teruk dan tidak menentu dari yang difikirkan," kata Matt Kane, pengarah program NSF LTER. "Kajian ini menunjukkan kepentingan melakukan penyelidikan jangka panjang," kata Kane, "dalam kes ini kami mendokumenkan buat kali pertama betapa pentingnya biodiversiti untuk kesihatan ekosistem dan kelestarian."

Eksperimen biodiversiti di Cedar Creek adalah eksperimen yang paling lama berjalan di dunia, kata Reich.

Tempat ini mengandungi plot dengan satu, empat, sembilan atau 16 jenis spesis tumbuhan. Penyelidikan menggunakan tumbuhan padang rumput berhayat panjang, tetapi berfungsi sebagai sistem model untuk semua tumbuh-tumbuhan, sama ada padang rumput, hutan atau baris tanaman.

Kajian ini juga menunjukkan bagaimana kepelbagaian (diversiti) berfungsi dengan menunjukkan bahawa spesis yang berbeza mempunyai cara yang berbeza untuk memperolehi air, nutrien dan karbon - dan mengekalkan mereka di dalam sesuatu ekosistem.

"Sebelum ini, kajian jangka pendek paling kurang dua tahun mendapati, kepelbagaian (diversiti) meningkatkan produktiviti, tetapi plot yang mempunyai lebih daripada enam atau lapan spesis tidak memberikan manfaat tambahan," kata Reich.

Para saintis mendapati dalam jangka masa 14 tahun, semua 16 spesis dalam plot yang paling pelbagai menyumbang kepada kesuburan tanah dan pengeluaran biojisim yang lebih tinggi.

"Mesej untuk dibawa pulang," kata Reich, "apabila kita mengurangkan kepelbagaian dalam landskap - seperti kebun jagung atau ladang pokok pain atau rumput pinggir bandar - kita gagal untuk mengambil kesempatan ke atas perkhidmatan yang berharga yang disediakan oleh biodiversiti semulajadi."

Pengarang bersama kertas ini ialah David Tilman, Forest Isbell, Kevin Mueller, Sarah Hobbie dan Nico Eisenhauer dan University of Minnesota, dan Dan Flynn dari University of Zurich.

Biodiversiti adalah komponen kritikal dalam mengekalkan pelbagai perkhidmatan ekosistem

Ketika biodiversiti merosot di seluruh dunia, terdapat kebimbangan bahawa ini akan membawa kepada penurunan dalam perkhidmatan ekosistem yang disediakan untuk manusia, seperti pengeluaran makanan, penyimpanan karbon, dan penulenan air.

Dengan menggabungkan data dari 17 eksperimen biodiversiti terbesar dan paling lama berjalan, saintis dari universiti di seluruh Amerika Utara dan Eropah telah mendapati bahawa kajian sebelum ini telah memandang ringan kepentingan biodiversiti untuk mengekalkan pelbagai perkhidmatan ekosistem di banyak tempat selama bertahun-tahun lamanya.

"Kajian sebelum ini menganggap hanya beberapa spesis sahaja yang diperlukan untuk menyediakan satu perkhidmatan di bawah satu set keadaan persekitaran," kata Prof Michel Loreau dari jabatan biologi University McGill yang menyelia kajian ini. "Kajian-kajian ini mendapati bahawa banyak spesis muncul berlebihan. Jadi, ia kelihatan seperti kepupusan banyak spesis tidak akan menjejaskan fungsi ekosistem kerana spesis lain boleh mengimbangi/mengganti kehilangan mereka."

Salah satu contohnya ialah pembasmian hutan di Borneo. Apabila pelbagai spesis pokok ditebang dan diganti dengan tanaman semula spesis tunggal seperti spesis akasia, perkhidmatan ekosistem hutan terganggu sama sekali kerana tiada lagi diversiti tumbuhan di dalam ekosistem.

Kini, dengan melihat kepada spesis tumbuhan padang rumput, penyelidik telah mendapati bahawa kebanyakan spesis yang dikaji adalah penting sekurang-kurangnya sekali bagi penyenggaraan perkhidmatan ekosistem, kerana set spesis yang berbeza penting pada tempoh tahun-tahun yang berbeza, di tempat-tempat yang berbeza, untuk perkhidmatan yang berbeza, dan di bawah perubahan global yang berbeza (contohnya, senario perubahan iklim atau penggunaan tanah). Tambahan pula, spesis yang diperlukan untuk menyediakan satu perkhidmatan untuk beberapa tahun tidak sama seperti spesis yang diperlukan untuk menyediakan pelbagai perkhidmatan dalam satu tahun. "Ini bermakna bahawa biodiversiti adalah lebih penting untuk mengekalkan perkhidmatan ekosistem daripada yang difikirkan sebelumnya," kata Dr. Forest Isbell, penulis utama dan penyelidik kajian ini. "Keputusan kami menunjukkan bahawa banyak spesis diperlukan untuk mengekalkan perkhidmatan ekosistem pada pelbagai masa dan tempat dalam dunia yang berubah-ubah, dan spesis ini tidak berlebihan daripada apa yang difikirkan sebelum ini."

Para saintis yang terlibat dalam kajian ini juga menawarkan cadangan untuk menggunakan keputusan ini untuk memberi keutamaan kepada usaha-usaha pemuliharaan dan meramalkan akibat daripada kepupusan spesis. "Ia adalah baik untuk mengetahui kumpulan spesis yang menggalakkan fungsi ekosistem di bawah beratus-ratus set keadaan alam sekitar," kata Isbell, "kerana ini akan membolehkan kita untuk menentukan sama ada sesetengah spesis menyediakan perkhidmatan ekosistem di bawah keadaan alam sekitar yang biasa pada masa kini, atau di bawah keadaan yang akan menjadi semakin biasa pada masa depan." Tetapi Michel Loreau, McGill, menambah nota amaran: "Kita perlu berhati-hati apabila membuat ramalan ketidakpastian terhadap perubahan masa depan alam sekitar kerana ini bermakna kita juga perlu menjalankan pendekatan berjaga-jaga bagi memulihara biodiversiti seberapa banyak yang mungkin."

Penyelidikan ini dibiayai oleh geran penyelidikan Majlis Sains Semulajadi dan Kejuruteraan Kanada dan program Pengerusi Penyelidikan Kanada.

Ekosistem yang mempunyai biodiversiti tinggi mampu bertahan kepada tekanan

Ekosistem dengan biodiversiti pada tahap yang tinggi boleh berhadapan dengan tekanan (stress) yang lebih, seperti suhu yang lebih tinggi atau peningkatan kepekatan garam, daripada ekosistem yang mempunyai biodiversiti yang kurang. Mereka juga boleh mengekalkan perkhidmatan mereka untuk jangkamasa yang lebih panjang, penemuan daripada ahli botani dan ekologi dari Universiti Zurich dan Göttingen. Kajian mereka menyediakan bukti pertama hubungan antara intensiti tekanan dan fungsi ekosistem.

Suhu purata yang lebih tinggi dan peningkatan kepekatan garam adalah faktor tekanan yang dihadapi oleh ekosistem pada hari ini berikutan perubahan iklim. Walau bagaimanapun, adakah semua ekosistem bertindak balas terhadap tekanan dengan cara yang sama dan apakah kesan tekanan pada perkhidmatan ekosistem, seperti pengeluaran biojisim? Ahli botani dan ekologi dari Universiti Zurich dan Göttingen mendapati kepelbagaian spesis dalam ekosistem membantu untuk bertahan kepada stress.

Para saintis mengkaji sebanyak 64 spesis mikroalga yang mempunyai sel tunggal daripada Koleksi Kultur Alga SAG di Göttingen. Ia berada dalam rantaian makanan yang paling bawah dan menyerap CO₂ daripada alam sekitar berbahaya melalui fotosintesis. "Lebih banyak spesis mikroalga yang ada dalam sistem, lebih mantap sistem ini bagi menghadapi tekanan sederhana berbanding dengan sistem yang mempunyai spesis yang kurang," kata Bastian Steudel pengarang pertama yang menjelaskan salah satu keputusan eksperimen. Sistem dengan beberapa spesis yang lebih tinggi itu boleh menyimpan pengeluaran biojisim mereka dengan stabil dan lebih lama daripada mereka yang mempunyai biodiversiti yang rendah.

Secara keseluruhan, penyelidik mengkaji enam intensiti yang berbeza pada dua kecerunan tekanan. Dalam kes intensiti yang sangat tinggi, kesan positif biodiversiti berkurangan atau terhenti sama sekali. Walau bagaimanapun, peningkatan tekanan dalam sistem yang mengandungi hanya beberapa spesis mempunyai kesan yang jauh lebih negatif berbanding dengan mereka yang mempunyai tahap biodiversiti yang tinggi. "Hasil kajian menunjukkan bahawa tahap biodiversiti di bawah tekanan adalah amat penting untuk mengekalkan pengeluaran biojisim," kata Steudel, penyelia PhD Michael Kessler, yang merumuskan kepentingan projek penyelidikan tersebut.

Memerangi perosak dengan biodiversiti

Kepelbagaian biodiversiti dalam pertanian sangat penting dalam memerangi perosak. Satu kertas kajian yang diterbitkan baru-baru ini; Tooker, J., & Frank, S. (2012). Genotypically diverse cultivar mixtures for insect pest management and increased crop yields Journal of Applied Ecology memberi pencerahan berkenaan biodiversiti dalam pertanian dalam mengawal perosak.

Banyak bukti yang menyokong potensi variasi intra-spesis untuk menyumbang kepada kawalan serangga perosak yang berkesan tetapi sangat sedikit usaha dibangunkan bagi sokongan empirikal atau amalan pelaksanaan yang berdaya maju dalam sistem pertanian. Oleh itu, pelaksanaan amalan ini adalah terhad.

Dan ada pelbagai bukti yang menunjukkan bahawa kepelbagaian genotip (variasi antara varieti) dan kepelbagaian genetik (perubahan di peringkat pelbagai populasi) umumnya mengurangkan kesan perosak. Mungkin persoalan yang timbul ialah mengapa tidak ada penyelesaian yang berkesan dalam cara pelaksanaan. Kesannya mungkin bermula dari bawah ke atas (bottom up), dengan menggunakan pelbagai mekanisme yang boleh mengurangkan keupayaan perosak untuk mencari perumah yang sesuai, atau dari atas ke bawah (top down), iaitu menggunakan pelbagai mekanisme yang bertindak melalui musuh semulajadi perosak.

Rajah 1: Kepelbagaian varieti memberi peluang kepada serangga predator menekan populasi serangga perosak (herbivor) yang merosakkan tanaman. Rajah ini menunjukkan secara konsep bagaimana kepelbagaian varieti mengurangkan serangan perosak berbanding tanaman monokultur. Kaedah ini lebih berkesan pada populasi perosak yang besar.

Masih banyak lagi yang perlu dipelajari tentang peranan kepelbagaian genotip dalam interaksi ekologi dan fungsi ekosistem, bukti yang sedia ada telah memberi harapan kepada pertanian kerana produktiviti, rintangan kepada herbivor (perosak) dan daya tahan kepada tekanan abiotik yang merupakan ciri-ciri penting dalam pengeluaran tanaman yang mampan. Selain itu, kepelbagaian genotip boleh dilaksanakan dengan perubahan yang agak kecil kepada amalan pertanian. Jika teori dan keputusan empirikal terus menyokong kesan baik kepelbagaian genotip bagi produktiviti tumbuhan, pendekatan mudah yang baharu untuk pertanian boleh mengubah strategi menanam dan produktiviti pertanian. Selain daripada penekanan terhadap "intensifikasi mampan" (sustainable intensification), sistem pengeluaran pertanian boleh menimbangkan penggunaan kepelbagaian biodiversiti bagi membantu pengeluaran pertanian yang tinggi dan mampan.

Semburan awal membawa padah

Wabak serangan bena perang adalah situasi yang tidak normal dalam ekosistem sawah padi. Wabak serangan merebak terjadi akibat salah urus di dalam amalan pertanian. Kawalan dengan menggunakan racun kimia secara berleluasa hanya akan memburukkan keadaan dan mewujudkan paradoks seperti mana yang pernah diterangkan sebelum ini.

Semburan racun serangga pada awal musim (40 hari selepas tabur) berkait rapat dengan kepercayaan petani bahawa perosak mula menyebabkan kerugian pada peringkat awal. Kawalan serangga seperti ulat lipat daun sering dibuat pada peringkat usia padi yang terlalu muda. Ini mengakibatkan penggunaan racun yang berlebihan dan membawa kepada penyalahgunaan racun. Tanpa disedari, semburan awal membuat sawah padi 10 kali lebih terdedah kepada wabak bena perang seperti mana yang diterangkan di sini. Ini kerana racun serangga akan membunuh serangga predator terutamanya serangga akuatik yang mencari mangsa di pangkal pokok padi. Akibatnya, populasi bena perang akan meningkat secara eksponential dan mengakibatkan kerosakan yang teruk seperti yang ditunjukkan di sini.

Menguruskan perosak dengan alam semulajadi

Perosak harus dinilai semula secara kritikal dan dibuktikan bersalah sebelum penggunaan racun serangga difikirkan perlu. Ini adalah kesimpulan yang dibuat oleh Dr. K.L Heong dalam kajian meluas berkenaan dengan peranan biodiversiti dalam pengurusan serangga perosak padi. Penerbitan ini membuka jalan kepada pengurusan perosak yang mampan oleh biodiversiti dan perkhidmatan ekosistem.

Beratus-ratus spesies Artropod dalam ekosistem padi mempunyai pelbagai fungsi ekologi seperti herbivori (memakan tanaman padi), pemangsa, parasitization, pendebungaan, penguraian, dan kitaran nutrien. Herbivor sering dilabel sebagai "perosak" kerana mereka makan tumbuh-tumbuhan. Daripada lebih daripada 100 spesis, kurang daripada 10 spesis boleh menghasilkan kerugian (jika ia berlaku dalam jumlah yang cukup besar). Pemangsa dan parasitoid yang menyerang perosak akan memastikan populasi mereka terkawal. Hubungan jaringan makanan yang rumit diantara tumbuh-tumbuhan, serangga, dan biodiversiti yang kaya dengan spesis musuh semulajadi sentiasa berusaha ke arah keseimbangan untuk mencegah perkembangan dalam populasi spesis perosak.

Kejuruteraan ekologi adalah satu pendekatan untuk memulihkan atau meningkatkan biodiversiti spesies bunga dan fauna, landskap padi, supaya sumber dalam bentuk perlindungan dan makanan untuk musuh semulajadi dipertingkatkan. Ia adalah "rekabentuk masyarakat manusia dengan persekitaran semulajadi untuk manfaat kedua-duanya."

Menyelamatkan habitat

Dalam landskap padi, ban sawah dan habitat bukan padi menduduki sebahagian besar tanah. Ada yang dihuni dengan pokok buah-buahan dan pokok renek, atau ditanam dengan sayur-sayuran. Tetapi, petani sering menjadikannya sebagai kawasan sebagai tanah terbiar dan menyemburnya dengan racun perosak, kerana beranggapan kawasan ini menjadi perumah perosak. Kebanyakan perosak utama padi adalah monophagous (makanan mereka terhad kepada padi sahaja). Mereka hanya bergerak dari sawah ke sawah yang lain. Habitat bukan padi boleh menyediakan perlindungan, makanan, dan rumah untuk musuh semulajadi perosak padi.

Ban sawah dengan rumput saka Brachiaria adalah rumah kepada dua spesies cengkerik yang merupakan pemangsa yang "ganas" terhadap telur perosak yang diletakkan di atas daun. Mereka bergerak ke sawah padi mencari makanan pada waktu malam dan kembali ke rumah berumput mereka pada waktu siang. Banyak spesies labah-labah juga bergantung kepada habitat berumput ini.

Bunga vs perosak

Selain daripada memulihara habitat semulajadi, kejuruteraan ekologi boleh menambah biodiversiti melalui penanaman bunga yang kaya dengan nektar di atas ban sawah. Bunga-bunga ini menarik spesis lebah madu dan spesies lain yang menjalankan pendebungaan tanaman buah-buahan dalam landskap padi. Nektar juga merupakan makanan kepada banyak hymenopteran parasitoid, terutama yang mengawal spesies serangga perosak padi, seperti bena perang, pengorek batang dan ulat lipat daun.

Di Vietnam, kejuruteraan ekologi sawah, yang telah diperkaya dengan bunga yang kaya dengan nektar, mempunyai parasitisme lebih tinggi dan pemangsaan telur bena perang yang tertanam di dalam pokok padi meningkat dengan ketara. Tanpa menggunakan racun serangga, petani menuai hasil lebih tinggi tetapi dengan peningkatan besar dalam keuntungan daripada pengurangan penggunaan racun serangga. Perkara yang serupa telah diperhatikan dalam sawah padi hibrid di Jin Hua, China.

Tidak kepada racun

Gunakan racun serangga hanya apabila benar-benar perlu dan sebagai pilihan terakhir. Ini adalah satu rukun yang penting kejuruteraan ekologi. Racun serangga, adalah biosid. Organisma yang lebih berkemungkinan untuk dibunuh dalam sawah yang disembur racun serangga adalah yang mempunyai saiz kecil, badan lembut, dan mobiliti yang tinggi. Ironinya, spesis perosak cenderung untuk menjadi lebih besar dan kurang bergerak, maka mereka kurang terdedah kepada semburan.

Di samping itu, penyembur yang tidak berfungsi dengan baik menyebabkan semburan titisan jatuh di atas tanah atau ke dalam air yang menjejaskan banyak spesis predator. Memandangkan padi adalah habitat tidak kekal, semua spesies yang hidup di dalamnya adalah pendatang, termasuk perosak dan musuh semulajadi. Pada peringkat awal tanaman, perosak dan spesis musuh semulajadi bergerak di dalam sawah dan di mendudukinya. Ban sawah dengan bunga yang berkhidmat sebagai rumah musuh semulajadi menjadi sumber pemangsa seperti labah-labah dan cengkerik. Pemangsa akan makan penduduk awal, detritivore (organisma yang memakan sisa organik), seperti agas dan lalat dalam sistem akuatik padi sebelum perosak tiba. Juga dalam sistem akuatik padi, wujud pemangsa seperti microvelids - serangga yang menyerang perosak seperti jerung yang kelaparan.

Cabaran di dalam kejuruteraan ekologi

Spesis pemangsa dan parasitoid merupakan pengawal selia penting terhadap populasi perosak. Walau bagaimanapun, racun serangga digunakan semasa rutin semburan awal musim adalah sangat toksik, yang memusnahkan pemangsa dan parasitoid. Oleh itu, perosak dibiarkan tidak terkawal dan populasinya boleh membangun dengan pesat sehingga ke tahap yang merosakkan.

Sawah padi adalah secara semulajadi dikurniakan dengan kepelbagaian spesis pemangsa dan parasitoid; dan biodiversiti boleh dipertingkatkan dengan menanam bunga berdekatan dengan sawah. Tetapi, cabaran terbesar adalah untuk mendorong berjuta-juta petani untuk mengamalkan konsep-konsep ini, menghentikan rutin semburan awal musim, dan memperkayakan ban sawah dengan tanaman berbunga yang kaya dengan nektar.

Parasitization bukan merupakan satu konsep yang mudah bagi petani memahaminya dan parasitoid terlalu kecil untuk diperhatikan. Salah satu pendekatannya adalah dengan menggunakan lebah sebagai spesies petunjuk petani perhatikan. Lebah dan parasitoid tergolong kepada order hymenoptera, yang mempunyai ciri-ciri yang agak sama. Petani boleh memerhatikan dan memelihara "lebah dan saudara-mara mereka" dan menahan diri dari semburan racun serangga berbahaya kepada mereka.

Akhir sekali, etika dalam pemasaran racun serangga perlu diperbaiki dan mematuhi Kod Etika FAO bagi pengedaran dan penggunaan yang betul racun perosak di dalam iklan dan promosi. Di negara-negara pengeluar utama beras, racun perosak masih dan sedang dijual sebagai barangan pengguna, yang membawa kepada penggunaan yang berlebihan dan penyalahgunaan.