Ozon sebagai alternatif yang lebih aman dan lebih hijau pestisida

Dia menggunakan pestisida untuk mengendalikan penyakit tanaman yang tinggal di tanah mempengaruhi mikroorganisme menguntungkan yang diperlukan untuk nutrisi untuk beredar dan karenanya batas tanah kesuburan. Dengan demikian, kebutuhan untuk lebih eco-friendly cara untuk mengendalikan penyakit tanaman tumbuh. Sebuah alternatif yang potensial ke pestisida sintetis yang menguras tanah keanekaragaman hayati dan kesuburan adalah gas ozon: agen oksidasi yang kuat yang bisa membunuh mikroorganisme tanpa efek yang merugikan pada lingkungan. 

 tanah adalah modal alam, yang Menurut definisi "saham ekosistem alam yang menghasilkan aliran barang berharga ekosistem atau layanan ke masa depan". Ini berarti bahwa tanah saham yang dapat memberikan aliran produksi tanaman, dan aliran ini dapat terbatas berkelanjutan. Tanah juga menyediakan banyak layanan sebagai sistem termasuk tanaman anchorage dan dukungan, serta membusuk dan mineralizing tanaman kotoran (limbah) yang membuat nutrisi yang tersedia untuk tanaman dan siklus terus. Aliran ini Layanan memerlukan bahwa tanah berfungsi sebagai sebuah sistem, dan dengan engsel keberlanjutan pada keanekaragaman hayati. 

 penggunaan pestisida sintetis dalam pengobatan hama tanah (organisme penyebab penyakit), terutama spektrum luas dan tanah sterilisasi memiliki jangkauan (misalnya metil bromida) mempengaruhi tanah fauna dan flora (yaitu mikroorganisme menguntungkan yang bebas hama, atau non-penyakit menyebabkan). Ini mengganggu proses siklik yang membuat tanah fungsional sistem dan modal alam. Antara mikroorganisme yang menguntungkan paling penting adalah mereka yang melakukan proses berikut: mineralisasi gizi dan/atau transformasi (misalnya: nitrobacteria dan nitrozomonas yang mengubah bentuk kimia nitrogen dan membuatnya tersedia untuk tanaman); fiksasi nutrisi ke dalam tanah (misalnya nitrogen memperbaiki bakteri); gizi mobilisasi dan tanah aerasi (misalnya tanah cacing); dan mereka memainkan peran simbiotik dengan akar tanaman yang membantu dalam penyerapan nutrisi (misalnya rhizobacteria, jamur mikoriza). Kerugian pestisida sintetis juga melampaui lokasi aplikasi mereka. Residu pestisida dan produk sampingan yang disimpan di alam bisa diangkut oleh air, udara, tanah dan binatang ke tempat-tempat yang tidak diinginkan yang mana mereka bisa melanjutkan merugikan lingkungan.

Proses tanah tidak akan terganggu ketika pestisida pertama diterapkan karena tanah memiliki tingkat ketahanan tertentu. Ketahanan membantu tanah untuk pulih dari kerusakan pestisida dan untuk terus memberikan pelayanan ekologi. Ketahanan bergantung pada keragaman biota tanah, bersama dengan karakteristik tanah lain seperti tekstur, struktur dan kandungan bahan organik. Saham kesuburan tanah dan jasa menjadi terancam ketika penurunan tanah keanekaragaman hayati dan ketahanan tetes.

Ketika penyakit tanaman diperlakukan dengan pestisida sintetis organisme penyebab penyakit dan mikroorganisme menguntungkan tewas. Dengan penurunan mikroorganisme menguntungkan, penyakit bakteri dapat tumbuh dicentang dan menyebabkan pertumbuhan tanaman menderita lebih. Terus-menerus ketergantungan pada pestisida sintetis dapat mengganggu sistem alami pengendalian hayati dan mungkin terkait dengan hama, pengembangan perlawanan yang meluas, efek yang merugikan pada biota non-target dan efek yang merugikan pada lingkungan dan kesehatan manusia. Saat pestisida yang digunakan, perlu pestisida tumbuh dari waktu ke waktu untuk mengendalikan hama, sementara kesuburan tanah dan produktivitas drop. Dengan kata lain, penggunaan pestisida sintetis dianggap memperkuat loop umpan balik, dimana pengaruh-pengaruh buruk diperburuk dan stok habis (Fig. 1). Untuk mengimbangi dampak negatif ini, yang mengembalikan intervensi dengan menyeimbangkan umpan balik (loop umpan balik negatif yang offset efek penggunaan pestisida pada saham) harus digunakan untuk memperkuat saham dan menstabilkan tanah keanekaragaman hayati dan produktivitas. Intervensi menyeimbangkan ideal bisa pengendalian hama di bawah ambang kerusakan, tanpa melanggar mereka seimbang dengan mikroorganisme menguntungkan (yang adalah semakin menipis keanekaragaman hayati tanah).

Topik penelitian saya adalah tentang menyelidiki potensi gas ozon (O3) untuk mengobati patogen tanah dan untuk meningkatkan keberlanjutan produktivitas tanah. Ozon dipilih berdasarkan karakteristik seperti oksidan yang kuat dengan sifat antiseptik yang kuat, dan mengingat bahwa hal itu telah dilaksanakan berhasil melawan berbagai patogen termasuk virus, bakteri, jamur, protozoa dan metazoa. Itu sering digunakan untuk disinfeksi air minum dan air limbah, dan disinfest kapal ballast air karena sifat oksidasi. Ozon juga telah diterapkan untuk mencegah jamur pada jagung yang disimpan, dan menurunkan mycotoxins. Postharvest pemrosesan buah-buahan dan sayuran dengan air gas atau ozonated ozon inactivates patogen dan pembusukan mikroorganisme. Selama proses ozonation, mikroorganisme menguntungkan dan organisme penyebab penyakit yang terpengaruh. Namun, tingkat di mana ozon diperlukan untuk menempatkan hama tanah di bawah kontrol tidak perlu untuk mencapai tingkat sterilisasi tanah lengkap. Tujuan dari tanah ozonation adalah hanya untuk membawa populasi organisme penyakit ke dalam keseimbangan dengan mikroorganisme menguntungkan.

Berbeda dengan metode desinfeksi dan pestisida sintetis yang digunakan dalam pengendalian hama lainnya, penggunaan ozon sebagai agen desinfeksi memiliki keuntungan bahwa hal itu tidak menghasilkan polusi, karena dekomposisi yang cepat hanya menghasilkan oksigen. Ini berarti bahwa tidak ada salahnya sekunder yang diberikan keanekaragaman hayati tanah melalui sisa racun, berbeda dengan pestisida sintetis. Selain itu, ozon memiliki waktu paruh pendek di tanah-dalam menit-sebelum itu terurai menjadi oksigen. Satu-satunya kelemahan ozon digunakan dalam perlakuan tanah adalah yang bahaya kesehatan pada appliers Jika dihirup. Ini dapat dengan mudah dihindari dengan menggunakan masker pelindung yang tepat dan pelatihan yang sesuai.

Tiga patogen yang dipilih untuk penelitian ini berdasarkan kepentingan ekonomi mereka, dan berbagai yang mereka wakili: nematoda parasit tanaman, yang mikroskopis bulat cacing yang menyebabkan kerugian hasil tanaman yang parah; Phytophthora sojae, penyakit kedelai dominan bahwa penyebab akar dan batang membusuk; dan Fusarium oxysporum, yang menyebabkan Fusarium layu, penyakit yang ekonomis penting pada sistem hidroponik.

Gas ozon yang dihasilkan oleh lucutan Korona dari oksigen atau udara dan dikirim ke sebuah reaktor yang termasuk sampel tanah dengan organisme ditargetkan penyakit (Fig. 2). Sampel diperlakukan dengan jumlah yang berbeda ozon di dua suhu yang berbeda untuk menilai efek dari kedua dosis dan suhu pada seberapa baik ozon memperlakukan tanah penyakit.

Gambar 2: Ozonation reaktor (kiri) termasuk sampel tanah, dan gas ozon kelebihan terjebak dalam beaker ke kanan untuk diukur.

Temuan-temuan dari penelitian ini dengan jelas menunjukkan bahwa ozon dapat efisien dan berkelanjutan alternatif pestisida sintetis, termasuk gas memiliki jangkauan, nematicides, fungisida dan pengobatan Fusarium layu. Gas ozon dapat diterapkan melalui fumigasi under terpal, seperti aplikasi metil bromida. Ozonation tanah dapat diadopsi di pertanian organik, dan mungkin tidak cocok untuk mengintegrasikan dengan praktek-praktek budaya, pengelolaan hama terpadu dan pengobatan varietas tahan hama mana diperlukan dan berlaku. Ini adalah hasil yang menjanjikan untuk sistem tanah keanekaragaman hayati, di mana ozonation perlakuan tanah terbukti controller layak hama tanah, tanpa pemberantasan tanah menguntungkan organisme. Oleh karena itu, ozonation bisa intervensi dengan efek umpan balik yang menyeimbangkan pada saham tanah keanekaragaman hayati, dan membantu untuk menjaga keberlanjutan produktivitas tanah.

Dariekastia Msayleb adalah rekan 2010 penghargaan sains teknologi & Fulbright, dari Lebanon, dan kandidat PhD dalam pertanian berkelanjutan di Iowa State University di Ames, di Departemen Pertanian dan Bio-sistem teknik.