Pestizid

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Hintergrund

Das Wort "Pestizid" ist ein weit gefasster Begriff, der sich auf jedes Gerät, jede Methode oder jede Chemikalie bezieht, die Pflanzen oder Tiere tötet, die um die Nahrungsversorgung der Menschheit konkurrieren oder anderweitig unerwünscht sind. Pestizide umfassen Insektizide, Fungizide, Herbizide, Nematozide (zur Abtötung von Nematoden, länglichen zylindrischen Würmern) und Rodentiziden. Von diesen verschiedenen Pestiziden haben Insektizide eine längere und bemerkenswertere Geschichte, vielleicht weil die Zahl der als "Schädlinge" bezeichneten Insekten die Zahl aller anderen pflanzlichen und tierischen "Schädlinge" zusammen bei weitem übersteigt. Daher konzentriert sich dieser Artikel auf den Einsatz von landwirtschaftlichen Insektiziden.

Seit sie mit dem Anbau von Feldfrüchten begannen (um 7000 v. Chr. ), wenn nicht schon früher, Menschen haben Methoden entwickelt, um Insekten daran zu hindern, wertvolle Nutzpflanzen zu fressen oder anderweitig zu zerstören. Einige Kulturen verließen sich auf die Praxis, während bestimmter Mondphasen zu pflanzen. Andere frühe landwirtschaftliche Praktiken, die indirekt die Insektenpopulationen niedrig hielten, waren wechselnde Feldfrüchte; Anpflanzung kleiner, vielfältiger Pflanzen; und Auswahl natürlich resistenter Pflanzen. Die Leute pflückten mit der Hand Käfer von Pflanzen und machten Lärm, um Heuschrecken abzuwehren. Auch Chemikalien wurden früh eingesetzt. Die zerkleinerten Blütenblätter des Pyrethrums (eine Art Chrysantheme), des Schwefels und des Arsens wurden im Nahen Osten, in Rom bzw. in China verwendet. Die Chinesen nutzten auch natürliche Feinde wie Ameisen, um unerwünschte Insekten zu fressen.

Alle Versuche zur Schädlingsbekämpfung waren ziemlich individuelle Angelegenheiten, bis in den 1840er Jahren ein nordamerikanischer Pilz namens Echter Mehltau in Großbritannien einmarschiert, und die Epidemie wurde mit groß angelegten Anwendungen von Schwefel kontrolliert. Der Kartoffelkäfer im Westen der Vereinigten Staaten war das nächste Ziel:Bis 1877 hatten westliche Siedler gelernt, ihre Kartoffelernte zu schützen, indem sie wasserunlösliche Chemikalien wie Pariser Grün verwendeten. Andere Pestizide wie Derria, Quassia und Teeröl folgten, aber die Pestizide des 19. Jahrhunderts waren schwach. Sie mussten durch das Einbringen natürlicher Feinde oder in einigen Fällen durch das Aufpfropfen bedrohter Pflanzen auf widerstandsfähigere Unterlagen ergänzt werden.

Bis zum Zweiten Weltkrieg gab es nur etwa 30 Pestizide. Forschungen während des Krieges ergaben DDT (Dichlor-diphenyl-trichlor-ethan), das 1874 synthetisiert, aber erst 1942 als Insektizid anerkannt wurde. Bald folgten andere starke Pestizide, wie Chlordan im Jahr 1945 und Endrin im Jahr 1951. Gift Gasforschung in Deutschland lieferte die Organophosphorverbindungen, von denen Parathion die bekannteste ist. Diese neuen Pestizide waren sehr stark. Weitere Forschungen ergaben Hunderte von Organophosphorverbindungen, von denen das bemerkenswerteste Malathion ist, das kürzlich in Kalifornien gegen die Medfly eingesetzt wurde.

Bis zum 19. Jahrhundert, als die Menschen begannen, private Gärten mit ziemlich großen Maschinen zu besprühen, wurden Pestizide im Allgemeinen von Hand aufgetragen. Flugzeuge wurden erst in den 1920er Jahren eingesetzt und langsame, gut kontrollierte Tiefflüge wurden erst in den 1950er Jahren durchgeführt. Beim ersten Versprühen synthetischer Pestizide aus der Luft wurden große Mengen inerter Materialien verwendet, 4000 Liter pro Hektar (ein Hektar entspricht 2,47 Acres). Diese Menge wurde rasch auf 100 bis 200 Liter/Hektar reduziert und bis in die 1970er Jahre (teilweise) auf 0,3 Liter/Hektar des direkt auf die Felder ausgebrachten Inhaltsstoffs (zB Malathion) reduziert.

Bei der Pestizidherstellung wird ein Wirkstoff zunächst in einer chemischen Fabrik synthetisiert. Als nächstes mischt ein Formulierer den Wirkstoff mit einem Träger (für flüssige Pestizide oder mit inerten Pulvern oder Trockendüngern (für Staub-Pestizide, dann in Flaschen oder verpackt). Flüssige Pestizide werden in 200-Liter-Fässern für Großbetriebe oder 20- Liter-Krüge für kleine Betriebe, während Trockenrezepturen in 5 bis 10 Kilogramm Plastiktüten oder mit Plastik ausgekleideten Beuteln verpackt werden können.

Heute werden rund 900 aktive chemische Pestizide zur Herstellung von 40.000 kommerziellen Präparaten verwendet. Die Environmental Protection Agency (EPA) schätzt, dass sich der Einsatz von Pestiziden zwischen 1960 und 1980 verdoppelt hat. Derzeit werden in den Vereinigten Staaten über 372 Millionen Kilogramm pro Jahr und weltweit über 1,8 Milliarden Kilogramm pro Jahr verwendet.

Rohstoffe

Ein Pestizid besteht aus einem Wirkstoff gekoppelt mit inerten Inhaltsstoffen. Der Wirkstoff tötet die Schädlinge ab, während die inerten Inhaltsstoffe das Besprühen und Beschichten der Zielpflanze erleichtern; sie können auch andere Vorteile beisteuern, die nicht durch den Wirkstoff allein verliehen werden.

Wirkstoffe wurden früher aus Naturstoffen destilliert; jetzt werden sie größtenteils in einem labor synthetisiert. Fast alle sind Kohlenwasserstoffe, die aus Erdöl gewonnen werden. Die meisten Pestizide enthalten andere Elemente, deren Art und Anzahl von dem gewünschten Pestizid abhängen. Chlor, Sauerstoff, Schwefel, Phosphor, Stickstoff und Brom sind am häufigsten. Inerte Inhaltsstoffe können viele Substanzen sein, abhängig von der Art des Pestizids. Flüssige Pestizide haben traditionell Kerosin oder ein anderes Erdöldestillat als Trägerstoff verwendet, obwohl Wasser in letzter Zeit begonnen hat, Kerosin zu ersetzen. Emulgatoren (wie Seife) werden ebenfalls hinzugefügt, um den Wirkstoff gleichmäßig im Lösungsmittel zu verteilen. Ein pulverförmiges oder staubförmiges Pestizid enthält typischerweise pflanzliches Material wie gemahlene Nussschalen oder Maiskolben, Tone wie Kieselgur oder Attapulgit oder pulverisierte Mineralien wie Talkum oder Calciumcarbonat als Basis. Damit das Pestizid besser haftet Nach Erhalt des Pestizids verdünnen die Landwirte es mit Wasser, bevor sie es anwenden. Die Anwendung kann das Bestäuben der Ernte mit kleinen Flugzeugen oder die Verwendung von Sprinklern oder Traktoren umfassen. Kleinbauern können sogar Handspritzen verwenden. der Pflanze oder dem Boden kann ein Material wie Maisstärke oder Mehl zugesetzt werden.

Der Herstellungsprozess
Prozess

Die Herstellung eines Pestizids umfasst mindestens drei separate Aktivitäten. Der Wirkstoff wird zunächst in einer chemischen Fabrik synthetisiert, dann am gleichen Ort formuliert oder an einen Formulierer geschickt, der die flüssige oder pulverförmige Form herstellt. Das Pestizid wird dann an den Landwirt oder einen anderen zertifizierten Verarbeiter geschickt, der es verdünnt, bevor es auf die Felder ausgebracht wird.

Das Pestizid synthetisieren

• 1 Wenn ein neues Pestizid entwickelt wird, wird es in kleinem Maßstab in einem Labor hergestellt. Erweist sich der Stoff als lebensfähig, beginnt die Produktion im Werk. Batch- oder kontinuierliche Herstellung gewährleistet ein hohes Volumen, vielleicht bis zu 500 Kilogramm pro Zyklus. Die Synthese eines Pestizids ist ein komplexes chemisches Verfahren, das ausgebildete Chemiker und ein großes, hoch entwickeltes Labor erfordert. Das grundlegende Verfahren besteht darin, ein organisches Molekül zu einem Pestizid zu verändern. Dabei kann es sich um beliebige spezifische Reagenzien und Katalysatoren handeln und muss oft in einem kontrollierten Klima (zB innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs) erfolgen. Nach der Synthese wird der Wirkstoff verpackt und an einen Formulierer geschickt. Flüssige Insektizide können in Tankwagen oder 200-Liter-Fässern transportiert werden. Der Transport des Wirkstoffs erfolgt nach allen Vorschriften für den Gefahrguttransport.

Formulierung des Pestizids

• 2 Ein Formulierer nimmt den Wirkstoff an, misst die richtige Menge ab, mischt ihn mit dem Träger, wenn es sich um ein flüssiges Pestizid handeln soll, oder mit inerten Pulvern oder Trockendüngern, wenn es ein Staub-Pestizid sein soll, dann füllt oder verpackt es . Flüssige Pflanzenschutzmittel werden in 200-Liter-Fässern verpackt, wenn ein Großbauer der erwartete Kunde ist, oder in 20-Liter-Krüge für Kleinbetriebe. Trockenformulierungen können in 5 bis 10 Kilogramm Plastiktüten oder Plastiktüten verpackt werden. Eine emulgierte Formulierung wird normalerweise konzentriert, um den Transport zu erleichtern (der Wirkstoff macht normalerweise 50 Prozent des emulgierten Konzentrats aus), aber granulierte und trockene Pestizide sind gebrauchsfertig.

Verdünnen des Pestizids

• 3 Das Pestizid kann kurz bevor es angefordert wird gelagert werden. Wenn es zum Transport bereit ist, wird die geschätzte erforderliche Menge an den Landwirt gesendet, der das emulgierte Konzentrat verdünnt, um die gewünschte Menge an Pestizid zu erzeugen. In den meisten Fällen besteht das Endprodukt nur aus 0,5 bis 1 Prozent des ursprünglichen Wirkstoffs. Das Pestizid ist nun einsatzbereit.

Ausbringen des Pestizids

• 4 Es gibt mehrere Möglichkeiten, ein Pestizid auszubringen. Die Methode, mit der die Amerikaner am besten vertraut sind, ist das Abstauben von Pflanzen, obwohl ihre Anwendung im Allgemeinen auf große, ebene Flächen beschränkt ist. Ein Flugzeug, das mit 2000-Liter-Tanks (oder mehr) beladen ist, fliegt über ein Feld und sprüht das Pestizid aus Gestängen. Ausleger sind lange, horizontale Stangen, von denen mehrere Sprinkler heruntersprühen. Eine andere Methode besteht darin, die Tanks und Ausleger an einem Traktor zu befestigen und näher am Boden zu sprühen. Für Kleinbauern besteht die wirtschaftlichste Spritzmethode darin, einen oder mehrere Arbeiter mit Handspritzen an kleinen Tanks einzusetzen. An der Schulter kann eine Handpumpe getragen werden; sein Tankvolumen beträgt nur etwa 3 bis 12 Liter. Auch kleine Tanks mit einem Fassungsvermögen von rund 200 Litern kommen zum Einsatz. Die Pestizide werden mit einer Handpistole aufgetragen. Eine grobe Schätzung der ausgebrachten Menge liegt bei 150 bis 300 Liter pro Hektar.

Qualitätskontrolle

Pestizide sind von Natur aus giftige Substanzen; daher hat sich ein großes Anliegen auf die Sicherheit konzentriert. Die Gesetze zur Sicherheit von Pflanzenschutzmitteln sind sehr streng und werden in Zukunft noch strenger werden. Neben gesetzlichen Beschränkungen unterliegen Pestizide wie jedes andere hergestellte Produkt auch strengen Qualitätskontrollstandards.

Die meisten großen Pestizidhersteller verfügen über hochentwickelte Qualitätskontrolllabors, die jedes Pestizid auf Wirksamkeit, Emulgierung, Dichte, Farbe, pH, Partikelgröße (bei Staub) und Suspension (bei Flüssigkeit) testen. Wenn das Unternehmen mehr als ein Pestizid herstellt, muss auch die Identität des Produkts überprüft werden. Ein Pestizid muss stabil, einfach anzuwenden und leicht zu lagern sein. Die Haltbarkeit muss länger als ein Jahr sein. In beschleunigten Tests wird das Pestizid kurzzeitig hohen Temperaturen ausgesetzt und anschließend auf Wirksamkeit geprüft. Ein typisches Pestizid ist zu 95 Prozent rein. Etiketten müssen gut lesbar sein und alle Vorschriften erfüllen. Der Hersteller führt Akten für jeden Rohstoff, Wirkstoff, jede Rezeptur und jeden verpackten Artikel, Muster werden drei Jahre lang aufbewahrt.

Die heutigen Pestizide sind bei richtiger Anwendung sehr sicher. Landwirte, die ihre eigenen Pestizide anwenden, müssen vom U.S. Agricultural Extension Service geschult und vom staatlichen Landwirtschaftsministerium zertifiziert werden, bevor sie Pestizide kaufen können. Auch gewerbliche Verarbeiter müssen eine Ausbildung absolvieren und eine schriftliche Prüfung bestehen.

Bei der Vorbereitung einer Formulierung für die Anwendung, was in den meisten Fällen eine Verdünnung bedeutet, sollte der Applikator die auf dem Etikett angegebene Schutzkleidung tragen. Diese Schutzkleidung umfasst oft eine Schürze oder einen Overall, einen breitkrempigen Hut, ein langärmeliges Hemd, lange Socken, ungefütterte Neopren- oder Gummihandschuhe, lange Hosen und ungefütterte Neopren- oder Gummistiefel, die über Schuhen getragen werden. Bei einigen Pestiziden müssen die Applikatoren auch eine Schutzbrille und/oder eine Atemschutzmaske tragen.

Als zusätzliche Vorsichtsmaßnahme werden die Anwendungsgeräte vor jedem Gebrauch kalibriert. Um eine Spritze zu kalibrieren, misst der Applikator eine Distanz auf dem Feld und besprüht sie dann mit einer neutralen Substanz wie Wasser. Die verwendete Wassermenge wird dann auf ihre Angemessenheit überprüft. Alle Geräte werden auch auf gleichmäßige Spritzergebnisse überprüft und verschlissene Geräte werden umgehend ersetzt.

Nebenprodukte/Abfälle

Als sie eingeführt wurden, wurden Pestizide als wunderbare Technologie angesehen, die die Ernteerträge steigern und durch Insekten übertragene Krankheiten reduzieren würde. Das erste Anzeichen dafür, dass dies ein hoffnungsvoller Mythos war, war die Entdeckung in den 1950er Jahren, dass die Menge an Pestiziden erhöht werden muss, um die gleiche Wirkung zu erzielen, die sie einst hatte. Mit der Veröffentlichung von Silent Spring von Rachel Carson im Jahr 1962 wuchs das Bewusstsein für die Gefahr des uneingeschränkten Einsatzes von Pestiziden.

Pestizide töten die Schädlinge, auf die sie die meiste Zeit abzielen, aber oft töten sie auch die natürlichen Feinde der Schädlinge, wodurch das Problem verschlimmert wird. In einigen Fällen ermöglicht die Ausrottung eines Schädlings lediglich, dass ein anderer Schädling seinen Platz einnimmt. Nach einer gewissen Zeit des Pestizideinsatzes werden die Insekten resistent gegen das Pestizid, und es müssen stärkere oder mehr Pestizide verwendet werden, um die Population zu kontrollieren. Es gibt Hinweise darauf, dass Pestizide missbraucht werden, dass ihre Wirkung in einigen Fällen zu vernachlässigen ist und dass die Applikatoren sich der richtigen Verwendung von Pestiziden nicht bewusst sind. Verbunden mit diesen Bedenken ist die Sorge um das flächendeckende Besprühen von Wohngebieten und kontaminierten Lebensmitteln.

DDT ist der am weitesten verbreitete Fall von Pestiziden, die weit von der Farm entfernt Schaden angerichtet haben. Bei Greifvögeln wurden hohe DDT-Gehalte festgestellt, wodurch sie aufgrund der Auswirkungen auf ihre Eier gefährdet sind. DDT wird konzentrierter, je höher es in der Nahrungskette aufsteigt, und viele Menschen haben ihre Besorgnis über seine mögliche Präsenz beim Menschen geäußert. 1972 kündigte die Environmental Protection Agency (EPA) ein Verbot fast aller Verwendungen von DDT an.

Mehrere Dutzend andere Pestizide wurden ebenfalls verboten oder ihre Verwendung durch die EPA eingeschränkt. Ironischerweise werden diese Pestizide immer noch exportiert, um Entwicklungsländern zu helfen, wo schätzungsweise drei Millionen akute Fälle von Pestizidvergiftungen pro Jahr auftreten, zusammen mit 20.000 Todesfällen, die direkt auf den Missbrauch von Pestiziden zurückzuführen sind. Da viele dieser Länder Produkte in die Vereinigten Staaten exportieren, ist die Wahrscheinlichkeit einer amerikanischen Kontamination hoch.

Als Reaktion auf das Dilemma der Pestizide wurde in den 1960er Jahren mit dem integrierten Pflanzenschutz (IPM) begonnen. Die Idee hinter IPM bestand darin, eine Vielzahl von Insektenbekämpfungsmitteln einzusetzen, anstatt sich ausschließlich auf chemische Insektizide zu verlassen. Die Methoden umfassen das Einbringen von natürlichen Feinden, Parasiten und bakteriellen, viralen und pilzlichen Insektiziden auf die Felder. Arbeiter können die Insekten einfach aufsaugen oder bestimmte Pflanzen einsetzen, um Schädlinge abzuwehren, die eine bestimmte Kultur angreifen. Landwirte können zum effektivsten Zeitpunkt pflügen, ihre Ernterückstände unterpflügen oder die Ernte abstreifen. Sie können schädlingsresistente Pflanzen anpflanzen. Sexuelle Lockstofffallen können Schädlinge von Pflanzen wegziehen. Sterilisierte Männchen können ins Feld entlassen werden. Insekten können so manipuliert werden, dass sie juvenil bleiben und sich nie vermehren, sich zu schnell häuten und daher schnell sterben oder zu verwirrt werden, um Pflanzennahrung zu finden. Andere Möglichkeiten werden derzeit getestet. Es ist möglich, dass der Einsatz von Pestiziden in Zukunft zurückgehen wird, da die Forschung zu Wegen führt, Schädlinge mit mehr Wissen und Planung und weniger Abhängigkeit von chemischen Eingriffen zu bekämpfen.