Celem niniejszej badania było zbadanie związku między czasem aplikacji pestycydów a aktywnością pszczół, mierzonej za pomocą bioakustyki, na soi. Analiza wykazała, że aplikacja pestycydów, niezależnie od czasu, nie miała wpływu na aktywność pszczół, odliścianie ani plony. Jednak aktywność pszczół była wyższa później w ciągu dnia i w szczytowym okresie kwitnienia soi.
Artykuł badawczy
Ocena odstraszającego działania kombinacji środka owadobójczego i grzybobójczego na pszczoły przy użyciu bioakustyki
W tym artykule
Podsumowanie
Streszczenie
Soi (Glycine max (L.) Merr.) i pszczoły mają wzajemnie korzystną relację, w której nektar jest wymieniany na usługi zapylania, co może zwiększyć plony nasion. Jednak stosowanie pestycydów na soi w okresie kwitnienia może zakłócić tę relację, szkodząc pszczołom, a tym samym zmniejszając korzyści plonowe z zapylania. Badanie to zbadało, jak zastosowanie pestycydów w okresie kwitnienia wpływa na żerowanie pszczół i plony soi, koncentrując się na czasie aplikacji (środek dnia vs. południe) i etapie kwitnienia (R3—pełny rozkwit vs. R5—późny/koniec kwitnienia), w porównaniu z kontrolą niepoddaną działaniu pestycydów. W tym celu eksperyment przeprowadzono w centralnym Ohio w latach 2023 i 2024, gdzie działki soi były opryskiwane toksyczną dla pszczół mieszanką insektycydu piretroidowego (0,9% alfa-cypermetryna) i fungicydu hamującego biosyntezę steroli (41,8% propikokonazol) za pomocą opryskiwacza na plecaku. Aktywność pszczół była monitorowana za pomocą rejestratorów dźwięku umieszczonych na każdej działce i analizowana za pomocą narzędzia do nauki maszynowej buzzDetect. Analiza bioakustyczna nie wykazała wpływu aplikacji pestycydów na aktywność pszczół, niezależnie od czasu. Aktywność pszczół była znacznie wyższa w fazie wzrostu R3, kiedy soja była w fazie pełnego rozkwitu, w porównaniu z fazą wzrostu R5, kiedy kwiaty były mniej obfite. Aktywność pszczół była znacznie wyższa w południe niż w środku dnia. Nie wykryto istotnych różnic w odliścianiu lub plonie soi pomiędzy działaniami pestycydów. Wyniki te dostarczają informacji o tym, jak zmienia się żerowanie pszczół w trakcie sezonu uprawy soi i w ciągu dnia, co może wpłynąć na zalecenia dotyczące stosowania pestycydów w celu minimalizowania ekspozycji pszczół.
Wprowadzenie
Aplikacje pestycydów mogą wpływać na pyłaki, które żerują w systemach rolniczych1,2,3. Możliwe jest zmniejszenie wpływu pestycydów, przynajmniej częściowo, poprzez czasowanie aplikacji w celu minimalizowania narażenia pyłaków. Pestycydy znane jako toksyczne dla pyłaków noszą etykiety, które zakazują aplikacji, gdy pszczoły są aktywne lub gdy kwiaty są w kwiacie. Ta wskazówka jest zgodna z wytycznymi EPA Stanów Zjednoczonych i informacjami uniwersyteckimi4,5. Jeśli takiej wskazówki się przestrzega, może to zmniejszyć ryzyko aplikacji pestycydów na pszczoły, ale nie zapewnia bardziej szczegółowych porad dotyczących, które etapy wzrostu roślin i konkretne pory dnia mają największą aktywność pszczół. Ponadto badania regulacyjne, które informują o języku na etykiecie, zostały przeprowadzone z pojedynczymi pestycydami i nie uwzględniają synergistycznych interakcji między pestycydami6.
„Mieszanka zbiornikowcza” to połączenie dwóch lub więcej pestycydów w jednej aplikacji7 i jest szeroko stosowane w celu zmniejszenia kosztów aplikacji pestycydów i zmniejszenia kompakcji gleby poprzez minimalizowanie przemieszczania ciężkiego sprzętu aplikacyjnego przez pole8. Jednakże jest to potencjalnie ryzykowna praktyka dla pszczół, ponieważ większość kombinacji pestycydów nie została oceniona pod względem ich potencjalnego wpływu na organizmy niebędące celem9. Mimo to, miksowanie zbiornikowczo jest szeroko stosowane w wielu systemach uprawy, w tym na ciecierzycy10, dyniach11, migdałach12 i soi13,14.
Sojowie są jedną rośliną, w której mieszanki zbiornikowcze pestycydów mogą być szczególnie ważne dla zdrowia pszczół. Pszczoły często żerują na kwiatach soi w poszukiwaniu nektaru, a soja może być głównym źródłem nektaru do produkcji miodu15,16,17,18. Mimo że soja jest samopylna, owadzinia polizacja wielokrotnie wykazała wzrost plonu19,20,21. Ankieta wśród uprawiaczy soi wykazała, że około jedna trzecia aplikacji fungicydów dolistnych była mieszanką zbiornikowczą z dolistnymi insektycydami22. Zaleca się stosowanie fungicydów dolistnych w czasie, gdy soja jest w pełni kwitnąca, aby kontrolować powszechne choroby, takie jak antraknoza, Cercospora plamistość liści, plamistość liści płaskoszy, i rdza soi23,24,25. Dodanie insektycydu do aplikacji fungicydów jest postrzegane przez wielu rolników jako opłacalny sposób na ochronę upraw poprzez zmniejszenie ryzyka wystąpienia problemów z szkodnikami z późniejszego okresu w sezonie26. Jednakże, różnorodność pszczół i innych organizmów niebędących celem jest zagrożona, gdy insektycyd jest uwzględniony w aplikacjach fungicydów wykonywanych podczas kwitnienia soi15,17,27.
Jedna mieszanka fungicydów i insektycydów budząca szczególne zaniepokojenie to kombinacja fungicydów hamujących syntezę steroli (SBI) i insektycydów piretroidowych. Insektycydy piretroidowe są modulatorami kanałów sodowych, które zakłócają impulsy nerwowe u owadów28. Wiele piretroidów jest bardzo toksycznych dla pszczół29,30. Fungicydy SBI hamują enzymy cytochromu P450 monooksygenazy (P450), które są ważne dla tworzenia błon komórkowych grzybów, ale mogą również hamować detoksykacyjne P450, które metabolizują piretroidy i inne ksenobiotyki u pszczół31. Wykazano, że kombinacja fungicydów SBI i insektycydów piretroidowych jest bardziej toksyczna dla pszczół miodnych i trzmieli niż każdy z pestycydów osobno32,33. Z tego powodu aplikacje obejmujące mieszanie zbiornikowcze piretroidowych insektycydów i fungicydów SBI mogą stanowić zagrożenie dla pszczół i innych pyłaków.
Poprzednie prace wskazały, że pszczoły mogą być odstraszane przez niektóre insektycydy piretroidowe34 i że ekspozycja na niektóre piretroidy może zmniejszyć aktywność pszczół35. Jednak również udokumentowało się, że fungicydy, w połączeniu z insektycydami, mogą maskować efekt odstraszający36</
Protokół
Projekt eksperymentalny i przygotowanie polek doświadczalnych
Eksperyment przeprowadzono w lipcu i na początku sierpnia 2023 oraz 2024 roku. Zazwyczaj sezon wegetacyjny soi w stanie Ohio trwa od kwietnia do listopada. Tereny wykorzystane podczas sezonu wegetacyjnego w 2023 roku znajdowały się w hrabstwie Clinton (39.488, -83.769) i hrabstwie Union (40.296, -83.283) w stanie Ohio. Tereny wykorzystane podczas sezonu wegetacyjnego w 2024 roku znajdowały się w hrabstwie Clinton (39.489, -83.762), hrabstwie Preble (39.893, -84.611) i hrabstwie Licking (39.948, -82.501) w stanie Ohio.
W eksperymencie zastosowano randomizowany układ bloków kompletnych w celu kontrolowania efektów przestrzennych na polu soi. W każdym bloku wyznaczono 5 poletek dla konkretnej serii zabiegów. Zabiegi obejmowały dwa stadia wzrostu (R3 i R5) oraz dwa terminy aplikacji (środek przedpołudnia i południe), a także kontrolę niepoddaną zabiegom. W rezultacie w poletkach w obrębie każdego bloku wykonano następujące 4 aplikacje pestycydów: R3 w środku przedpołudnia, R3 w południe, R5 w środku przedpołudnia oraz R5 w południe. Aplikacje w środku przedpołudnia lub w południe odbywały się w oknie czasowym wynoszącym ok. 2 h, przy czym aplikacje przedpołudniowe koncentrowały się wokół godziny 10:00, a południowe wokół godziny 12:30. Oprócz 5 poletek zabiegowych w każdym bloku, wyznaczono 3 poletki zapasowe, które mogły zostać włączone do grupy zabiegowej w przypadku słabego wschodu lub wzrostu soi. Stadia wzrostu roślin soi określono z pomocą przewodników po stadiach wzrostu, takich jak ten opublikowany przez University of Minnesota Extension39.
Bloki poletek soi rozmieszczono w odstępach około 1,016 m (40 in), aby umożliwić badaczom swobodne przemieszczanie się między nimi. Polletka soi miały wymiary 1,9 m na 8,5 m (0,0016 ha; 6,25 ft na 28 ft), a w każdym z miejsc badawczych zastosowano odmianę soi Pioneer P35T155E (Corteva, Indianapolis, IN). W każdej poletce wysiano 6 rzędów w odstępach 38 cm (15 in). Zastosowano normę wysiewu wynoszącą 370 658 nasion na ha (150 000 nasion na ac). Pszczoły biorące udział w eksperymencie pochodziły z populacji lokalnych. Badacze nie wprowadzali dodatkowych pszczół. Autorzy nie mieli wiedzy o istnieniu pasiek stacjonarnych ani wędrownych w pobliżu miejsc przeprowadzania eksperymentu. Wszystkie materiały wykorzystane w eksperymencie wymieniono w Tabeli materiałów.
Przygotowanie pestycydów
Użyte pestycydy to fungicyd Fitness (41,8% substancji czynnej propikonazolu) oraz insektycyd Fastac EC (10,9% substancji czynnej alfa-cypermetryny). Dawki aplikacji pestycydów wynosiły 6 fl oz/ac (438,47 mL/ha) dla fungicydu SBI oraz 3,8 fl oz/ac (277,70 mL/ha) dla insektycydu pyretrynowego. W celu przygotowania pestycydów do aplikacji, 9,375 mL fungicydu SBI oraz 5,937 mL insektycydu pyretrynowego zmieszano z wodą, aby uzyskać końcową objętość mieszaniny w zbiorniku wynoszącą 3 L. Podczas przygotowywania mieszaniny stosowano rękawice odporne na działanie chemikaliów. Końcowe stężenie fungicydu SBI w zbiorniku wynosiło 3,125 mL/L. Końcowe stężenie insektycydu pyretrynowego w zbiorniku wynosiło 1,979 mL/L.
Aplikacja pestycydów
Mieszaninę tę naniesiono na poszczególne działki soi w obrębie każdego bloku przy użyciu wykonanego na zamówienie ręcznego opryskiwacza plecakowego. Mieszaninę pestycydów aplikowano na wierzchołek korony soi przy prędkości ok. 5 km/h. na godzinę. Po rozpoczęciu procesu aplikacji pestycydów dla danej serii zabiegów, wszystkie parcele otrzymały preparat w czasie około 10 minut. Przy użyciu zbiornika o pojemności 3 l można pokryć mieszanką pestycydową obszar o powierzchni około 0,027 ha. Ilość zużytego roztworu oprysku na hektar wynosi około 113 l. Oznacza to, że na każdą parcelę naniesiono około 0,18 l mieszaniny ze zbiornika. Aby uniknąć zniesienia pestycydów na inne parcele pod wpływem wiatru, unikano aplikacji w wietrzne dni. Podczas aplikacji pestycydów stosowano pełne środki ochrony osobistej (koszulę z długim rękawem i długie spodnie, rękawice odporne na działanie chemikaliów, obuwie oraz skarpetki i okulary ochronne). Jeśli wystąpił nadmiar mieszaniny pestycydów po zakończeniu aplikacji został zutylizowany zgodnie z zaleceniami państwowego organu kontroli środowiska.
Konfiguracja i obsługa rejestratora
Ogólna konfiguracja i użytkowanie rejestratorów dźwięku są zbliżone do protokołu opisanego przez innych autorów40. Przenośne rejestratory dźwięku (Sony ICD-PX370) przymocowano rzepem do plastikowych wbijanych słupków ogrodzenia elektrycznego, a nad mikrofonem umieszczono piankę o otwartych komórkach jako osłonę przeciwwietrzną. Stożkową, wydrukowaną w technologii 3D osłonę przeciwdeszczową przymocowano do słupka ok. 3 cm nad rejestratorem, aby chronić go przed warunkami atmosferycznymi.
Rejestratory audio rozmieszczono w centrum każdej działki na około 24 h przed pierwszą aplikacją pestycydów i pozostawiono włączone przez co najmniej 24 h po każdej aplikacji. Na każdy dzień aplikacji wykorzystano dwanaście rejestratorów, po cztery dla każdej grupy pory dnia (przedpołudnie, południe, kontrola) zarówno w R3, jak i w R5.
Przetwarzanie danych audio
Wszystkie nagrania audio zostały przetworzone za pomocą narzędzia uczenia maszynowego „buzzdetect”41, które znajduje się pod adresem: https://github.com/OSU-Bee-Lab/buzzdetect. Narzędzie to zostało przeszkolone w celu odróżnienia brzęczenia owadów od innych dźwięków często występujących w środowisku eksperymentalnym, takich jak samochody, kombajny czy samoloty. Program nie jest w stanie odróżnić brzęczenia Apis mellifera od brzęczenia innych gatunków pszczół. Jednakże buzzDetect potrafi odróżnić dźwięki brzęczenia od niektórych innych dźwięków owadów niebrzęczących, choć konkretne odgłosy (takie jak trele świerszczy, głównie w nocy) są nadal trudne do rozróżnienia. Bardziej szczegółowe instrukcje dotyczące uruchamiania buzzDetect można znaleźć pod adresem: https://buzzdetect.readthedocs.io/en/latest/gui/. Po analizie audio wykorzystano program R42 do obliczenia częstotliwości detekcji w odstępach czasowych 1 godziny i 8 godzin.
Dane dotyczące defoliacji
Oceny defoliacji przeprowadzono poprzez wizualną ocenę liści z górnej części korony soi u 10 roślin w każdej działce objętej eksperymentem, w tym we wszystkich wariantach oraz w nieprowadzonej kontroli, zgodnie z zaleceniami University of Nebraska Extension43. Oceny te wykonano 24 h po zastosowaniu pestycydów w fazie wzrostu R5.
Dane dotyczące wydajności
Z zebranych roślin soi zmierzono plon w buśleach na akr, wykorzystując kombajn do mikroplotów oraz system wagowy do pomiaru ziarna. Pomiary plonu skorygowano do 13% wilgotności. Ploty składały się z 6 rzędów; do pomiarów plonu zebrano ziarno tylko z 4 środkowych rzędów.
Analiza statystyczna
Wszystkie analizy statystyczne przeprowadzono w programie R42. Dane analizowano za pomocą liniowych modeli efektów mieszanych z wykorzystaniem pakietu lme444 lub regresji beta za pomocą pakietu glmmTMB45. Surowe dane z systemu BuzzDetect są dostępne w materiałach uzupełniających. W badaniu przeanalizowano trzy główne rodzaje danych: średnią aktywność pszczół w ciągu 1 h i 8 h po zastosowaniu pestycydów, plon z każdej działki soi oraz stopień defoliacji soi zaobserwowany w fazie wzrostu R5.
Średnią aktywność pszczół wyznaczono obliczając proporcję czasu z dodatnim wynikiem dla bzyczenia pszczół w oknie czasowym 8-godzinnym lub 1-godzinnym. Okno 1-godzinne ma na celu oszacowanie ostrych efektów zastosowania pestycydów na aktywność pszczół, natomiast okno 8-godzinne służy do oszacowania efektów ostrych i resztkowych. Dane dotyczące toksyczności resztkowej dla alfa-cypermetryny nie są dostępne, jednak w przypadku innych pyretroidów zgłaszano występowanie toksyczności resztkowej około 8 h po początkowym zastosowaniu46. Ponieważ obliczenie aktywności pszczół opiera się na proporcji, różnice w aktywności analizowano za pomocą regresji beta przeprowadzonej przy użyciu pakietu R „glmmTMB”. Modele badały średnie wskaźniki wykrywalności w ciągu 1 h lub 8 h po zastosowaniu pestycydów oraz to, jak zmieniały się one przy porównywaniu działek traktowanych z działkami kontrolnymi (warunek „sprayed”), w zależności od stadium wzrostu soi, pory dnia zastosowania pestycydów lub czynnika interakcji między stadium wzrostu a porą dnia. Porównanie między działkami traktowanymi a kontrolnymi jest określone zmienną „sprayed” w formułach obu modeli (1-godzinnego i 8-godzinnego).
W modelu z 1-godzinnym oknem czasowym efektami stałymi były: warunek „oprysk”, stadium wzrostu, pora dnia oraz człon interakcji stadium wzrostu i pory dnia. W modelu zarówno rok, jak i człon interakcji roku z lokalizacją zostały dopasowane jako efekty losowe. Pełny wzór modelu wyglądał następująco:
(1)
Zmienna częstotliwość detekcji odzwierciedla średnią liczbę zaobserwowanych pszczół w stosunku do całkowitego okna obserwacyjnego – w tym przypadku 1 h. Zmienna sprayed określa, czy do działki zastosowano pestycyd, czy była ona niezakwalifikowaną działką kontrolną. Zmienna time_of_day określa, czy detekcje zostały zarejestrowane po porannym lub południowym zastosowaniu pestycydów w wyznaczonym przedziale czasowym. Zmienna stage odnosi się do stadium wzrostu, w którym zarejestrowano detekcje.
W modelu z 8-godzinnym oknem czasowym efektami stałymi były stadium wzrostu oraz warunek „oprysku”. Model 8-godzinny obejmuje godziny nocne w przypadku czasu oprysku w południe, co prowadzi do nieuczciwego porównania między czasem oprysku w południe a czasem w środku poranka. Wynika to z faktu, że aplikacje w południe nie pozwalają na przetestowanie pełnych 8 h toksyczności resztkowej, ponieważ pszczoły są nieaktywne wieczorami, co stanowi znaczną część tych 8-godzinnych okien. Dlatego z modelu wykluczono aplikacje południowe, podobnie jak terminy „pora dnia” oraz „pora dnia:stadium”. Pełny wzór dla tego modelu przedstawiał się następująco:
(2)
Zmienne stopień detekcji, opryskane oraz stadium mają w tej formule takie same znaczenia, jak w formule stosowanej dla okien 1-godzinnych. Jedyną różnicą jest to, że zmienna stopień detekcji jest obliczana dla okna 8-godzinnego. Dane dotyczące plonu przeanalizowano za pomocą liniowego modelu mieszanego. Model uwzględniał liczbę buszli na akr dla każdej poletki oraz sposób, w jaki plon różnił się w zależności od zastosowanejy metody. Efektem stałym w modelu była metoda traktowania, natomiast lokalizacja i rok zostały dopasowane jako efekty losowe. Pełna formuła modelu zapisana jest jako:
(3)
Wyliśnienie liści soi mierzono jako średni procent utraconej powierzchni liści na pole doświadczalne. Do porównania wpływu pory dnia aplikacji pestycydów na procent wyliśnienia zastosowano liniowy model efektów mieszanych. Efektem stałym w modelu była pora dnia, w której opryskano pola. Miejsce i rok uwzględniono jako efekty losowe. Pełny wzór modelu to:
(4)
Wszystkie protokoły zastosowane w niniejszym badaniu zostały zebrane w Pliku uzupełniającym 1.
Wyniki
Aktywność
Model z 8-godzinnym oknem czasowym (Ryciny 1A–B) wykazał istotne różnice w aktywności pszczół w zależności od stadium wzrostu soi (Chi square = 74.35, P < 0.001, df = 1), przy czym średnie wskaźniki wykrywalności były istotnie wyższe w stadium R3 w porównaniu do stadium R5 w ciągu 8 h po zastosowaniu pestycydów. Nie zaobserwowano istotnych różnic w aktywności pszczół pomiędzy działkami kontrolnymi a działkami, na których zastosowano mieszankę w zbiorniku (Chi square = 0.053, P = 0.82, df = 1). W tej analizie średni błąd kwadratowy wyniósł 0.00094. Wariancje dla parametrów uwzględnionych w eksperymencie wynosiły: sprayed = 0.021 oraz stage = 0.041.
Analiza danych audio z godziny następującej po zastosowaniu pestycydów (Rysunki 2A–B) wykazała istotne różnice w aktywności pszczół w zależności od stadium rozwoju soi (Chi square = 12,72, P < 0,001, df = 1) oraz pory dnia (Chi square = 9,97, P = 0,0016, df = 1). Średnia częstotliwość detekcji była wyższa w stadium R3 niż w stadium wzrostu R5. Średnia częstotliwość detekcji była wyższa w godzinie następującej po oprysku w południe niż w godzinie następującej po oprysku w środku przedpołudnia. Nie stwierdzono istotnych różnic w aktywności pszczół w przypadku zastosowania mieszaniny zbiornikowej pestycydów (Chi square = 0,62, P = 0,43, df = 1). Nie zaobserwowano istotnych różnic w przypadku czynnika interakcji pory dnia i stadium wzrostu (Chi square = 2,52, P = 0,11, df = 1). W tej analizie średni błąd kwadratowy wyniósł 0,00094. Szacunki wariancji dla parametrów objętych analizą wynosiły: sprayed = 0,027, time of day = 0,040, stage = 0,090, time of day:stage = 0,14.
Po uśrednieniu wyników ze wszystkich dni eksperymentu, detekcje akustyczne wykazują dzienną tendencję w częstotliwości detekcji, która różni się w zależności od stadium wzrostu soi (Rycina 3). W obu stadiach częstotliwość detekcji zaczyna gwałtownie rosnąć około godziny 10:00 i gwałtownie spada około godziny 17:00. Tendencja ta jest jednak znacznie bardziej wyraźna w stadium wzrostu R3. Dodatkowo, częstotliwość detekcji osiąga znacznie wyższy szczyt około godziny 14:00 w stadium R3 niż w stadium R5.
Dane dotyczące wydajności
Analiza danych dotyczących plonowania (Rysunek 4) nie wykazała różnic w plonie soi pomiędzy wariantami doświadczalnymi. Nie stwierdzono istotnych różnic w plonie soi dla żadnego rodzaju zabiegu (F = 0,16, df = 4, 90,86; P = 0,96).
Defoliacja
Analiza danych dotyczących defoliacji (Rycina 5) nie wykazała istotnych różnic w stopniu defoliacji w zależności od pory dnia aplikacji pestycydów (F = 3.046, df = 2, 56; P = 0.055). Defoliacja była ogólnie niska (<5% w większości przypadków).
DOSTĘPNOŚĆ DANYCH:
Wszystkie surowe dane wykorzystane do stworzenia wykresów i przeprowadzenia analiz statystycznych znajdują się w sekcji materiałów uzupełniających.
Rycina 1: Rozkład średnich częstotliwości detekcji w ciągu 8 h po zastosowaniu pestycydów. (A) Rozkład średnich częstotliwości detekcji (zgrupowany w interwałach 10 min) w ciągu 8 h po zastosowaniu pestycydów w fazie wzrostu R3. (B) Rozkład średnich częstotliwości detekcji (zgrupowany w interwałach 10 min) w ciągu 8 h po zastosowaniu pestycydów w fazie wzrostu R5. Grupy kontrolne nie otrzymały pestycydów. Między żadnymi z grup nie stwierdzono statystycznie istotnych różnic. Wszystkie wykresy pudełkowe przedstawiają linię mediany, kwartyle górny i dolny (górna i dolna krawędź pudełek) oraz wąsy (minimum i maksimum). Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.
Rysunek 2: Rozkład średnich wskaźników wykrywania w ciągu 1 h po zastosowaniu pestycydów. (A) Rozkład średnich wskaźników wykrywania pszczół (zgrupowanych w przedziałach 10 min) w ciągu 1 h po zastosowaniu pestycydów w fazie wzrostu R3. Grupy kontrolne nie otrzymały pestycydów. (B) Rozkład średnich wskaźników wykrywania pszczół (zgrupowanych w przedziałach 10 min) w ciągu 1 h po zastosowaniu pestycydów w fazie wzrostu R5. Grupy kontrolne nie otrzymały pestycydów. Zarówno dla R3, jak i R5, stwierdzono statystycznie istotną różnicę w średnich wskaźnikach wykrywania pomiędzy grupami z połowy poranka a grupami z południa. Wszystkie wykresy pudełkowe przedstawiają linię mediany, kwartyle górny i dolny (góra i dół pudełek) oraz wąsy (minimum i maksimum). Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.
Rycina 3: Średnie wskaźniki detekcji dla wszystkich rejestratorów audio w fazach wzrostu R3 lub R5. Wskaźniki detekcji (zgrupowane w interwałach 10 min), uśrednione dla wszystkich rejestratorów audio użytych w eksperymencie i podzielone według fazy wzrostu. Fałszywie dodatnie wyniki detekcji bzyczenia spowodowane odgłosami świerszczy zaobserwowano w godzinach nocnych, szczególnie około 4:30 rano. Krzywe dla każdej fazy wzrostu nie są nałożone jedna na drugą. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.
Rysunek 4: Plon soi w buszlach na akr dla każdego wariantu badania. Grupa kontrolna nie otrzymała żadnego oprysku pestycydowego. Między grupami nie stwierdzono istotnych statystycznie różnic. Wszystkie wykresy pudełkowe przedstawiają linię średniej (czarne paski), linię mediany, kwartyle górny i dolny (góra i dół pudełek) oraz wąsy (minimum i maksimum). Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.
Rycina 5: Poziomy defoliacji ocenione w stadium wzrostu R5. Defoliacja, wyrażona jako procent brakującej powierzchni liści w przypadku liści soi, została zgrupowana według czasu aplikacji pestycydów w stadium wzrostu R5. Grupa kontrolna nie otrzymała żadnej aplikacji pestycydów. Między żadnymi grupami nie stwierdzono statystycznie istotnych różnic. Wszystkie wykresy pudełkowe przedstawiają linię średniej (czarne paski), linię mediany, kwartyle górny i dolny (góra i dół pudełek) oraz wąsy (minimum i maksimum). Prosimy kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.
Plik uzupełniający 1: W niniejszym dokumencie wymieniono protokoły niezbędne do powtórzenia eksperymentów. Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.
Dyskusja
Chociaż zaleca się zwiedzanianie w poszukiwaniu szkodników i stosowanie pestycydów zgodnie z ramami IPM, zastosowania pestycydów w eksperymencie były profilaktyczne, przeprowadzane w określonych momentach w sezonie wegetacyjnym zgodnie z wcześniej ustalonym harmonogramem, a nie na podstawie presji szkodników. Możliwe, że plony i odliścianie nie zostały dotknięte w tym badaniu po zastosowaniu pestycydów, ponieważ presja szkodników była poniżej gospodarczych progów dopuszczalności. Odliścianie było <5% w więksoności przypadków, co jest poniżej 15% gospodarczego progu uszkodzeń dla fazy reprodukcyjnej soi47. Nie było wyraźnego wpływu profilaktycznego stosowania środka owadobójczego i grzybobójczego na plon soi ani na liczbę przypadków odliściania, które zostały zaobserwowane podczas fazy wzrostu R5. Sugeruje to, że zastosowanie pestycydów nie zachowało plonu soi ani nie odstraszało szkodników roślinożerczych. Jednak nie przeprowadzono zwiedzaniania w poszukiwaniu szkodników, a wyniki dotyczące odliściania sugerują, że w tych polach było niewielu szkodników owadożernych do zwalczania, co jest zgodne z ustaleniami innych autorów48. Podobnie, inni autorzy22 zaobserwowali podobne wyniki, gdzie stosowanie mieszanki zbiorczej pestycydów nie zwiększyło plononości soi, gdy była niewielka lub brak presji szkodników. Wyniki te sugerują, że dodanie środka owadobójczego do zastosowania grzybobójczego przyniosło ograniczone korzyści, gdy presja szkodników była niska. Dlatego dodanie środka owadobójczego może być niepotrzebnym wydatkiem, szczególnie w przypadku stosowania profilaktycznego.
Przypadki brzęczenia pszczół, które zostały użyte jako zamiennik dla aktywności pszczół na soi, nie zostały wpłynięte na zastosowanie mieszanki zbiorczej środka owadobójczego i grzybobójczego ani podczas aplikacji o północy, ani o południu, ani podczas faz R3 czy R5. Dodatkowo, nie zaobserwowano zmniejszenia aktywności pszczół ani w 1-godzinnym, ani w 8-godzinnym oknie obserwacji po zastosowaniu pestycydów. Jest to zaskakujące, ponieważ wcześniejsze prace dokumentowały efekt odstraszający piretroidowych środków owadobójczych34. Może to być spowodowane przez fakt, że środek owadobójczy piretroidowy został połączony z fungicydem. Wcześniej wykazano, że łączenie tych dwóch klas pestycydów zmniejsza odstraszającość36.
Warto zauważyć, że w tym eksperymencie nie zmierzono potencjalnych efektów poza miejscem stosowania pestycydów na pszczoły miododajne (Apis mellifera), które napotkały go na polu. Brak wpływu pestycydów na aktywność pszczół niekoniecznie wskazuje, że pszczoły miododajne żerujące na tych działkach nie zostały dotknięte ekspozycją na pestycydy. Możliwe, że pszczoły miododajne żerujące na polu napotkały pestycyd, kontynuowały żerowanie, a później doświadczyły negatywnych skutków. Badania dokumentują negatywne efekty stosowania mieszanek zbiorczych49 oraz środków owadobójczych piretroidowych30 na pszczołach miododajnych. Możliwe, że pszczoły miododajne zostały negatywnie dotknięte, ale ten efekt nie przełożył się na zmniejszenie aktywności na polu. Sugeruje to, że pszczoły miododajne mogą nie wykazywać zachowania unikania dla niektórych pestycydów/kombinacji, których napotykają na polu. Na polach soi można znaleźć inne pszczoły, takie jak trzmiele czy pszczoły samotne15,17. Te pszczoły są prawdopodobnie nierównomiernie dotknięte stosowaniem pestycydów, które mają miejsce, gdy żerują na kwiatach soi1.
Niniejszy eksperyment rzucił światło na to, kiedy pszczoły są aktywne na polach soi. Pszczoły były bardziej aktywne podczas szczytu kwitnienia soi w fazie R3 niż w fazie R5, zgodnie z wynikami innych autorów40. Dodatkowo, dane sugerują, że pszczoły są bardziej aktywne na soi w środku dnia niż rano. Dzięki temu eksperymentowi stworzono wysokiej rozdzielczości obraz aktywności pszczół w ciągu dnia i w ciągu sezonu wegetacyjnego. Ujawnia to ważne wzorce aktywności pszczół na polach soi, które będą ważne dla opracowania zaleceń dotyczących etykiet i stosowania pestycydów. Wyniki te sugerują, że aplikatorzy pestycydów powinni unikać opryskiwania w fazie R3 i w południe, aby zmniejszyć ekspozycję pszczół na pestycydy. Jednak rolnicy uprawiający soję powinni stosować opryski foliowe tylko wtedy, gdy jest to konieczne, na podstawie aktywności szkodników i gospodarczych progów dopuszczalności.
Oświadczenia
Wszyscy autorzy deklarują brak konfliktu interesów.
Podziękowania
Autorzy dziękują Allenowi Geyerowi z Ohio State University za sadzenie, zarządzanie i zbiór w terenie oraz Arturowi Rodrigues de Souza, Jamesowi Underwoodowi i Allison Davis za pomoc w pracy terenowej. Praca ta została sfinansowana przez Inicjatywę Badawczą ds. Rolnictwa i Żywności Narodowego Instytutu Żywności i Rolnictwa Ministerstwa Rolnictwa Stanów Zjednoczonych w ramach grantu 2022-67019-36437 oraz Programu Wewnętrznego Grantu College of Food, Agricultural, and Environmental Science Ohio State University (Projekt nr 2023-013). Wsparcie badawcze zostało zapewnione przez środki państwowe i federalne przeznaczone na Ohio State University, College of Food, Agricultural, and Environmental Sciences, Ohio Experiment Station (OHO01277; OHO01355-MRF).
Materiały
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| ½ in. (1 cm) soft packing foam | Uline | S-8350 | Okładka mikrofonu do chronienia przed wiatrem, wycięta na 8 x 5 cm |
| 1.75 mm PETG+ 3D Printer Filament - True Red | Inland (Microcenter) | PETG+175FR1 | Filament do wykonania osłony rejestratora, wydrukowany w trybie wazonu, używając https://www.thingiverse.com/thing:7319146/files |
| 4 ft. (1.2 m) step-in fence post for fence wire | Fi-Shock (Tractor Supply Co.) | 3600956 | Kiełza do trzymającej rejestratora |
| 6 in. (15 cm) reusable cable ties | VELCRO | NA | Do przymocowania rejestratora do kiełzy |
| AAA batteries | Procell | NA | Do zasilania ręcznych rejestratorów dźwięku |
| Fastac EC insecticide | BASF Ag Products | EPA: 7969-298 | Piretroidowy środek owadobójczy stosowany w całym eksperymencie. |
| Fitness Fungicide | Loveland products, Inc. | EPA: 34704-1031 | Środek grzybobójczy hamujący biosyntezę steroli (SBI) stosowany w całym eksperymencie. |
| Grain Gauge H2 weighing system | HarvestMaster | NA | Do zbierania danych plonu z działek badawczych |
| Handheld audio recorder | Sony | ICD-PX370 | Rejestrator dźwięku stosowany w całym eksperymencie. Używany specjalnie do rejestrowania danych dźwiękowych na polach sojowych. |
| Pioneer P35T155E | Corteva | P35T155E | Odmiana soi stosowany w całym eksperymencie. |
| Quantum Core plot combine | Wintersteiger | NA | Kombajn używany do zbioru soi podczas eksperymentu. |
| Rain cover | N/A | NA | Do ochrony rejestratorów przed deszczem. Można znaleźć na: https://www.thingiverse.com/thing:7319146 |
| Rubber Bands - 2 x 1⁄16 in. (127 x 1.6 mm), #14 | Uline | S-14723 | Do przymocowania piankowej osłony przeciwwietrznej do rejestratora |
| SeedPro 360 | ALMACO | NA | Do sadzenia nasion soi na działkach badawczych |
Bibliografia
- Raine, N. E., Rundlöf, M. Pesticide Exposure and Effects on Non-Apis Bees. Annual Review of Entomology. , (2024).
- Vanbergen, A. J. Initiative the IP. Threats to an ecosystem service: pressures on pollinators. Frontiers in Ecology and the Environment. , (2013).
- Zhao, G. P., Yang, F. W., Li, J. W., Xing, H. Z., Ren, F. Z., et al. Toxicities of Neonicotinoid-Containing Pesticide Mixtures on Nontarget Organisms. Environmental Toxicology and Chemistry. , (2020).
- Andrews, H., Rose, M. A. Ohio State University Extension. Protecting Pollinators While Using Pesticides. , (2018).
- U.S. Environmental Protection Agency’s Policy to Mitigate the Acute Risk to Bees from Pesticide Products. , United States Environmental Protection Agency. (2017).
- Lydy, M., Belden, J., Wheelock, C., Hammock, B., Denton, D. Challenges in Regulating Pesticide Mixtures. Ecology and Society. , (2004).
- Gandini, E. M. M., Costa, E. S. P., dos Santos, J. B., Soares, M. A., Barroso, G. M., et al. Compatibility of pesticides and/or fertilizers in tank mixtures. Journal of Cleaner Production. , (2020).
- Fishel, F. M. Tank-Mixing Pesticides without Disasters. EDIS. , (2020).
- Tosi, S., Sfeir, C., Carnesecchi, E., vanEngelsdorp, D., Chauzat, M. P. Lethal, sublethal, and combined effects of pesticides on bees: a meta-analysis and new risk assessment tools. Science of The Total Environment. , (2022).
- Pal, V., Singh, G., Dhaliwal, S. S. Effects of Sequential and Tank Mix Applications of Zinc, Iron and Nitrogen on Symbiotic Parameters, Productivity and Economics of Chickpea (Cicer arietinum L.) Under Field Conditions. J Soil Sci Plant Nutr. , (2023).
- Kammler, K. J., Walters, S. A., Young, B. G. Halosulfuron Tank Mixtures and Adjuvants for Weed Control in Pumpkin Production. , (2008).
- Shannon, B., Walker, E., Johnson, R. M. Toxicity of spray adjuvants and tank mix combinations used in almond orchards to adult honey bees (Apis mellifera). Journal of Economic Entomology. , (2023).
- Younesabadi, M., Das, T. K., Sharma, A. R. Effect of tillage and tank-mix herbicide application on weed management in soybean (Glycine max.). IJA. , (2013).
- Bruff, S. A., Shaw, D. R. Tank-mix Combinations for Weed Control in Stale Seedbed Soybean (Glycine max.). Weed Technology. , (2017).
- Gill, K. A., O’Neal, M. E. Survey of Soybean Insect Pollinators: Community Identification and Sampling Method Analysis. Environ Entomol. , (2015).
- Lin, C. H., Suresh, S., Matcham, E., Monagan, P., Curtis, H., et al. Soybean is a Common Nectar Source for Honey Bees (Hymenoptera: Apidae) in a Midwestern Agricultural Landscape. Journal of Economic Entomology. , (2022).
- Rondeau, S., Bosanac, L. F., Raine, N. E., Forrest, J. R. K. Wild bees and wasps (Hymenoptera) visiting soybean (Fabaceae) flowers in eastern Canada. The Canadian Entomologist. , (2025).
- Robacker, D. C., Flottum, P. K., Sammataro, D., Erickson, E. H. Effects of climatic and edaphic factors on soybean flowers and on the subsequent attractiveness of the plants to honey bees. Field Crops Research. , (1983).
- Blettler, D. C., Fagúndez, G. A., Caviglia, O. P. Contribution of honeybees to soybean yield. Apidologie. , (2018).
- Kengni, S. B., Tchuenguem Fohouo, F. N., Ngakou, A. Impact of the foraging activity of Apis mellifera adansonii Latreille (Hymenoptera: Apidae) and Bradyrhizobium fertilizer on pollination and yield components of Glycine max L. (Fabaceae) in the field. IJBR. , (2015).
- De O. Milfont, M., Rocha, E. E. M., Lima, A. O. N., Freitas, B. M. Higher soybean production using honeybee and wild pollinators, a sustainable alternative to pesticides and autopollination. Environ Chem Lett. , (2013).
- Ng, S. J., Lindsey, L. E., Michel, A. P., Dorrance, A. E. Effect of Mid-Season Foliar Fungicide and Foliar Insecticide Applied Alone and In-Combination on Soybean Yield. Crop, Forage & Turfgrass Management. , (2018).
- Hershman, D. E., Sikora, E. J., Giesler, L. J. Soybean Rust PIPE: Past, Present, and Future. Journal of Integrated Pest Management. , (2011).
- Swoboda, C., Pedersen, P. Effect of Fungicide on Soybean Growth and Yield. Agronomy Journal. , (2009).
- Akem, C. N. The effect of timing of fungicide applications on control of frogeye leaf spot and grain yield of soybeans. Eur J Plant Pathol. , (1995).
- Bueno, A. F., Panizzi, A. R., Hunt, T. E., Dourado, P. M., Pitta, R. M., et al. Challenges for Adoption of Integrated Pest Management (IPM): the Soybean Example. Neotrop Entomol. , (2021).
- St Clair, A. L., Dolezal, A. G., Cass, R. P., Hendriksma, H. P., Stein, D. S., et al. Insecticide application prevents honey bees from realizing benefits of native forage in an agricultural landscape. Sci Total Environ. , (2025).
- Mode of Action Classification. , Insecticide Resistance Action Committee. (2024).
- Kumar, G., Singh, S., Nagarajaiah, R. P. K. Detailed Review on Pesticidal Toxicity to Honey Bees and Its Management. Modern Beekeeping - Bases for Sustainable Production. , (2020).
- Liu, Q., He, Q., Zhang, S., Chai, Y., Gao, Q., et al. Toxic effects of detected pyrethroid pesticides on honeybee (Apis mellifera ligustica). Sci Rep. , (2022).
- Haas, J., Nauen, R. Pesticide risk assessment at the molecular level using honey bee cytochrome P450 enzymes: a complementary approach. Environ Int. , (2021).
- Iverson, A., Hale, C., Richardson, L., Miller, O., McArt, S. Synergistic effects of three sterol biosynthesis inhibiting fungicides on the toxicity of a pyrethroid and neonicotinoid insecticide to bumble bees. Apidologie. , (2019).
- Schuhmann, A., Schmid, A. P., Manzer, S., Schulte, J., Scheiner, R. Interaction of Insecticides and Fungicides in Bees. Frontiers in Insect Science. , (2022).
- Rieth, J. P., Levin, M. D. The repellent effect of two pyrethroid insecticides on the honey bee. Physiological Entomology. , (1988).
- Rieth, J. P., Levin, M. D. Repellency of Two Phenylacetate-Ester Pyrethroids to the Honeybee. Journal of Apicultural Research. , (1989).
- Thompson, H., Wilkins, S. Assessment of the synergy and repellency of pyrethroid/fungicide mixtures. Bulletin of Insectology. , (2003).
- Ekabote, S., Raj, P., Divyajyothi, U. In Vivo Bio-efficacy and Phytotoxicity of Propiconazole + Difenoconazole on Soybean. Chemical Science Review and Letters. , (2020).
- Hodgson, E. W., McCornack, B. P., Tilmon, K., Knodel, J. J. Management Recommendations for Soybean Aphid. J Integr Pest Manag. , (2012).
- Naeve, S. L. Soybean growth stage. , (2018).
- Forrester, K. C., Lin, C. H., Johnson, R. M. Measuring factors affecting honey bee attraction to soybeans using bioacoustics monitoring. Journal of Insect Science. , (2024).
- Hearon, L. E., Johnson, L. H. P., Underwood, J., Lin, C. H., Johnson, R. M. buzzdetect: an open-source deep learning tool for automated bioacoustic pollinator monitoring. J Insect Sci. , (2025).
- R Core Team. R: A Language and Environment for Statistical Computing. , (2024).
- Wright, R., McMechan, J. Estimating Soybean Leaf Defoliation. , (2017).
- Bates, D., Mächler, M., Bolker, B., Walker, S. Fitting Linear Mixed-Effects Models Using lme4. Journal of Statistical Software. , (2015).
- Brooks, M. E., Kristensen, K., Benthem, K. J. van, Magnusson, A., Berg, C. W., et al. glmmTMB Balances Speed and Flexibility Among Packages. The R Journal. , (2017).
- US EPA. Residual Time to 25% Bee Mortality (RT25) Data. , (2014).
- Hayashida, R., Hoback, W. W., de Freitas Bueno, A. A test of economic thresholds for soybeans exposed to stink bugs and defoliation. Crop Protection. , (2023).
- Zelaya Mejia, W. D., Tilmon, K., Ortez, O., Lindsey, L. E. Soybean yield was not influenced by foliar insecticide application. Crop, Forage & Turfgrass Management. , (2024).
- Wernecke, A., Frommberger, M., Forster, R., Pistorius, J. Lethal effects of various tank mixtures on honey bees. J Consum Prot Food Saf. , (2019).
Przedruki i uprawnienia
