Die Schädlingsbekämpfungswissenschaft lässt die Komplexität landwirtschaftlicher Systeme oft außer Acht

Communications Earth & Environment Band 4, Artikelnummer: 223 (2023) Diesen Artikel zitieren

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Seit den 1940er Jahren hat der pestizidintensive Pflanzenschutz die Ernährungssicherheit aufrechterhalten, aber auch tiefgreifende Auswirkungen auf die Artenvielfalt, die Umweltintegrität und die menschliche Gesundheit verursacht. Hier verwenden wir eine systematische Literaturrecherche, um die Schädlingsbekämpfungswissenschaft in 65 Entwicklungsländern strukturell zu analysieren. In einem Korpus von 3.407 Veröffentlichungen stellen wir fest, dass die taxonomische Abdeckung auf eine Untergruppe von 48 Pflanzenfressern beschränkt ist. Vereinfachte Zusammenhänge sind an der Tagesordnung: 48 % der Studien werden im Labor durchgeführt. 80 % behandeln Managementtaktiken isoliert und nicht integriert. 83 % berücksichtigen nicht mehr als zwei von 15 Variablen des Agrarsystems. Dem Zusammenspiel von Schädlingen, Krankheitserregern oder Schädlingen und Bestäubern, trophischen Wechselwirkungen zwischen Ökosystemkompartimenten oder der natürlichen Schädlingsregulierung wird nur begrenzte Aufmerksamkeit gewidmet. Durch die Berücksichtigung sozialer Schichten führt der beträchtliche wissenschaftliche Fortschritt im agrarökologischen Management zu einer langsamen Umsetzung auf landwirtschaftlicher Ebene. Wir argumentieren, dass das wissenschaftliche Unternehmen die Systemkomplexität integrieren sollte, um nachhaltige Wege für die globale Landwirtschaft abzustecken und transformative Veränderungen vor Ort zu erreichen.

Weltweit reduzieren tierische Pflanzenfresser die Ernteerträge um 18 % und verursachen erhebliche Nachernteverluste1. Einzelne Pflanzenfresserarten sind für 5–10 % der weltweiten Verluste an primären Nahrungspflanzen verantwortlich2 und haben die größten Auswirkungen in Regionen mit unsicherer Ernährung und schnell wachsenden Populationen, z. B. Afrika südlich der Sahara3. Die wirtschaftlichen Auswirkungen eines Schädlingsbefalls sind erheblich und belaufen sich jährlich auf Produktivitätsverluste und verwaltungsbezogene Kosten in Höhe von mehreren zehn Milliarden US-Dollar4, während ihre umfassenderen gesellschaftlichen Auswirkungen routinemäßig verborgen bleiben5. Verflochtene Faktoren des globalen Wandels wie Klimaerwärmung, Verlust der biologischen Vielfalt und Biozidresistenz verschlimmern diese durch Schädlinge verursachten Verluste und gefährden die globale Nahrungsmittelversorgung6,7,8.

Ein überwältigender Glaube an den Einfallsreichtum des Menschen, von oben nach unten Kontrolle auszuüben9,10 und ein „Sirenenruf“ nach einfachen Lösungen11 haben ineffektive Reaktionsweisen auf diese systemischen Schädlingsherausforderungen hervorgebracht und ihre sozialen und ökologischen Auswirkungen verschärft. Seit den 1940er Jahren sind synthetische Pestizide zum Standardmittel geworden, um Ernten vor Angriffen durch Pflanzenfresser zu schützen. Dies hat zu einer steigenden Intensität des Pestizideinsatzes12 und einer zunehmenden Toxizitätsbelastung13 geführt; Dynamiken, die durch eine Vereinfachung der Agrarökosysteme weiter verstärkt werden14. Durch die Nachahmung ökologischer Prozesse wie der natürlichen biologischen Kontrolle zwingen Pestizide Agrarökosysteme in einen Schwebezustand „erzwungener“ Widerstandsfähigkeit, d. h. in die natürliche Fähigkeit eines Systems, unter kontinuierlichen Veränderungen oder Störungen standzuhalten und sich anzupassen15. Diese übermäßige Abhängigkeit von der Kontrolle therapeutischer Chemikalien hat zu einer enormen Umweltverschmutzung geführt16,17, verringert die Gesamtfaktorproduktivität18, wirkt sich negativ auf die Gesundheit von Produzenten und Verbrauchern19,20 aus und untergräbt die Funktionsfähigkeit des Ökosystems21. Die oben genannten Auswirkungen gehören zu den wichtigsten externen Effekten des globalen Nahrungsmittelsystems22 und das derzeitige Pflanzenschutzsystem trägt insbesondere zu seinen „versteckten“ Kosten bei, die sich derzeit auf 12 Billionen US-Dollar belaufen23. In verschiedenen Teilen des globalen Südens, z. B. in Asien und Lateinamerika, sind die mit Pestiziden und Pestiziden verbundenen Kosten offensichtlich, werden jedoch unregelmäßig quantifiziert12,17.

Um die oben genannten Auswirkungen abzumildern, ist weltweit ein Paradigmenwechsel im Pflanzenschutz und in der Agrarlebensmittelproduktion erforderlich. Agrarökologie und auf Biodiversität basierende Taktiken spielen in einem neuen, wünschenswerteren Paradigma eine herausragende Rolle24,25. Um die Widerstandsfähigkeit wiederherzustellen und systemische Schwachstellen über Skalen- und Sektorgrenzen hinweg auszugleichen, sind transformative Ansätze und eine weitreichende Neugestaltung des Agrarsystems erforderlich26,27,28,29. Ein Systemansatz ist von zentraler Bedeutung für das obige Unterfangen23,30, bei dem landwirtschaftliche Ökosysteme ausdrücklich als dynamische, komplexe und selbstregulierende Systeme berücksichtigt werden9,10,15. Eine Neugestaltung des Systems kann letztendlich zu anpassungsfähigeren, wissensintensiveren und ressourcenschonenderen Methoden der Nahrungsmittelproduktion führen, die die Gesundheit des Planeten schützen18. Es bedarf neuer landwirtschaftlicher Wissensökonomien31, in denen (partizipative) Wissenschaft und eine Echtzeitüberwachung der Lebensmittelsystemprozesse kollektives gesellschaftliches Lernen fördern und den Wandel vorantreiben32,33. Um die vielfältigen sozial-ökologischen Aspekte der Landwirtschaft vollständig zu berücksichtigen, ist inter- oder transdisziplinäre Wissenschaft von entscheidender Bedeutung34,35. Ein interdisziplinäres Verständnis zwischen Ökologie, agronomischer Entscheidungsfindung und den Sozial- und Verhaltenswissenschaften trägt gleichermaßen dazu bei, umsetzbares Wissen zu generieren und den Beitrag des wissenschaftlichen Unternehmens zu maximieren36,37. Ebenso muss eine solide wissenschaftliche Grundlage geschaffen werden, um ökologische Prozesse wie Raubtiere, Parasitismus oder (bottom-up) pflanzenbasierte Abwehrmaßnahmen auf Feld-, Farm- und Landschaftsebene effizient und effektiv zu nutzen21,38,39. Die agrarökologische Wissenschaft kann jedoch nicht zufällig entstehen, sondern muss schrittweise auf einem mehrstufigen Weg entstehen, der vom Grundprinzip der Biodiversität ausgeht40. Um Wege zur nachhaltigen Schädlingsbekämpfung in bestimmten landwirtschaftlichen oder geografischen Kontexten zu verfolgen, ist es daher wichtig, die jeweilige wissenschaftliche Landschaft und die Kernwissensbereiche methodisch abzubilden41.

Im globalen Süden floriert die Agrarwissenschaft, weist jedoch länder- und interregionale Unterschiede in ihrer künftigen Verknüpfung mit einem globalen gesellschaftlichen Lernprozess auf42,43. Ebenso haben viele Länder eine wissenschaftliche Grundlage für nachhaltige Formen der Schädlingsbekämpfung gelegt, z. B. integrierte Schädlingsbekämpfung (IPM), Agrarökologie und biologische Schädlingsbekämpfung44. Als universeller Entscheidungsrahmen, der auf agrarökologischen Prinzipien basiert, passt das ursprüngliche Konzept des IPM gut zum breiteren Resilienzdenken, hat jedoch über einen Zeitraum von sechs Jahrzehnten nicht dazu beigetragen, den Einsatz von Pestiziden einzudämmen45,46. Obwohl grundsätzlich (kontextgerechtes) Wissen für den Übergang zu nachhaltigeren Formen der Pflanzenproduktion und des Pflanzenschutzes vorhanden ist31, wurde keine feinaufgelöste Kartierung durchgeführt. Systematische Literaturrecherchen in westlichen Ländern haben konzeptionell verzerrte Forschungspläne und kritische Lücken in der grundlegenden oder angewandten Schädlingsbekämpfungswissenschaft aufgedeckt47. Da die wissenschaftlichen Agenden im globalen Süden nicht methodisch festgelegt wurden, bleibt unklar, inwieweit die nationale Forschung entlang bestimmter technologischer Entwicklungspfade voranschreitet48,49 und ob wissenschaftlich fundierte Innovationen wahrscheinlich dazu beitragen werden, Nutzpflanzen anzupassen und zu verändern oder zu strecken und zu transformieren Schutzregime50. Um die Schädlingsbekämpfungspraxis effektiv zu verändern, ist es daher wichtig, fundierte, quantitative Einblicke in die Art, Reife und Breite der wissenschaftlichen Forschung zu gewinnen.

In dieser Studie verwenden wir bibliometrische Analysen, um die wissenschaftlichen Grundlagen der Schädlingsbekämpfung im globalen Süden quantitativ zu definieren. Genauer gesagt analysieren wir systematisch die Literaturproduktion von 65 Entwicklungsländern in Afrika, Lateinamerika und der Karibik, Südostasien und dem Nahen Osten über einen Zeitraum von 10 Jahren. Ohne die lokalisierte wissenschaftliche Aktivität zu beeinträchtigen, konzentriert sich unsere Arbeit auf indizierte englische Publikationen in globalen bibliografischen Datenbanken. Nach einer eingehenden Durchsicht der Abstracts protokollieren wir die Identität der Zielbiota und Nutzpflanzen, den Forschungstyp, die IPM-Kernthemen, die relative Abdeckung von Variablen auf Systemebene und den Grad der Einbeziehung von (pflanzlichen, tierischen) Begleitbiota. Wir nutzen die Stratifizierung landwirtschaftlicher Systeme als analytische Linse, um die Wissenschaft zu analysieren und Möglichkeiten für Interdisziplinarität zu erkunden51. Unsere Analysen decken daher auf, wie Wissenschaft durch unterschiedliche kognitive Kontexte geprägt wird und möglicherweise (nicht-)akademisches Lernen, Politik und Praxis beeinflusst. Unsere Arbeit beleuchtet die konzeptionellen Grundlagen und die allgemeine Methodik der Pflanzenschutzwissenschaft im globalen Süden und das Ausmaß, in dem sie die geplante Transformation der globalen Lebensmittelsysteme entweder ermöglichen oder behindern können.

Web of Science-Abfragen ergaben einen ersten Literaturkorpus, der aus 1135 (Südostasien), 2117 (Lateinamerika und Karibik), 593 (Westafrika) und 2079 (Naher Osten) indizierten Publikationen bestand. Nach Abstract-Screening und Entfernung irrelevanter Studien insgesamt jeweils 614; 1362; 327 und 1149 Veröffentlichungen wurden beibehalten. Durch die Entfernung von Duplikaten in den vier Unterregionen entstand ein endgültiger Literaturkorpus von 3.407 internationalen, von Experten begutachteten Publikationen. Die Forschungsergebnisse auf Länderebene schwankten erheblich und reichten über den Zeitraum von 10 Jahren von 0 bis 459 Veröffentlichungen.

In den Unterregionen werden 881 Pflanzenfresser-Taxa (auf Arten- oder Gattungsebene) in 2.891 Fällen abgedeckt. Da sich alle Taxa pflanzenfressend ernähren und in landwirtschaftlichen Umgebungen Schädlingsstatus erreichen können, wurden eventuelle andere Fütterungsarten, z. B. Allesfresser, nicht protokolliert. In 57,4 % der Studien werden einzelne Taxa abgedeckt, während sich der Rest entweder auf mehrere Taxa bezieht oder die Schwerpunktorganismen nicht spezifiziert. Zu den häufigen Pflanzenfressern gehören kosmopolitische Schädlinge von Getreide oder Gartenbauprodukten wie Bemisia tabaci (Insecta: Hemiptera; 110 Studien), Spodoptera frugiperda (Insecta: Lepidoptera; 94), Tuta absoluta (Insecta: Lepidoptera; 80) und Tetranychus urticae (Arachnida: Trombidiformes). ; 72) und Helicoverpa armigera (Insecta: Lepidoptera; 67). Insgesamt ist die Aufmerksamkeit der Forschung nur begrenzt auf einzelne Taxa gerichtet, wobei 94,6 % aller (881) Pflanzenfresser-Taxa in weniger als einer Veröffentlichung pro Jahr erscheinen und nur 0,6 % der Taxa mehr als fünf Veröffentlichungen pro Jahr erhalten (Abb. 1). Für 43 % der (881) Pflanzenfresser-Taxa befasst sich die Forschung mit biologischen Schädlingsbekämpfungsmitteln (BCA). Davon erscheinen 95,4 % der Taxa in weniger als einer Veröffentlichung pro Jahr; BCAs werden am häufigsten bei T. absoluta (3,9 Studien pro Jahr), S. frugiperda (3,2) und T. urticae (3,2) untersucht. Die wissenschaftliche Aufmerksamkeit auf Taxon-Ebene steigt mit dem Auftreten von Insektizidresistenzen (IR) (F1,98 = 68,075, p < 0,01; R2 = 0,41; ergänzende Abbildung 2), obwohl neu invasive Schädlinge, z. B. S. frugiperda oder T. absoluta, deutlich ablenken aus diesem Muster. Ebenso sind prominente Pflanzenfresser mit hoher IR-Inzidenz, z. B. Spodoptera exigua und Spodoptera litura (Insecta: Lepidoptera), vergleichsweise wenig untersucht. Insgesamt liegt die wissenschaftliche Aufmerksamkeit vor allem auf Getreidekörnern (17,6 % Studien), Obst (17,3 %) und nicht stärkehaltigem Gemüse (15,1 %). Obwohl der wissenschaftliche Aufwand für Nahrungspflanzen mit ihrem relativen Anteil an der globalen Referenzernährung übereinstimmt (Pearsons r = 0,925, p < 0,01), weicht er von ihrem proportionalen Beitrag zur globalen Insektizidmasse oder der gesamten Insektizid-Gefahrenbelastung ab (Spearman Ranks ρ = 0,462). , p = 0,13; ρ = 0,315, p = 0,32; Abb. 2, ergänzende Abb. 3).

Wir zeigen den kumulierten Anteil der Pflanzenfresser-Taxa (auf Art- oder Gattungsebene), der unterschiedlich viel wissenschaftliche Aufmerksamkeit erhält, d. h. ausgedrückt durch die jährliche Anzahl von peer-reviewten wissenschaftlichen Veröffentlichungen (X-Achse). Die Veröffentlichungsergebnisse auf Taxon-Ebene werden auf einer logarithmischen Skala dargestellt und zwischen allen Studien und solchen, die sich mit der biologischen Kontrolle befassen, differenziert.

Pro Nahrungspflanzenkategorie wird die wissenschaftliche Aufmerksamkeit als proportionaler Anteil internationaler, von Experten begutachteter Veröffentlichungen aus 65 Entwicklungsländern im Zeitraum 2010–2020 ausgedrückt. Im linken Feld ist der relative Beitrag jeder Kulturkategorie zu einer globalen Referenzdiät mit einer Zielaufnahme von 2500 kcal/Tag dargestellt22. Daten werden nur für acht Nahrungspflanzenkategorien angezeigt: Vollkorn, Wurzel- und Knollenfrüchte (z. B. stärkehaltiges Gemüse), Gemüse, Obstpflanzen, Hülsenfrüchte (z. B. Bohnen, Linsen, Erbsen, Soja, Erdnüsse), Baumnüsse, Palmen oder Gemüse Ölpflanzen und Zuckerpflanzen. Im rechten Feld wird die wissenschaftliche Aufmerksamkeit der proportionalen Gefahrenbelastung durch Insektizide gegenübergestellt. Die Gefahrenbelastung (kg Körpergewicht) gibt die Masse eines Menschen oder eines Nichtzielorganismus an, die erforderlich ist, um die eingesetzten Insektizide ohne schädliche Wirkung aufzunehmen. Die gepunktete Linie in beiden Diagrammen zeigt ein Verhältnis von 1:1 an.

Von allen Studien umfassen 47,9 % Labor- oder Tischforschung und 7,8 % Literaturrecherchen, während 6,2 % bzw. 49,0 % auf Gewächshaus- (oder Halbfeld-) und Feldebene durchgeführt werden. Mehrere Studien umfassen mehr als einen Forschungstyp. Von den acht Themenbereichen des integrierten Schädlingsmanagements (IPM)52 befassen sich die Studien hauptsächlich mit der Bioökologie sowie dem präventiven und kurativen nichtchemischen Management (Abb. 3). Themen wie Wirtspflanzenresistenz (HPR), sterile Insektentechnik (SIT) und die Entwicklung oder Validierung von Entscheidungsschwellen auf Feldebene kommen in jeweils 7,7 %, 1,1 % und 0,5 % der Studien vor. Botanische Insektizide werden in 5,9 % der Studien behandelt, BCAs in 32,5 % der Studien, während sich nur 11 Veröffentlichungen (0,3 %) mit dem präventiven Chemikalienmanagement befassen. Im Hinblick auf den Fokus auf Organismen lassen 45,5 % aller Studien begleitende Biota (Tier, Pflanze, Nutzpflanze, Nicht-Kulturpflanze) aus und 36,6 % betrachten ausschließlich einen oder mehrere Zielschädlinge. Die 2.086 Management-zentrierten Studien berücksichtigen 1,2 ± 0,5 (x̄ ± SD) Arten von Taktiken, d. h. sie umfassen entweder präventives oder heilendes, chemisches oder nicht-chemisches Management. Davon bewerten 1674 Studien (80,2 %) nur eine Art von Taktik und 28,6 % beinhalten heilende chemische Kontrolle. In Studien mit synthetischen Insektiziden bewerten 22,2 % deren (nicht zielgerichtete) Auswirkungen auf BCAs oder ihre Kompatibilität mit diesen. Schließlich werden Ertrag und Einnahmen auf Betriebsebene nur in 9,3 % und 2,4 % der Studien als Endpunkte verwendet.

Muster werden aus einer systematischen Literaturrecherche von 3407 Veröffentlichungen im Zeitraum 2010–2020 abgeleitet. Gestapelte Balken unterscheiden Labor- oder Übersichtsstudien (dunkelblau) optisch von Gewächshaus- oder (Halb-)Feldstudien (hellblau). Die Themen beziehen sich auf Kernkomponenten des konzeptionellen Rahmens für den integrierten Pflanzenschutz (IPM)52, wobei eine einzige Veröffentlichung regelmäßig mehrere Themenbereiche abdeckt. Nicht-chemische Vermeidungsstrategien bilden die Grundlage der „IPM-Pyramide“, während der effektive Einsatz von Chemikalien als „Maßnahme des letzten Auswegs“ gilt. Vorbeugendes nicht-chemisches Management umfasst eine Reihe verschiedener Praktiken, z. B. Pflanzenhygiene, Kulturkontrolle, Zwischenfruchtanbau und Sortenresistenz39. IRM bezieht sich auf das Resistenzmanagement gegen Insektizide.

Als nächstes verwendeten wir eine hierarchische Schichtung51, um zu beurteilen, inwieweit wissenschaftliche Untersuchungen mit den sozial-ökologischen Schichten eines landwirtschaftlichen Systems und den darin enthaltenen Prozessen oder (tierischen, pflanzlichen) Biota übereinstimmen. Insbesondere berücksichtigten wir 15 Variablen des Landwirtschaftssystems auf zunehmender räumlicher Ebene und Komplexität und berücksichtigten dabei Raum, Zeit und Gendimensionen 39,53. In den 1832 Publikationen, die Gewächshaus- und (Halb-)Feldforschung umfassen, werden landwirtschaftliche Systemvariablen und Begleitbiota in unterschiedlichem Umfang abgedeckt (Abb. 4). Studien berücksichtigen lediglich 1,8 ± 1,0 (von 15) Systemvariablen und 0,6 ± 0,8 (von 6) Begleitbiota. Zielpflanzenfresser (81,1 % der Studien), Schädlingsbekämpfungssysteme (29,0 %) und Pflanzengenetik oder Phänologie (21,0 %) spielen in der Feldforschung eine herausragende Rolle, während der interspezifischen Diversität im Raum, d. h. Mischkulturen (6,5 %), große Aufmerksamkeit gewidmet wird. ). Umgekehrt werden Systemvariablen wie die interspezifische Pflanzenvielfalt im Zeitverlauf (z. B. Rotationsschemata; 1,4 %), die Bodenfeuchtigkeit oder Bewässerung (0,9 %) und die intraspezifische Pflanzenvielfalt (0,2 %) regelmäßig außer Acht gelassen. Bestimmte Variablen innerhalb einer bestimmten Schicht (z. B. Boden, Bauernhof oder Landschaft) oder schichtübergreifend (z. B. Boden x Pflanzenvielfalt) werden häufig gleichzeitig berücksichtigt (Abb. 4). Ebenso werden häufig Begleitbiota wie BCAs (34,7 %) und Nicht-Kulturpflanzen (7,6 %) im Vergleich zu Bestäubern (1,6 %), Bodenfauna und -flora (3,1 %) oder Pflanzenpathogenen (4,5 %) untersucht. Zu den BCA-Organismen zählen Wirbeltiere (1,2 % der Studien), wirbellose Raubtiere (16,5 %), wirbellose Parasitoide (15,9 %), Mikrobiota (8,5 %) und Viren (1,0 %). Die Art der Schädlingsbekämpfung beeinflusst die Anzahl der Systemvariablen (ANOVA, F2.937 = 73,634, p < 0,001) und die proportionale Abdeckung der Systemschichten (Boden: X2 = 47,761, p < 0,001; Pflanze: X2 = 140,070, p < 0,001; Feld). : X2 = 111,288, p < 0,001; Bauernhof: X2 = 32,383, p < 0,001; Landschaft: X2 = 24,389, p < 0,001; Soziales:

Radardiagramme geben den Anteil der von Experten begutachteten Veröffentlichungen im Zeitraum 2010–2020 an, die sich mit einer bestimmten Variablen auf Systemebene (a) oder Begleitbiota (b) befassen, wobei eine einzelne Veröffentlichung regelmäßig mehrere Variablen abdeckt. Die Länge jedes Radius ist proportional zur Größe der Variablen (Bereich 0–1). Es werden ausschließlich Daten für 1832 veröffentlichte (Halb-)Feld- oder Gewächshausstudien angezeigt. Die nummerierten Variablen in Tafel a beziehen sich auf Komponenten oder Schichten eines landwirtschaftlichen Systems und reichen von einem (Schwerpunkt-)Schädling, Saatgut oder Nutzpflanze bis hin zu ganzen Landschaften oder sozialen Aspekten, z. B. Landwirten. Eine Heatmap (c) spiegelt das Ausmaß wider, in dem Variablen auf Systemebene, mit Ausnahme des Schwerpunktschädlings (Nr. 1), gleichzeitig in der Feldforschung berücksichtigt werden. Es wird zwischen genetischen, räumlichen und zeitlichen Dimensionen der Nutzpflanzendiversifizierung unterschieden53. OM bezieht sich auf organisches Material und BCA auf biologisches Kontrollmittel.

Es werden Daten für die (Halb-)Feld- und Gewächshausstudien von 1832 aufgezeichnet. Das rechte Feld stellt die Anzahl (Mittelwert ± SD) der Systemvariablen dar, die in Studien zu einem der drei Managementtypen abgedeckt werden. Für jeden Bewirtschaftungstyp wird die relative Abdeckung von sechs Schichten des Landwirtschaftssystems dargestellt. Studien, die mehr als einen einzelnen Managementtyp abdecken, sind von der Analyse ausgeschlossen (Daten im Text).

Für die fünf wichtigsten kosmopolitischen Pflanzenfresser unterscheidet sich die wissenschaftliche Aufmerksamkeit auf Taxa-Ebene geografisch (Chi-Quadrat X2 = 182,903, p <0,001; ergänzende Abbildung 4). Taxa wie T. urticae werden hauptsächlich im Nahen Osten untersucht, während die Forschung an S. frugiperda weitgehend auf Lateinamerika beschränkt ist. Die meisten Veröffentlichungen befassen sich mit Labor- und Desktop-Forschung, was 77,8 % der Studien für T. urticae entspricht. Mittlerweile machen (Halb-)Feld- oder Gewächshausforschungen 18,1 % bzw. 25,8 % der Studien für T. urticae und S. frugiperda aus. Unter den oben genannten fünf Taxa stellt die Bioökologie ausnahmslos das beliebteste Thema dar (Bereich 37,5–55,9 % der Studien), während kuratives und präventives nichtchemisches Management gleichermaßen hohe Beachtung findet. Insgesamt kommen (chemische, nicht-chemische) Heilmaßnahmen in jeweils 31,0 %, 14,3 %, 86,4 %, 100,0 % bzw. 19,0 % mehr Studien vor als präventive nicht-chemische Maßnahmen für B. tabaci, S. frugiperda, T. absoluta, T . urticae und H. armigera. Darüber hinaus werden bei vier Pflanzenfresserarten häufiger heilende nichtchemische Maßnahmen abgedeckt. Die wissenschaftliche Abdeckung der biologischen Bekämpfung unterscheidet sich zwischen den Taxa (X2 = 10,544, p = 0,032), wobei BCAs in 28,2 % (B. tabaci) bis zu 48,8 % (T. absoluta) aller Studien vorkommen. Mittlerweile tauchen pflanzliche Insektizide in 6,3–13,9 % der Studien auf. Gewächshaus- oder (Halb-)Feldstudien konzentrieren sich in erster Linie auf das Schädlingsbekämpfungsregime (für T. absoluta, T. urticae oder H. armigera) oder die Pflanzengenetik und Phänologie (für S. frugiperda und B. tabaci; Abb. 6). zu einer „fokalen Schädlingsvariable“, die in 94,3–100,0 % der Studien vorkommt. Die wissenschaftliche Aufmerksamkeit richtet sich in erster Linie auf Pflanzen- und Feldschichten, die bis zu 42,8 % bzw. 21,6 % der Studien ausmachen (Abb. 6). Höhere Schichten (z. B. soziale, landwirtschaftliche oder landschaftliche Ebene) und unterirdische Prozesse erhalten durchweg weniger Aufmerksamkeit. Schließlich unterscheidet sich in Feldstudien die Anzahl der Systemvariablen und Begleitbiota nicht zwischen den Taxa (H = 2,484, p = 0,648; H = 5,338, p = 0,254) und liegt zwischen 1,8–2,0 bzw. 0,6–1,0. Selbst bei Insektenüberträgern wie B. tabaci kommen Pflanzenkrankheiten oder deren ursächliche (virale) Krankheitserreger nur in 17,6 % der Feldstudien (N = 51) und 14,5 % aller Studien (N = 110) vor.

Die Daten spiegeln die wissenschaftliche Leistung in 65 Entwicklungsländern im Zeitraum 2010–2020 wider. Innerhalb des konzentrischen Ringdiagramms spiegelt der genaue Umfang jeder Schleife den prozentualen wissenschaftlichen Abdeckungsgrad einer bestimmten Schicht des Landwirtschaftssystems in der gesamten Forschungsleistung für eine bestimmte Schädlingsart wider (Gesamtumfang entspricht 100 %). Die genaue Anzahl der wissenschaftlichen Publikationen zu einem bestimmten Stratum ist in Klammern neben dem jeweiligen Loop angegeben. Muster werden für jede Schädlingsart individuell aufgezeichnet. Boden-, Feld- und Pflanzenschichten umfassen mehrere Variablen auf Systemebene.

Pflanzenfresser-Taxa, für die eine von zehn weniger häufigen Systemvariablen untersucht wurde (d. h. das Weglassen von Schwerpunktschädlingen, Nutzpflanzen, Bewirtschaftungsregime, Landschaft und sozialen Aspekten), erhalten im Vergleich zu allen Taxa insgesamt höhere Forschungsergebnisse (H = 220,178, p < 0,001). In ähnlicher Weise kommen Taxa, für die einer der fünf Arten von Begleitbiota (mit Ausnahme von BCAs) untersucht wurde, in vergleichsweise mehr Veröffentlichungen vor (H = 158,062, p < 0,001). Daher sind landwirtschaftliche Systemforschung und Multi-Gilden-Studien konsequent auf Pflanzenfresser ausgerichtet, die in den vier Schwerpunktregionen ein entscheidendes Maß an wissenschaftlicher Aufmerksamkeit erhalten.

Mitte des 20. Jahrhunderts brach für die globale Landwirtschaft ein chemisches Zeitalter an. Mit dem Aufkommen synthetischer Insektizide verordneten ausgebildete Entomologen Sprühsysteme gegen einzelne Schädlinge auf der Ebene einzelner Felder54. Als in den 1950er Jahren nachteilige Nebenwirkungen sichtbar wurden, wurden Forderungen nach einer völligen Überarbeitung dieses „überwachten Kontroll“-Ansatzes laut45 und ein integrativer Systemansatz wurde als Leitprämisse für eine nachhaltige Schädlingsbekämpfung befürwortet30,55,56. Dennoch ist das Versäumnis, ein solches systemzentriertes Management in den letzten Jahrzehnten zu verfeinern und einzusetzen, der Kern allgegenwärtiger sozialer und ökologischer Probleme. In dieser Studie enthüllen wir, wie Entwicklungsländer umfangreiches wissenschaftliches Wissen generieren, das jedoch durch disziplinäre Spezialisierung fragmentiert ist, die sich auf einen Bruchteil der Pflanzenfresser-Taxa konzentriert, auf die Untersuchung von Phänomenen in vereinfachten „Mikrowelten“57 ausgerichtet ist und sich auf heilende Kontrolle konzentriert. Konkret werden 48 % der Studien im Labor durchgeführt, 46 % lassen Begleitbiota- oder Wirtspflanzeneffekte außer Acht und 83 % der Feldforschung befassen sich mit zwei oder weniger Systemvariablen (von 15). Selbst bei mobilen, polyphagen Pflanzenfressern wie S. frugiperda und H. armigera werden Agrar- und Landschaftsschichten nur in 3–8 % der Feldstudien berücksichtigt, während soziale Schichten routinemäßig weggelassen werden. Obwohl grundlegende IPM-Themen wie die Bioökologie von Schädlingen große wissenschaftliche Aufmerksamkeit erhalten, werden Managementtaktiken in > 80 % der Studien isoliert untersucht. Die Organismenschwerpunkte spiegeln eine verzerrte wissenschaftliche Aufmerksamkeit gegenüber insektizidresistenten (IR) Pflanzenfressern und neueren Invasoren wider, während nährstoffreiche, pestizidintensive Nutzpflanzen nur unzureichend untersucht werden. Obwohl ökologische Regulierung und Ökosystemdienstleister häufig angesprochen werden, ist die Taxon-Abdeckung begrenzt. Unser bahnbrechender Versuch, die Schädlingsbekämpfungswissenschaft im globalen Süden methodisch zu analysieren, zeigt, dass dieses Unterfangen nach wie vor stark reduktiv, schädlingszentriert und auf Ein-Faktor-Lösungen ausgerichtet ist. Wir argumentieren, dass das aktuelle wissenschaftliche Unternehmen wenig zum ganzheitlichen Resilienzdenken oder zur „integrierten“ Schädlingsbekämpfung beiträgt und daher kein problemorientiertes Instrument für transformatives Handeln ist.

Ökologisch orientierte Schädlingsbekämpfung ist wissensintensiv und erfordert tiefgreifende, kontextspezifische Einblicke in die Biologie der Zielpflanzenfresser, koexistierender Biota und damit verbundener ökologischer Prozesse24,46. Um die trophische Regulierung wirksam zu nutzen, muss die Entdeckung und Beschreibung der Biodiversität parallel zu einer empirischen Validierung und Manipulation prozessbasierter Mechanismen erfolgen40,58. Bei asiatischem Rohreis beispielsweise ermöglicht ein gründliches Verständnis der Identität, Ökologie und trophischen Wechselwirkungen von Pflanzenfressern eine vorbeugende Bekämpfung von Schädlingsausbrüchen59. Dies hat einen drastischen Abbau von Pestiziden auf regionaler Ebene ermöglicht, was in einigen Fällen zu einer Diversifizierung in Reis-Fisch-Systeme geführt hat und gleichzeitig den Ertrag erhalten oder sogar verbessert hat60,61. Im globalen Süden erhalten lediglich 5 % bzw. 2 % der Pflanzenfresser-Taxa ein kritisches Maß an Aufmerksamkeit (d. h. mindestens 1 Artikel/Jahr) im Hinblick auf allgemeine wissenschaftliche Untersuchungen oder Studien zu biologischen Schädlingsbekämpfungsmitteln (BCA). Daher fehlen grundlegende bioökologische Informationen für die meisten landwirtschaftlichen Pflanzenfresser von Hülsenfrüchten oder Maniok – wichtige Bestandteile einer gesunden Ernährung, z. B. in Afrika und Amerika62. Wenn man bedenkt, wie traditionelle, biodiverse Landwirtschaftssysteme zunehmend abgebaut, chemisch intensiviert oder in vereinfachte Landschaftsmatrizen eingebettet werden, ist es von entscheidender Bedeutung zu beurteilen, wie ökologische Regulierung die Widerstandsfähigkeit stärkt und verhindert, dass Pflanzenfresser den Schädlingsstatus erreichen21,63. Dies kann dazu beitragen, trophische Kaskaden, Regimewechsel und Schädlingsausbrüche, die aus dem Verlust der Pflanzen-, Tier- oder Lebensraumvielfalt resultieren, vorherzusehen, zu verhindern oder sogar umzukehren. Beispielsweise hätte ein breiterer Fokus auf Organismen, der über die ursprünglichen Zielpflanzenfresser hinausgeht, sekundäre Ausbrüche von saftfressenden Hemipteren in transgenen Bt-Pflanzen verhindern können – letztere zielten auf die Bekämpfung von Lepidopteren-Schädlingen ab64. Darüber hinaus kann eine eingehende Untersuchung der ökologischen Mechanismen im heimischen Verbreitungsgebiet invasiver Schädlinge zu naturverträglichen Eindämmungsoptionen führen65. Ebenso muss die wissenschaftliche Tätigkeit im Bereich nährstoffreicher, pestizidintensiver Nutzpflanzen wie Obst, Hülsenfrüchte und (stärkehaltiges) Gemüse, z. B. Kartoffeln, gestärkt werden. Es ist unklar, ob die zusätzliche Betonung von IR-Schädlingen gerechtfertigt ist, dh eine echte Widerspiegelung der (betriebsbezogenen) Organismenprioritäten oder ein Versuch einer symptomatischen Kontrolle pestizidbedingter Probleme. Darüber hinaus sind BCA-bezogene Studien auf eine Untergruppe von Parasitoiden und Raubtieren von Wirbellosen im Vergleich zu Wirbeltieren oder Krankheitserregern ausgerichtet66,67. Die interdisziplinäre Zusammenarbeit, z. B. mit Pathologen oder Bestäubungsökologen, ist begrenzt, da sich nur 1–5 % aller Studien auf Pflanzenpathogene oder Bestäuber beziehen. Insbesondere bei durch Insekten übertragenen Krankheitserregern ist dies kontraintuitiv, da die unterschiedlichen (tritrophen) Abwehrkräfte gegen beide Stressfaktoren idealerweise synchron untersucht werden. Ebenso wird Begleitbiota wie Unkräutern und Bodenfauna, die die tritrophische Abwehr aufrechterhält, kaum Beachtung geschenkt39,68. Ein Nachteil unserer Studie besteht jedoch darin, dass sie die umfangreichen, qualitativ hochwertigen und sichtbaren wissenschaftlichen Ergebnisse westlicher Länder und anderer Nationen im globalen Süden, z. B. China oder Brasilien42,43, außer Acht lässt, die für kosmopolitische Pflanzenfresser wie B. tabaci relevant sein könnten . Dennoch erinnern unsere Ergebnisse an die in australischen Getreidesystemen, wo ein Mangel an taxonomischer Auflösung, oberflächliche wissenschaftliche Kenntnisse über wichtige Schädlinge und ein mangelndes Verständnis des Regulierungspotenzials von BCAs einen nachhaltigen Pflanzenschutz behindern47. Angesichts des oben Gesagten übt der Wunsch, das wissenschaftliche Verständnis eines kleinen Teils der Biota zu verbessern, d. Der Pflanzenschutzwissenschaft sind diese Hindernisse nicht eigen; Vergleichbare blinde Flecken gibt es in der Bodenbiodiversitäts- und Ökosystemfunktionsforschung69,70 sowie in der globalen Untersuchung von Wirbellosen in verschiedenen Ökosystemen58. Die Grundlagenforschung in den Bereichen Taxonomie, Biologie und Ökologie hinkt daher entscheidend hinterher. Angesichts der Tatsache, dass der globale Wandel die Schädlingsprobleme durch negative Auswirkungen auf die oberen trophischen Schichten, Nahrungsnetze und Ökosystemfunktionen8,41,63 verschärft, sollten diese Wissenslücken geschlossen werden.

Seit Jahrzehnten verfolgen Wissenschaftler eine „Illusion“ von IPM, während die überwachte Steuerung ständig neu erfunden wird71. Dies wird in unseren Analysen deutlich. Erstens erhalten heilende Maßnahmen immer mehr wissenschaftliche Aufmerksamkeit und werden in 37 % der Studien abgedeckt (gegenüber 31 % bei präventiven, nicht-chemischen Maßnahmen). Für fünf weltweit wichtige Pflanzenfresser kommen Heilmaßnahmen in bis zu 100 % mehr Studien vor als nicht-chemische präventive Maßnahmen (ergänzende Abbildung 4). Obwohl nicht-chemischen Alternativen wie wirbellosen oder mikrobiellen BCAs große Aufmerksamkeit gewidmet wird, gibt es eine Tendenz, die wissenschaftliche Forschung auf ihre Verwendung als verschreibungspflichtige, kommerzialisierte therapeutische Instrumente auszurichten30. Dieser Trend birgt jedoch deutlich weniger Risiken als die chemische Bekämpfung und kann die Widerstandsfähigkeit der Systeme wiederherstellen30. Andere nicht-chemische Taktiken, wie z. B. Pflanzenstoffe, verdienen eine kritische Untersuchung ihrer nicht zielgerichteten Auswirkungen. Zweitens behandeln weniger als 20 % der Studien Mehrkomponententechnologien auf „integrierte“ Weise in tragfähigen Produktionssystemen, dh gemäß den Grundprinzipien von IPM. Dies ist überraschend, da eine taktische Integration mehrerer nicht-chemischer Präventivmaßnahmen (z. B. Diversifizierung der Nutzpflanzen) über räumliche oder zeitliche Skalen hinweg die produktive Leistung von Anbausystemen verbessert72. Drittens sind Entscheidungsschwellen zwar zentrale IPM-Funktionen, die Managementmaßnahmen auf Betriebsebene steuern46,73, doch gibt es praktisch keine Studien, die sie entwickeln oder validieren. Da kontextspezifische Entscheidungshilfen fehlen, fehlen den Landwirten grundlegende Faustregeln dafür, was einen ertragsbegrenzenden Schädling darstellt oder wann Bewirtschaftungsmaßnahmen wirtschaftlich gerechtfertigt sind. Schließlich befassen sich lediglich 18 % bzw. 0,3 % der Studien mit dem heilenden oder präventiven Einsatz von Insektiziden. Dies liegt weit über den 0,5 % der Pestizid-bezogenen Artikel in gängigen ökologischen Fachzeitschriften12, steht aber im Widerspruch zur Allgegenwärtigkeit synthetischer Insektizide in globalen Agrarökosystemen74 oder der raschen Verbreitung von „Versicherungs“-Schädlingsbekämpfung mithilfe von mit Insektiziden beschichteten Samen oder Bodentränkungen75. Obwohl eine erhöhte Aufmerksamkeit für die biologische Kontrolle von Wirbellosen oder Mikroben lobenswert ist, wird diese Praxis weltweit nur auf weniger als 1 % der landwirtschaftlichen Nutzfläche angewendet76. Dennoch erobern insbesondere mikrobielle BCAs zunehmend Einzug in konventionelle oder ökologische Landwirtschaftssysteme77. Nützliche Pilze, bakterielle Impfmittel, (Myko-)Viren oder Bakteriophagen warten alle darauf, beispielsweise mit verhaltensmodifizierenden Chemikalien oder proteinbasierten Taktiken integriert zu werden, um eine nichtchemische Schädlingsbekämpfung zu ermöglichen. Auf den 77,4 Millionen Hektar ökologisch angebauter Fläche, d. h. 1,6 % der weltweiten Agrarfläche oder lediglich 0,7 % im globalen Süden, werden plausibel andere Formen der nichtchemischen Bekämpfung sowohl zur Heilung als auch zur Vorbeugung eingesetzt78. Unterdessen spiegelt die unaufhaltsame weltweite Verbreitung chemischer Kontrollen12,44,74,75 die Unfähigkeit wider, aus den beträchtlichen Forschungsfortschritten im nicht-chemischen präventiven Management Kapital zu schlagen. Die verzögerte Umsetzung dieser Praktiken ist ein Zeichen dafür, dass die zugrunde liegenden Bereiche der wissenschaftlichen Forschung schlecht kalibriert und konzeptualisiert sind. Tatsächlich führt die agrarökologische Forschung unregelmäßig zu wünschenswerten Ergebnissen, indem sie einen oder mehrere Schritte im sequentiellen Prozess überspringt, um die Kraft der biologischen Vielfalt zu nutzen36,40. Da sich das wissenschaftliche Unternehmen weiterhin auf Heiltaktiken konzentriert und dabei die entscheidende Rolle von Entscheidungshilfen oder dem breiteren unterstützenden Umfeld außer Acht lässt, ist es insgesamt fraglich, ob es jemals mit der IPM-Fantasie brechen wird. Die Fehlerbehebung bei BCA oder der Agrarökologiewissenschaft und die Beseitigung ihrer soziotechnischen Hürden bei der Einführung ist daher unerlässlich, um das Potenzial der Wissenschaft zur Transformation der Praxis zu maximieren36,44.

Ein interdisziplinärer Systemansatz ist unerlässlich, um die Widerstandsfähigkeit des Lebensmittelsystems zu stärken und pestizidbedingte externe Effekte zu mildern23, aber die Fähigkeit der Wissenschaftler, landwirtschaftliche Systeme als „Ganzes“ zu betrachten, wird durch tief verwurzelte schädlings- oder pflanzenzentrierte (im Vergleich zu prozesszentrierten) Ansätze behindert. Ansätze26,49,79. Unsere Literaturanalysen zeigen, wie die Wissenschaft durch Abstraktion gelähmt ist und selten Systemvariablen oder Biota abdeckt, die über den zentralen Schädlings-, Nutzpflanzen- oder (auferlegten) Bewirtschaftungsplan hinausgehen. Laborumgebungen oder Gewächshäuser bilden regelmäßig den Ort für Mikrowelten, in denen Phänomene bedingt auf vereinfachte Beobachtungskontexte angewiesen sind57. Die übrigen Studien beschränken sich auf die Abgrenzung von Pflanzen, Nutzpflanzen oder Feldern und berücksichtigen selten (ober- oder unterirdische) Ökosystemkompartimente oder soziale Schichten. Der Großteil der Feldstudien befasst sich nicht mit mehr als zwei Systemvariablen, insbesondere solchen, die sich auf unterschiedliche hierarchische Schichten beziehen, z. B. Boden x Pflanzenvielfalt. Auch intraspezifische Diversifizierungs- oder Rotationssysteme erhalten trotz ihres bedeutenden Beitrags zum nachhaltigen Pflanzenschutz80 kaum Beachtung. Obwohl eine Diversifizierung in mehreren Dimensionen (Raum, Zeit, Gen) nicht immer notwendig ist53, hat das Weglassen dieser Maßnahmen von Anfang an Auswirkungen auf den Bereich der Schädlingsbekämpfungslösungen. Molekularbiologen, Pflanzenzüchter oder Bodenökologen agieren überwiegend im Mikromaßstab29, auch wenn sich ihre Schädlingsziele weiträumig ausbreiten und nur sporadisch kurzlebige Kulturflächen besiedeln. Ebenso vernachlässigen Wissenschaftler, die auf Meso- oder Makroebene agieren, häufig (ökologische, bewirtschaftungsbedingte) Prozesse auf Samen-, Pflanzen- oder Bodenebene25,39. Da schließlich nur 2 % der Studien entscheidungsrelevante Kennzahlen wie Umsatz oder mehrjährige Nutzen-Kosten-Verhältnisse abdecken, wird die Überzeugung der vorgesehenen Endnutzer, d. h. der Landwirte, effektiv zu einer Zwickmühle24,36,73. Diese räumliche Diskrepanz, das Versagen bei der Durchführung ganzheitsorientierter Wissenschaft und die Unfähigkeit, eine sinnvolle Verbindung zu Menschen herzustellen, z. B. durch Überschneidungen mit den Verhaltenswissenschaften, resultieren aus disziplinärer Spezialisierung und großen konzeptionellen Spaltungen innerhalb der Agrar- und Ernährungswissenschaft49. Eine landschaftsbezogene Einordnung von Schädlingsproblemen an sich kann zur Behebung dieses Problems beitragen, indem maßstabsübergreifende ökologische und soziale Dynamiken integriert werden81,82. Wissenschaftler haben jedoch Schwierigkeiten, eine solche Komplexität in traditionelle Versuchsaufbauten zu integrieren oder den Bedarf an zusätzlicher Arbeit, Kosten und interdisziplinärem Engagement im Rahmen von Kurzzyklusprojekten und „Veröffentlichen oder Untergehen“-Geboten zu bewältigen83,84. Erschwerend kommt hinzu, dass die interdisziplinäre Wissenschaft mit einem geringeren Finanzierungserfolg und einer völligen Bestrafung durch wissenschaftliche Kollegen konfrontiert ist85,86.

Basierend auf Spezialisierung, schädlingszentrierten Denkweisen und Vereinfachungen49 scheint die aktuelle Schädlingsbekämpfungswissenschaft nicht in der Lage zu sein, die unzähligen sozialen und ökologischen externen Auswirkungen des heutigen Pflanzenschutzes auszugleichen. Das Streben der Wissenschaftler nach Einzelfaktor-Heilmitteln ohne angemessene Berücksichtigung ökologischer Prozesse auf relevanter räumlicher oder organisatorischer Ebene wird wahrscheinlich keine störenden Auswirkungen auf die Wissenschaft und die Praxis auf landwirtschaftlicher Ebene haben26,63. Selbst angesichts der mäßig hohen wissenschaftlichen Leistung im präventiven nicht-chemischen Management führt das Versäumnis, ein interdisziplinäres Verständnis mit den Sozialwissenschaften aufzubauen, zwangsläufig dazu, dass Maßnahmen vor Ort blockiert werden36,40. Dies ist leider die heutige Realität. Der Großteil der Landwirte greift auf Pestizide zurück, weil diese billig, einfach und schnell sind, während sie agrarökologische Praktiken aufgrund der (vermeintlichen) Kosten, der Komplexität und des Risikos oder einfach aus mangelndem Wissen meiden. Um sicherzustellen, dass die Schädlingsbekämpfungswissenschaft zu einem echten Lernprozess mit und für die Gesellschaft wird50, bedarf ihr kognitiver (dh gesellschaftlicher, absichtlicher und beobachtender) Kontext einer genauen Prüfung. Neuartige Entscheidungsrahmen wie der Ansatz der Biodiversitätsspirale, hierarchische Schichtung oder integrative Nahrungsnetzanalyse können die Wissenschaft stärker auf den interdisziplinären Weg bringen40,41,51. Das oben Genannte könnte mit priorisierten Forschungsportfolios, überarbeiteten Anreizsystemen87, befähigenden Richtlinien83, mutiger Sensibilisierung und einer Wiederbelebung der öffentlichen Finanzierung, z. B. für Agrarökologie und andere wissenschaftliche Wege zur Unterstützung von Präventionsmaßnahmen, verbunden sein88. Um Untätigkeit aufgrund überwältigender Komplexität zu vermeiden, erweisen sich Multi-Stakeholder-Plattformen, z. B. gemeinsame Lernallianzen zwischen Landwirten und Wissenschaftlern, als attraktive Möglichkeit, umsetzbare Lösungen zu entwickeln9, wie dies durch von den Vereinten Nationen unterstützte Feldschulen für Landwirte im asiatisch-pazifischen Raum89 erreicht wurde. Durch die enge Einbeziehung der Landwirte in forschungsbasiertes Lernen konnten in Millionen von landwirtschaftlichen Betrieben drastische, aber vorübergehende Einsparungen beim Pestizidverbrauch erzielt werden. Angesichts der Tatsache, dass sich die durch Pestizide verursachten Schäden im Laufe von mehr als einem halben Jahrhundert immer weiter verschlimmert haben12, sind die Auswirkungen der heutigen wissenschaftlichen Unternehmungen enorm. Selbstreflexion ist angebracht und Wissenschaftler müssen sich fragen, ob winzige Erweiterungen eines globalen Wissensvorrats ausreichende Maßstäbe für den Fortschritt darstellen oder ob die Gesellschaft Neuanpassungen benötigt, die einer wissenschaftlichen Revolution gleichkommen90. Nur wenn die Schädlingsbekämpfungswissenschaft die vielfältigen Variablen und Schichten des Landwirtschaftssystems ordnungsgemäß und vollständig berücksichtigt, können wir mit realen Auswirkungen auf die Gewährleistung der Ernährungssicherheit, die Eindämmung des Verlusts der biologischen Vielfalt und die Erhaltung der menschlichen Gesundheit rechnen.

Wir haben bibliometrische Ansätze und Multimethodenanalysen verwendet, um die Schädlingsbekämpfungswissenschaft über einen Zeitraum von 10 Jahren in 65 Ländern im globalen Süden zu charakterisieren (ergänzende Abbildung 1). Der geografische Schwerpunkt umfasste alle Länder innerhalb von vier Unterregionen: Südostasien (11 Nationen), Lateinamerika und die Karibik20, Westafrika16 und den Nahen Osten18. Brasilien wurde aufgrund seiner außergewöhnlich hohen Literaturproduktion im Untersuchungszeitraum ausgeschlossen. Für die bibliometrische Analyse, die Datenbankkuration, die Studienkategorisierung und die statistische Analyse wurde ein schrittweiser Prozess befolgt (ergänzende Abbildung 1).

Zunächst nutzten wir die Online-Datenbank Web of Science (WoS), um einen ersten Literaturkorpus für den Zeitraum 2010–2020 zu erstellen. Literaturrecherchen wurden definiert, um auf Veröffentlichungen zuzugreifen, die eindeutige Rückschlüsse auf die angewandte Schädlingsbekämpfungswissenschaft ziehen, d. h. auf die tatsächliche Umsetzung wissenschaftlicher Ergebnisse zum Pflanzenschutz auf stehenden (landwirtschaftlichen) Feldern oder Nutzpflanzen. Die Themensuche wurde mit der folgenden WoS-Suchzeichenfolge durchgeführt: TS = ((Feld ODER Ernte*) UND (Schädling*) UND Land), wobei der letztere Parameter durch den genauen Namen jedes der 65 Schwerpunktländer ersetzt wurde. Dabei wurden Publikationen ermittelt, die entweder in einem bestimmten Land durchgeführt wurden oder von Wissenschaftlern aus diesem Land mitverfasst wurden. Beide Elemente wirken sich spürbar (wenn auch deutlich) auf die Pflanzenschutzpraxis auf Länderebene aus. Außerdem ermöglichten Themensuchen die Durchsicht des Studientitels, der Zusammenfassung und der Schlüsselwörter. Die WoS Core Collection-Datenbank (1900–2022) wurde zwischen dem 1. August und dem 15. Oktober 2022 mithilfe eines Mitarbeiterabonnements der University of Queensland abgefragt.

Anschließend wurden Titel und Abstracts der 5924 abgerufenen Studien einzeln auf Relevanz überprüft. Insbesondere haben wir Studien ausgeschlossen, die sich mit tierischen oder menschlichen Schädlingen, städtischen Schädlingen wie Kakerlaken oder Stubenfliegen (mit Ausnahme von Termiten aufgrund ihrer Auswirkungen auf landwirtschaftliche Nutzpflanzen) und zoonotischen oder durch Vektoren übertragenen Krankheitsüberträgern wie Mücken befassten. In der Zwischenzeit wurden Veröffentlichungen zu Lagerschädlingen einbezogen, da deren Befallsdruck und -minderung durch Managementmaßnahmen auf Feldebene vermittelt wird. Studien, die sich mit dem Umgang mit Pestiziden, der Verwendung persönlicher Schutzausrüstung (PSA), der Rückstandserkennung, der (Öko-)Toxizität, der Dissipation (im Feld oder im Labor) oder der Abbaukinetik befassten, wurden ebenfalls entfernt. Ebenso wurden Studien ausgeschlossen, die Analysemethoden für den Pestizidnachweis in bestimmten Matrizen validierten. In der Zwischenzeit wurden Studien beibehalten, die die Anfälligkeit (oder Resistenz) von Zielpflanzenfressern gegenüber bestimmten Pestizidverbindungen unter Labor-, Halbfeld- oder Freilandbedingungen untersuchten. Schließlich wurden alle doppelten Veröffentlichungen markiert und aus Analysen entfernt, z. B. solchen, die globale vs. regionale oder länderspezifische Datensätze berücksichtigen. Dieser Prozess führte zu einem kleineren endgültigen Literaturkorpus, der einer weiteren Kategorisierung und statistischen Analyse unterzogen wurde (ergänzende Abbildung 1). Die Anzahl der Veröffentlichungen, die jedes Land hervorbrachte, war ein Indikator für seinen gesamten Forschungsoutput zur Schädlingsbekämpfungswissenschaft im Untersuchungszeitraum.

Für jede Veröffentlichung (oder Studie) innerhalb des oben genannten Literaturkorpus wurde die Zusammenfassung gründlich gesichtet und eine Klassifizierung in die folgenden Kategorien vorgenommen: Schwerpunktbiota (Pflanzenfresser, Nutzpflanzen), Art der Forschungsstudie, Themenbereiche des integrierten Schädlingsmanagements (IPM), Landwirtschaft Systemvariablen und Begleitbiota. Schwerpunktkulturen wurden in 14 verschiedene Kategorien eingeteilt, die auf der Indicative Crop Classification (ICC) der Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation (FAO) basierten und eine separate Kategorie für Studien enthielten, die sich entweder mit mehreren Kulturpflanzenarten befassten oder den genauen Kulturschwerpunkt nicht spezifizierten. Darüber hinaus wurde der relative Grad der wissenschaftlichen Aufmerksamkeit für bestimmte (Nahrungs-)Pflanzen mit ihrem Gesamtanteil in der globalen Referenzernährung22 und ihrem Beitrag zur jährlichen Insektizidmasse und zur gesamten gefährlichen Insektizidbelastung verglichen. Die Gefahrenbelastung (HL) wurde auf der Grundlage eines ähnlichen Konzepts wie der Gesamttoxizitätsindikator (TAT91;) berechnet, als \({{{{\rm{HL}}}}}}=\sum [{M}_ {i}/({{{{{{\rm{NOAEL}}}}}}}_{i}\times 365)]\), wobei Mi die jährlich ausgebrachte Masse des Insektizids i und NOAELi die no- Beobachtete schädliche Wirkung von Insektiziden bei Säugetieren und Vögeln. Die jährlich ausgebrachte Insektizidmasse wurde auf der Grundlage der kulturspezifischen Insektizidausbringungsraten berechnet, auf die über die PEST-CHEMGRIDS-Datenbank für das Jahr 2015 zugegriffen wurde68, wohingegen die verwendeten NOAEL-Werte in den Supplementary Data 3 von Tang et al.92 tabellarisch aufgeführt wurden. Für Zielpflanzenfresser wurden der wissenschaftliche Name und die taxonomische Klassifizierung (dh Unterklasse oder Ordnung) für maximal sechs aufgeführte Biota erfasst. Da diese Organismen unterschiedlich auf Gattungs- oder Artenebene aufgeführt wurden, bezeichnen wir sie als „Taxa“, anstatt auf eine bestimmte taxonomische Auflösung hinzuweisen. Studien, in denen entweder mehr als 6 Pflanzenfresser-Taxa aufgeführt waren oder in denen fokale Pflanzenfresser nicht identifiziert wurden, wurden in einer separaten Kategorie analysiert. Darüber hinaus wurde der relative Grad der wissenschaftlichen Aufmerksamkeit für die 100 am häufigsten untersuchten (Arthropoden-)Pflanzenfresserarten im Vergleich zu ihrer jeweiligen Inzidenz von Insektizidresistenz (IR)93 aufgetragen.

Abhängig von der Art der Forschung wurden die Studien dann in Labor- und Desktop-Studien, Übersichtsstudien, Gewächshaus- und Halbfeldforschung oder Feldforschung eingeteilt. Gelegentlich wurde in einer einzelnen Veröffentlichung über mehr als einen Forschungstyp berichtet. Als nächstes haben wir protokolliert, ob jede Veröffentlichung eines oder mehrere der acht IPM-Kernthemen52 abdeckte: (1) Diagnostik und Morphologie; (2) Erkennung, Probenahme und Überwachung, z. B. Fallenvalidierung; (3) (modellbasierte) Prognosen und Prognosen; (4) Bioökologie, z. B. Populationsdynamik und geografische Verteilung; (5) Vorbeugendes nicht-chemisches Management, z. B. Massenfang, Paarungsverteilung; (6) Heilendes nichtchemisches Management, z. B. botanische Insektizide, verstärkte biologische Kontrolle; (7) Präventives Chemikalienmanagement, z. B. insektizide Saatgutbeschichtungen; (8) Heilendes Chemikalienmanagement, z. B. (chemische) Ködersprays. Fünf weitere Kategorien lieferten detailliertere Einblicke in bestimmte Themenbereiche, z. B. (1) Wirtspflanzenresistenz (HPR), einschließlich transgener Pflanzen; (2) Sterile Insektentechnik (SIT); (3) Insektizidresistenzmanagement (IRM), Mechanik und Erkennung; (4) Botanische Insektizide; und (5) Entwicklung und Validierung auf Feldebene von Entscheidungsschwellenwerten, z. B. wirtschaftlichen oder Aktionsschwellenwerten und Verletzungsniveaus. Angesichts der Tatsache, dass (aus Bakterien gewonnenes) Spinosad oder Spinetoram ein hohes Umweltrisiko darstellt94, wurden diese Verbindungen ausnahmslos als Chemikalien und nicht als Biopestizide eingestuft. Nur für (Halb-)Feldstudien haben wir außerdem erfasst, welche der 15 verschiedenen Variablen des Landwirtschaftssystems berücksichtigt wurden. Die Variablen deckten mehrere Facetten eines landwirtschaftlichen Systems auf zunehmender räumlicher Ebene und Komplexität ab und berücksichtigten gleichzeitig die räumlichen, zeitlichen und genetischen Dimensionen der Diversifizierung39,53. Die Variablen reichten von einem einzelnen Saatgut oder einer Zielfrucht bis hin zum gesamten Feld, Bauernhof, Agrarlandschaftsmosaik oder ineinandergreifenden sozialen Systemen. Ebenso haben wir notiert, welche der folgenden sechs Begleitbiota in jeder (Halb-)Feldstudie abgedeckt wurden, d. h. (1) Unkraut oder Nicht-Nutzpflanze; (2) Pflanzenpathogene oder -krankheiten, z. B. aflatoxigene Pilze; (3) Pflanzenfresser, die keine Schädlinge sind; (4) Bodenbewohner, Detritivoren oder Rhizosphärenfauna und -flora; (5) Bestäuber; und (6) Biologisches Kontrollmittel (BCA). Die letztere Gruppe von Begleitbiota wurde weiter in Wirbeltier-BCAs, wirbellose Raubtiere, wirbellose Parasitoide, Mikroorganismen (z. B. Bakterien, Pilze, Nematoden) und Viren eingeteilt. Pro Studie haben wir gleichermaßen die Anzahl der erfassten Systemvariablen und Begleitbiota protokolliert. Wärmekarten wurden erstellt, um zu visualisieren, welche Systemvariablen häufig gleichzeitig berücksichtigt wurden, während Radardiagramme die relative Abdeckung von Systemvariablen und Begleitbiota in Feldstudien erfassten. Abschließend wurde eine eingehende Bewertung der geografischen Abdeckung, der Forschungsart, der Systemvariablen und der Begleitbiota für Veröffentlichungen durchgeführt, die sich mit einem der fünf am häufigsten untersuchten Arthropodenschädlinge befassten, nämlich Bemisia tabaci, Spodoptera frugiperda, Tuta absoluta, Tetranychus urticae und Helicoverpa armigera. Für diese Taxa haben wir visualisiert, inwieweit die Schädlingsbekämpfungswissenschaft mit einer hierarchischen Schichtung des Landwirtschaftssystems51 in Einklang steht, indem wir 13 Variablen des Landwirtschaftssystems in sechs Schichten gruppiert haben: Boden, Pflanze, Feld, Bauernhof, Landschaft und das soziale System. Bei dieser Schichtung haben wir den Schwerpunktschädling ausgeschlossen und ein Schädlingsbekämpfungssystem eingeführt.

Vor der statistischen Analyse wurden alle Daten auf Normalität und Homoskedastizität überprüft. Daten, die den oben genannten Annahmen nicht entsprachen, wurden durch logarithmische Normaltransformation transformiert oder mit nichtparametrischen Tests analysiert. Eine lineare Regressionsanalyse wurde verwendet, um die taxaspezifische Forschungsaufmerksamkeit mit der IR-Inzidenz in Beziehung zu setzen. Nichtparametrische Kruskal-Wallis-Tests wurden verwendet, um die Anzahl der untersuchten Systemvariablen und Begleitbiota in den vier Unterregionen zu vergleichen. Chi-Quadrat-Analysen wurden eingesetzt, um etwaige geografische Verzerrungen bei der Untersuchung von fünf bestimmten (Arthropoden-)Pflanzenfressern oder taxaspezifische Unterschiede in der Abdeckung verschiedener Forschungstypen, IPM-Themen oder Systemvariablen zu erkennen. Für alle Analysen wurde IBM SPSS Statistics Version 29.0 verwendet.

Alle diesem Manuskript zugrunde liegenden Daten stehen den Lesern in einem öffentlichen Repository über die folgenden Links zur Verfügung: https://doi.org/10.5061/dryad.fqz612jwq und https://doi.org/10.6084/m9.figshare.23514552.

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Diese Arbeit wurde von der Europäischen Kommission durch das von der Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation der Vereinten Nationen (FAO) durchgeführte Projekt GCP/GLO/220/EC finanziert.

Chrysalis Consulting, Danang, Vietnam

Kris AG Wyckhuys

Institut für Pflanzenschutz, China Academy of Agricultural Sciences (CAAS), Peking, China

Kris AG Wyckhuys

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Kris AG Wyckhuys

School of Environmental and Rural Science, University of New England, Armidale, NSW, Australien

Fiona HM Tang

Fakultät für Bauingenieurwesen, Monash University, Clayton, VIC, Australien

Fiona HM Tang

Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation (FAO), Rom, Italien

Buyung AR Hadi

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KAGW leitete den Prozess der Ideengenerierung, des Schreibens, der Analyse und der Bearbeitung. FHMT steuerte Daten zur Intensität des Pestizideinsatzes bei. KAGW, FHMT und BARH haben alle aktiv zum Schreiben und Bearbeiten beigetragen.

Korrespondenz mit Kris AG Wyckhuys.

KAGW ist Geschäftsführer von Chrysalis Consulting – einem Unternehmen, das maßgeschneiderte Unterstützung für eine naturfreundliche Landwirtschaft und biologische Kontrolle bietet. FHMT ist Mitglied des Redaktionsausschusses für Communications Earth & Environment, war jedoch weder an der redaktionellen Überprüfung noch an der Entscheidung zur Veröffentlichung dieses Artikels beteiligt. BARH hat keine konkurrierenden Interessen zu erklären.

Communications Earth & Environment dankt anonymen Gutachtern für ihren Beitrag zum Peer-Review dieser Arbeit. Hauptredakteur: Aliénor Lavergne. Eine Peer-Review-Datei ist verfügbar

Anmerkung des Herausgebers Springer Nature bleibt hinsichtlich der Zuständigkeitsansprüche in veröffentlichten Karten und institutionellen Zugehörigkeiten neutral.

Open Access Dieser Artikel ist unter einer Creative Commons Attribution 4.0 International License lizenziert, die die Nutzung, Weitergabe, Anpassung, Verbreitung und Reproduktion in jedem Medium oder Format erlaubt, sofern Sie den/die Originalautor(en) und die Quelle angemessen angeben. Geben Sie einen Link zur Creative Commons-Lizenz an und geben Sie an, ob Änderungen vorgenommen wurden. Die Bilder oder anderes Material Dritter in diesem Artikel sind in der Creative Commons-Lizenz des Artikels enthalten, sofern in der Quellenangabe für das Material nichts anderes angegeben ist. Wenn Material nicht in der Creative-Commons-Lizenz des Artikels enthalten ist und Ihre beabsichtigte Nutzung nicht gesetzlich zulässig ist oder über die zulässige Nutzung hinausgeht, müssen Sie die Genehmigung direkt vom Urheberrechtsinhaber einholen. Um eine Kopie dieser Lizenz anzuzeigen, besuchen Sie http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Nachdrucke und Genehmigungen

Wyckhuys, KAG, Tang, FHM & Hadi, BAR Die Schädlingsbekämpfungswissenschaft lässt die Komplexität landwirtschaftlicher Systeme oft außer Acht. Commun Earth Environ 4, 223 (2023). https://doi.org/10.1038/s43247-023-00894-3

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Eingegangen: 21. März 2023

Angenommen: 14. Juni 2023

Veröffentlicht: 22. Juni 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s43247-023-00894-3

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