Χωρική διασπορά της φωσφίνης σε πρότυπους χώρους, σε σχέση με την αποτελεσματικότητά της για έντομα αποθηκευμένων γεωργικών προϊόντων και τροφίμων
Authors: Αγραφιώτη Παρασκευή 
Published: January 2023

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή εξετάστηκε η κατανομή της φωσφίνης σε πρότυπους χώρους απεντόμωσης, δηλαδή σε διαφορετικούς τύπους εγκαταστάσεων. Αρχικά εξετάστηκε η ύπαρξη της ανθεκτικότητας στη φωσφίνη διαφόρων εντόμων αποθηκευμένων γεωργικών προϊόντων και τροφίμων. Η αξιολόγηση της ανθεκτικότητας έγινε με μια σειρά βιοδοκιμών που πραγματοποιήθηκαν στο Εργαστήριο Εντομολογίας και Γεωργικής Ζωολογίας (ΕΕΓΖ) του Πανεπιστημίου Θεσσαλίας. Ειδικότερα, στην πρώτη πειραματική ενότητα, πραγματοποιήθηκε ο προσδιορισμός της ανθεκτικότητας σε πληθυσμούς εντόμων αποθηκών που είχαν συλλεχθεί από διάφορα μέρη της Ελλάδος, χρησιμοποιώντας τέσσερα διαγνωστικά πρωτόκολλα αξιολόγησης. Εκτός από το παραδοσιακό πρωτόκολλο του FAO (έκθεση σε 30 ppm για 20 ώρες), χρησιμοποιήθηκε και ένα γρήγορο τεστ, το Phosphine Tolerance Test (PTT) (σύντομες εκθέσεις), καθώς επίσης και μια πλήρης σειρά βιοδοκιμών (dose respone protocol) (εκθέσεις τριών ημερών σε διάφορες συγκεντρώσεις), όπως και το πρωτόκολλο του Cooperative Center for Scientific Research Relative to Tobacco (CORESTA) (έκθεση για μεγαλύτερες περιόδους). Τα είδη που εξετάστηκαν ήταν τα εξής: Rhyzopertha dominica, Sitophilus oryzae, Sitophilus granarius, Cryprolestes ferrugineus, Tribolim confusum, Tribolium castaneum και Oryzaephilus surinamensis. Συνολικά, εξετάστηκαν 53 πληθυσμοί. Με βάση τα αποτελέσματά μας, για την πλειονότητα των ειδών και των πληθυσμών που εξετάστηκαν, τα πρωτόκολλα PTT και FAO παρείχαν παρόμοια αποτελέσματα. Μεταξύ των δοκιμασθέντων ειδών, οι πληθυσμοί που καταγράφηκαν με τη συχνότερη επιβίωση, χρησιμοποιώντας τα πρωτόκολλα FAO και Dose Response, ανήκαν στο R. dominica. Αντιθέτως, στο πρωτόκολλο CORESTA όλοι οι πληθυσμοί θεωρήθηκαν ως ευαίσθητοι. Τα δεδομένα μας δείχνουν ότι το PPT θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για τον προσδιορισμό της ανθεκτικότητας στη φωσφίνη στο πεδίο, πριν την έναρξη των εφαρμογών για την απεντόμωση των αποθηκευμένων προϊόντων. Στην δεύτερη πειραματική ενότητα, αξιολογήθηκαν ασύρματοι αισθητήρες φωσφίνης για να ποσοτικοποιηθεί και να απεικονιστεί η χωρο-χρονική δυναμική και η διασπορά του αερίου σε διαφορετικούς τύπους εγκαταστάσεων και εμπορευμάτων. Η χρήση ασύρματων αισθητήρων έχει ορισμένα πλεονεκτήματα σε σχέση με τη χρήση των παραδοσιακών τεχνικών παρακολούθησης (π.χ. γυάλινους σωληνίσκους), καθώς μετρήσεις με τις παραδοσιακές τεχνικές αντιστοιχούν στο συγκεκριμένο χρόνο και θέση παρακολούθησης και δεν μεταφέρονται σε επιπλέον διαστήματα και τοποθεσίες, γεγονός που οδηγεί τους απεντομωτές είτε να υπερεκτιμούν είτε να υποτιμούν τις συγκεντρώσεις. Στην πραγματικότητα, υπό το φως των ευρημάτων μας, η διασπορά της φωσφίνης σε αποθήκες οριζοντίου τύπου δεν ήταν συνήθως επαρκής για τον έλεγχο των εντόμων και οι συγκεντρώσεις εμφάνιζαν σημαντική χωροχρονική διασπορά. Αντιθέτως, οι εφαρμογές σε εμπορευματοκιβώτια (containers) ήταν επαρκείς για τον έλεγχο των εντόμων που ελέγχθηκαν, ακόμη και σε έντομα τα οποία βρέθηκαν ανθεκτικά στη φωσφίνη. Επιπλέον, στην περίπτωση των σιλό και των πλοίων, η παρούσα ενότητα έδειξε ότι η χρήση της ανακύκλωσης του αέρα είναι απαραίτητη για την αύξηση της συγκέντρωσης και, ως αποτέλεσμα, της θνησιμότητας των εντόμων. Σύμφωνα με τις βιοδοκιμές που διενεργήθηκαν, προτείνουμε ότι οι αισθητήρες ήταν αποτελεσματικοί στην μέτρηση της φωσφίνης και πρόκειται να διαδραματίσουν σημαντικό ρόλο σε προγράμματα ολοκληρωμένης καταπολέμησης (IPM) στο μέλλον. Ταυτόχρονα, η παρακολούθηση σε πραγματικό χρόνο μπορεί να χρησιμοποιηθεί με επιτυχία για την πρόβλεψη της θνησιμότητας των εντόμων στις εγκαταστάσεις. Στην τρίτη πειραματική ενότητα, η διασπορά του αερίου μοντελοποιήθηκε και συγκρίθηκε σε έξι μεταλλικά σιλό με τα διαθέσιμα δεδομένα από τους αισθητήρες. Κατά την διάρκεια των απεντομώσεων, χρησιμοποιήθηκε ένα σύστημα κυκλοφορίας αέρα με σκοπό την βελτίωση της διασποράς της φωσφίνης. Χρησιμοποιήθηκαν τρία διαφορετικά «σενάρια» της κυκλοφορίας αέρα: (α) Σενάριο 1: το σύστημα κυκλοφορίας χρησιμοποιήθηκε για 24 ώρες στην αρχή της απεντόμωσης, (β) Σενάριο 2: το σύστημα κυκλοφορίας χρησιμοποιήθηκε για τέσσερις συνεχόμενες ημέρες από την αρχή της απεντόμωσης και (γ) Σενάριο 3: το σύστημα κυκλοφορίας χρησιμοποιήθηκε από την αρχή της απεντόμωσης για περίπου 50 ώρες, μέχρι η συγκέντρωση να ξεπεράσει τα 300 ppm. Σε κάθε σιλό, τοποθετήθηκαν αισθητήρες για την παρακολούθηση της συγκέντρωσης του αερίου, μαζί με φιαλίδια με ευαίσθητους και ανθεκτικούς στη φωσφίνη πληθυσμούς των R. dominica και O. surinamensis. Επίσης, χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος Υπολογιστική Ρευστοδυναμική - Computational Fluid Dynamics (CFD), χρησιμοποιώντας αισθητήρες φωσφίνης με το λογισμικό OpenFoam. Η διασπορά του αερίου και η προσομοίωση της προσρόφησης της φωσφίνης υπολογίστηκαν μέσω του μοντέλου CFD. Η προσομοίωση ήταν ακριβής καθώς και η πρόβλεψη των αποτελεσμάτων για κάθε τοποθεσία εντός των εφαρμογών. Επιπλέον, οι εφαρμογές οδήγησαν σε πλήρη θνησιμότητα όλους τους πληθυσμούς εντόμων που εξετάστηκαν. Το σύστημα κυκλοφορίας αέρα βελτίωσε την κατανομή της φωσφίνης στις διάφορες θέσεις. Το προτιμώμενο σενάριο ήταν το Σενάριο 3, που δείχνει μειωμένη άνιση κατανομή στο σιλό, σε σύγκριση με τα άλλα δύο. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το CFD συσχετίζει καλά τη συγκέντρωση φωσφίνης με τη θνησιμότητα των εντόμων και έτσι, μπορεί να καθιερωθεί περαιτέρω ως μια μεθοδολογία για τις απεντομώσεις ακριβείας. Στην τέταρτη πειραματική ενότητα, η διασπορά της φωσφίνης σε μεταλλικά εμπορευματοκιβώτια αξιολογήθηκε με τα διαθέσιμα δεδομένα από τους αισθητήρες. Χρησιμοποιήθηκαν δύο διαφορετικά μεγέθη εμπορευματοκιβωτίων, 20 ft (32.6 m3) και 40 ft (67.7m3), σε μια σειρά πειραμάτων με διαφορετικές δόσεις σε κάθε εφαρμογή. Σε κάθε εμπορευματοκιβώτιο, τοποθετήθηκαν αισθητήρες για την παρακολούθηση του αερίου, μαζί με φιαλίδια που περιείχαν πληθυσμούς ανθεκτικούς και ευαίσθητους στη φωσφίνη, για τα R. dominica και O. surinamensis. Χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος CFD όπως και παραπάνω. Με βάση τα αποτελέσματά μας, υπήρχε χρονική καθυστέρηση για να φτάσει η φωσφίνη στους αισθητήρες που είχαν τοποθετηθεί μέσα στο εμπόρευμα, στην πίσω πλευρά του εμπορευματοκιβωτίου. Όσον αφορά τις προσομοιώσεις, οι προβλέψεις του υπολογιστικού μοντέλου ήταν σύμφωνες με την διασπορά του αερίου όπως δίνεται από τα δεδομένα των αισθητήρων. Για τα δεδομένα της θνησιμότητας των εντόμων, στις περισσότερες περιπτώσεις, και για τα δύο είδη, σημειώθηκε πλήρης έλεγχος, ανεξάρτητα από το επίπεδο της ανθεκτικότητας. Τα αποτελέσματά μας έδειξαν, ότι το υπολογιστικό μοντέλο συσχετίζει καλά τη συγκέντρωση της φωσφίνης, με τη θνησιμότητα των εντόμων και έτσι, μπορεί να καθιερωθεί αυτή η μεθοδολογία για την απεντόμωση ακριβείας σε εμπορευματοκιβώτια. Στο πρώτο μέρος της πέμπτης πειραματικής ενότητας, αξιολογήθηκε η αποτελεσματικότητα της θερμικής επεξεργασίας ή αλλιώς της χρήσης των υψηλών θερμοκρασιών. Χρησιμοποιήθηκαν ευαίσθητοι και ανθεκτικοί στη φωσφίνη πληθυσμοί των R. dominica και O. surinamensis, σε είκοσι εννέα διαφορετικές εμπορικές εφαρμογές στην Ελλάδα. Το εύρος της θερμοκρασίας ήταν μεταξύ 33 και 55 oC και η διάρκεια των εφαρμογών κυμαίνονταν μεταξύ 20 και 39 ωρών. Η θνησιμότητα των εντόμων μετρήθηκε στο τέλος της κάθε εφαρμογής. Στη συνέχεια, τα φιαλίδια διατηρήθηκαν σε ειδικούς θαλάμους ελεγχόμενων συνθηκών και μετρήθηκε συντριπτική πλειονότητα των περιπτώσεων, παρατηρήθηκε 100% θνησιμότητα (πλήρης έλεγχος), τόσο για τους ανθεκτικούς, όσο και για τους ευαίσθητους πληθυσμούς σε όλες τις εγκαταστάσεις που δοκιμάστηκαν. Στις ελάχιστες περιπτώσεις που καταγράφηκε επιβίωση και παραγωγή απογόνων, οι όποιες μετρήσεις δεν συσχετίστηκαν με συγκεκριμένο είδος ή πληθυσμό. Συνολικά, η χρήση υψηλών θερμοκρασιών μπορεί να χρησιμοποιηθεί από την βιομηχανία ως εναλλακτική μέθοδος για τον έλεγχο των ανθεκτικών στη φωσφίνη πληθυσμών. Στο δεύτερο μέρος της πέμπτης πειραματικής ενότητας, αξιολογήθηκε η αποτελεσματικότητα του αζώτου. Χρησιμοποιήθηκαν ευαίσθητοι και ανθεκτικοί πληθυσμοί των παραπάνω ειδών, σε εννέα εμπορικούς θαλάμους αζώτου στην Ελλάδα. Στις δοκιμές χρησιμοποιήθηκαν οι εξής συνδυασμοί: 31 oC για 2 ημέρες, 40 oC για 2.5 ημέρες, 28 oC για 3 ημέρες, 28 oC για 6 ημέρες και 28 oC για 9 ημέρες. Η θνησιμότητα και η παραγωγή των απογόνων μετρήθηκε όπως παραπάνω. Σε όλες τις περιπτώσεις, παρατηρήθηκε 100% θνησιμότητα, με εξαίρεση το R. dominica στους 31 oC για 2 ημέρες έκθεσης. Ομοίως, δεν υπήρχε παραγωγή απογόνων, με ορισμένες ελάχιστες εξαιρέσεις. Τα αποτελέσματά μας δείχνουν ότι η χρήση του αζώτου είναι αποτελεσματική για όλα τα είδη που δοκιμάστηκαν, ανεξάρτητα από το επίπεδο της ανθεκτικότητας. Αυτή η μέθοδος μπορεί να υιοθετηθεί ως μια εναλλακτική μέθοδος για τον έλεγχο των εντόμων αποθηκών, καθώς και για τον έλεγχο πληθυσμών που είναι ανθεκτικοί στη φωσφίνη. Η παρούσα μελέτη θεωρείται ως η πρώτη του είδους της σχετικά με τη διασπορά της φωσφίνης σε πρότυπους χώρους απεντόμωσης, καθώς η διασπορά του αερίου απεικονίζεται με το CFD και τη χρήση ασύρματων αισθητήρων. Τα δεδομένα δείχνουν ότι, στη μεγάλη τους πλειονότητα, οι απεντομώσεις αποτυγχάνουν λόγω ανόμοιας κατανομής του αερίου και μη στεγανοποίησης του χώρου. Παρόλο αυτά, αν οι εφαρμογές γίνουν με ορθό τρόπο και πρακτικές, η θνησιμότητα των εντόμων είναι υψηλή, ακόμα και σε έντομα που είναι ανθεκτικά στη φωσφίνη. Τέλος, παρουσιάζονται και εναλλακτικές μέθοδοι για την αντιμετώπιση των ανθεκτικών στη φωσφίνη πληθυσμών, οι οποίες μοιάζουν με τις εφαρμογές φωσφίνης, δηλ. με τη διαχείριση του αέρα στο χώρο αποθήκευσης.