Põllumajanduse paradoks seisneb selles, et kuigi sõltub otseselt loodusehüvedest, on see samal ajal üks suuremaid elurikkuse, millest omakorda loodusehüved sõltuvad, hävitajaid. Põllumajanduse esmaülesanne on toidutootmine, kuid elurikkuse säilimine põllumajandusmaastikul on sama tähtis, sest elurikkus on toimivate ökosüsteemide alus. Ainult elurikkad ja mitmekesised kooslused on paindlikud, isereguleeruvad kõikvõimalike häiringute ning säilenõtked kliimamuutuste suhtes. Kahjuks on elurikkus, mis on kujunenud miljardite aastate pikkuse evolutsiooni tulemusena, tohutu surve all ja väheneb katastroofilise kiirusega. Ohus ei ole mitte ainult haruldased liigid, vaid ka tavaliste liikide arvukus on murettekitavalt vähenenud¹ ning põllumajanduslik maakasutus ja intensiivne tootmine on üks peamisi elurikkuse hävitajaid.² Ülemaailmsest asustatud maa-alast moodustab põllumajandusmaa ligikaudu 45%, millest 80% kannatab degradeerumise all,³ seega igasugune elurikkust toetav muudatus põllumajandusmaastikul on globaalsel tasandil märkimisväärse mõjuga. Euroopa Liit on võtnud eesmärgiks jätkusuutliku põllumajanduse ja püstitanud roheleppe tuumaks oleva „Talust taldrikule“ strateegiaga auahned eesmärgid. See strateegia peab tagama põllumajanduse neutraalse või toetava toime keskkonnale, leevendama kliimamuutuste mõju, peatama elurikkuse vähenemise, kindlustama toidujulgeoleku ning taskukohased, ausalt ja õiglaselt toodetud toidusaadused. Keskkonnakaitse eesmärgil peaksime 2030. aastaks sünteetiliste taimekaitsevahendite kasutamist vähendama poole võrra ja sünteetiliste väetiste kasutamist vähemalt 20%. Koos taimekaitsevahendite kasutamise piiramisega peame paremini rakendama integreeritud taimekaitse (ITK) põhimõtteid. ITKga on selline omapärane lugu: kuigi see on Euroopa Liidus juba alates 2014. aastast kohustuslik taimekaitsestrateegia, ei ole seda taimekasvatuses vajalikul määral rakendatud. ITK püramiidi aluseks on kahjuritõrje ennetavad meetodid, mis põhinevad elurikkusel ja tipuks on otsene sekkumine sünteetiliste preparaatidega kui viimane abinõu. Praktikas on ITK püramiid aga tagurpidi: eelkõige kasutatakse sünteetilisi taimekaitsevahendeid, mitte ei juurutata ennetavaid meetodeid.⁴ Selle kinnituseks on ka Eestis turustatud taimekaitsevahendite hulk, mis viimasel kümnendil (2011–2022) on kahekordistunud (Statistikaamet 2023) ja Euroopa Liidus jäänud peaaegu samaks (Eurostat 2022). Võimalikke põhjusi on palju: põllud on suured, maastik homogeenne, mitteharitavaid alasid ja poollooduslikke elupaiku on väga vähe ja need on üksteisest eraldatud – seega ei ole põldudel tagatud looduslik kahjuritõrje ja ennetavaid meetmeid on kasinalt rakendatud. Lisaks puuduvad sünteetilistele pestitsiididele alternatiivsed valikud ja neid on vähe uuritud, keskkonnasõbralikud meetodid on teadmismahukad, rakendamine keerukas, tööjõu nõudlus suurem jne.

Ennetavad tõrjevõtted tuginevad elurikkusele, liikide ja maastiku mitmekesisusele. Põldude elurikkust mõjutavad nii maastiku kui talu tasandi tegurid, mis kujundavad põllule jõudvate loodusehüvede kvaliteeti ja kvantiteeti. Maastikus on tähtis roll põldude osakaalul ja suurusel ning kasvatatavate põllukultuuride mitmekesisusel. Agroökosüsteemides, kus üldine elurikkuse tase on madal, on mitmekesisuse lisamine erilise tähtsusega, hõlmates nii liigilist, sordilist kui ka tõulist mitmekesisust. Maastikuelementide osakaal, nende sidusus ja servatihedus on elurikkuse mõjutamisel äärmiselt tähtsad näitajad. Rohtsed õitsevate looduslike taimedega põlluservad suurendavad tolmeldajate ja kahjurite looduslike vaenlaste arvukust ja tagavad vastavate loodushüvede, kahjuritõrje ja tolmeldamise jõudmise põldudele.⁵ Selleks et tagada põldudel looduslik kahjuritõrje ja tolmeldamishüve, peaksid mitteharitavad alad moodustama vähemalt 20–25% põllumajandusmaastikust.⁶ Põllumajandusmaastikku kujundades saab märkimisväärselt parandada tolmeldajate elu- ja toitumistingimusi, lisades sinna maastikuelemente taimedega, mis pakuvad õite konveierit kogu vegetatsiooniperioodil. Sellega saab parandada meemesilaste ja looduslike mesilaste poolt pakutavat tolmeldamishüvet, et vähendada põldudel tolmeldamise defitsiiti ja võimalikku saagikadu.⁷ Põldude rohtsed õitsevate taimedega servaalad panustavad põllul nii tolmeldamisse kui ka kahjuritõrjesse, kuid ei suurenda sealset kahjurite arvukust.⁸ See on vajalik teave kõikidele tootjatele, kuna hirm mitteharitavatelt aladelt põllule levivate kahjurite ees on üks põhjus, miks maastikuelemente eemaldatakse. Põllumajandusmaastikul poollooduslike alade taastamine ja uute loomine nii, et elupaikade sidusus oleks tagatud, võimaldab kujundada maastikke, mis toimivad nii liikumiskoridorina kui ka mitmesuguste organismide elupaigana ja pakuvad loodushüvesid.

Põllu tasemel mõjutavad elurikkust põllu suurus, külvikorra mitmekesisus, maaharimise intensiivsus ja viljelusviis, taimede kahjuri- ja haiguskindlus, kasutatavate agrokemikaalide hulk ja piirnevate maastikuelementide olemasolu. Mahepõllumajanduslikud alad soodustavad elurikkust, kuna seal ei kasutata sünteetilisi väetisi ja taimekaitsevahendeid. Mahepõldudel on suurem üldine elurikkus, mis tagab lülijalgsete suurema liigirikkuse ja arvukuse ning sellega seotud kahjuritõrje- ja tolmeldamisteenuse parema pakkumise. Mitmekesine pikaajaline külvikord on jätkusuutliku taimekasvatuse alustala, mis tagab mullaviljakuse säilimise (kuna sisaldab mitmeaastaste liblikõieliste taimi), haiguste ja kahjurite leviku ennetamise ning umbrohtude kontrolli all hoidmise. Külvikorraga saab kahjurite ja nende looduslike vaenlaste arvukust mõjutada, manipuleerides sama kultuuriga põldude ajalise-ruumilise paiknemisega. Oma uurimistöös leidsime, et planeerides rapsipõllu eelmise aasta põllust kaugemale kui 500 meetrit, saab vähendada rapsikahjurite arvukust, samal ajal nende parasiteerituse tase ei vähene ja seega panustatakse ennetavasse tõrjesse.⁹ Agrokemikaalide kasutamise intensiivsus, ITK strateegia rakendamine, külvikorra mitmekesisus ja maaharimise meetodid mõjutavad põldude ja kogu maastiku elurikkust kompleksselt.

Massihävitusrelvast snaipriks

Nagu eespool mainitud, on ITK põhimõte kasutada sünteetilisi pestitsiidide vaid viimase abinõuna, kui ennetavad meetmed ei ole olnud efektiivsed. Põllumajanduses laialdaselt kasutatavad insektisiidid ehk putukamürgid ei ole suunatud ainult konkreetse kahjuri liigile, vaid on mürgised mitmetele organismidele, sealhulgas kasulikele lülijalgsetele.¹⁰ Sellest tulenevalt saab ohte mittesihtrühma liikidele vähendada näiteks pritsimisaega valides – päevaajal on õitsevate kultuuridega põldudel palju mesilaselaadseid ja teisi tolmeldajaid, aga ka kasulikke organisme ehk parasitoide, liblikaid, lepatriinusid, kärbseid jne. Seega, tehes kahjuritõrjet öisel ajal, saab vähendada ohtu tolmeldajatele. Samal ajal on paljud röövtoidulised putukad, näiteks jooksiklased ja lühitiiblased, kes on ühed tähtsamad taimekahjurite looduslikud vaenlased, põldudel aktiivsed just videvikus ja pimedas. Seega vähendades ühe rühma riske, nihutame need ühelt kasurite rühmalt teisele. Veel on uuringud näidanud, et paagisegus põldudele viidavad taimekaitsevahendite segude jäägid, millega parasitoidid pärast pritsimist põllul kokku puutuvad, võivad neile olla sünergiliselt mürgised.¹¹ See tähendab, et insektsitsiid ja fungitsiid koos on mürgisemad kui eraldi kasutades, mis omakorda tähendab, et 1 + 1 ei pruugi alati võrduda kahega. Kõik see rõhutab vajadust välja töötada konkreetse sihtrühma pestitsiide.

Teadus areneb hoogsalt ja mitmed uurimisasutused on keskendunud uudsetele biotehnoloogilistele põllumajandusmeetoditele. Üheks selliseks on geenivaigistustehnoloogia ehk RNA interferentsi (RNAi) rakendamine, mis võimaldab luua liigispetsiifilisi kahjuritõrjevahendeid. Andrew Fire ja Craig C. Mello said 2006. aastal Nobeli auhinna RNAi-alaste tööde eest, mille nad olid avaldanud juba 1998. aastal. Pärast RNAi ja selle geenide avaldumise reguleerimisvõime avastamist on uudse tehnoloogia rakendamine kiiresti edasi arenenud. RNAi on tuntud kui täpne, efektiivne ja stabiilne geenivaigistamise mehhanism, mis esineb enamikul eukarüootidel. RNAi mehhanismid põhinevad lühikese ahelaga (20 kuni 24 nukleotiidi) RNA fragmentidel (miRNA, siRNA), mis pärsivad geenide aktiveerumist ja vaigistavad organismides valgusünteesi (vt joonist).

Seda omadust ära kasutades ja tuvastades geeni, mille vaigistamine on kahjurile surmav, saab luua tõrjevahendi, mis on sihitud konkreetsele kahjurile, jättes kõik teised põllul viibivad organismid puutumata. See on suur samm edasi, et muuta massihävitusel põhinevad putukamürgid täpsuslaskuriteks, snaipriteks, mis on suunatud ainult teatud kindlale kahjuriliigile. Post­transkriptoorne geenivaigistus RNAi abil on tõhus vahend integreeritud ja loodussõbralikus taimekaitses, mis on kasulik ka väiketootjatele,¹² et tagatud oleks globaalne toiduohutus ja põllumajandusmaastiku elurikkus.¹³ RNAi tehnoloogial põhinev taimekaitse võib olla taimesisene (geneetiliselt muundatud GM-taimed) või -väline (preparaadiga pritsimine).¹⁴ Näiteks on juba olemas transgeenne RNAi-papaia sort, mis on resistentne papaia rõngasviirusele ja päästnud seeläbi Hawaii papaiatööstuse hävimisest. Samuti on Bayer loonud GM-maisi, mis sisaldab RNAi tehnoloogiat. Kiire areng üle maailma on toimunud ka RNAi-põhiste taimekaitsepreparaatide väljatöötamises, millega tegelevad paljud teaduslaborid. Hiljuti, 2023. aasta detsembris registreeris USA keskkonnaamet esmakordselt maailmas biotõrje preparaatide nimekirjas dsRNA kartulimardikatõrje preparaadi. Kuigi kartulimardika puhul on edu saavutatud, ei ole kõik mardikad dsRNA-le¹⁵ sama vastuvõtlikud ja tuleb uurida erinevaid RNAi sihtmärke, et leida need, mis kõige paremini sobituvad ITK strateegiasse.¹⁶

Koos Guy Smagghe ja Kristof de Schutteriga (Genti ülikool) juhitud teadlasrühmaga oleme teinud suuri edusamme ühe rapsi tähtsama kahjuri hiilamardika tõrjevahendi väljatöötamisel. Leidsime, et RNAi abil coatomer-proteiinikompleks-I vaigistamine oli naeri-hiilamardikale märkimisväärselt letaalne.¹⁷ Neis uuringutes oli vaja tõestada geenivaigistuse ja sellest tuleneva suremuse toimumine nii dsRNA mikrosüstimise kui ka suukaudse manustamise teel hiilamardika valmikutele ja vastsetele. Veel näitasime, et iga päev dsRNAga toitmine on märksa tõhusam kui lühiaegne söötmine, mis osutab geenitehnoloogia abil loodud RNAi kultuuride eelisele. Kuigi taimedele pritsitud dsRNA liigub taime pinnalt edasi kudedesse, ei ole taimede pritsimine dsRNAga hiilamardikatele piisavalt surmava toimega,¹⁸ mistõttu tuleb teha täiendavaid uuringuid dsRNA stabiilsemaks ja efektiivsemaks muutmiseks ning leida kõige tõhusamad lahendused.

Kui rakendatakse ITK strateegiat – elurikkusele tuginevat ennetavat tõrjet ja panustatakse teaduse esirinna meetodi, RNAi strateegia kasutamisse ja töötatakse välja liigispetsiifilisi kahjuritõrje preparaate, saab põllumajandus elurikkust säilitades olla edukas toidutootja ja täita „Talust taldrikule“ strateegia eesmärgid.

Eve Veromann on Eesti maaülikooli professor.

Olen südamest tänulik oma fantastilisele töörühmale, koostööpartneritele, kraadiõppuritele ja kolleegidele, kellega koos on mitu puuda soola ära söödud, rõõme ja muresid jagatud ning tasapisi uutele kõrgustele jõutud. Minu eriline tänu kuulub Riina Kaasikule, Jonathan Willow’le, Silva Vilumetsale, Gabriella Kovácsile, Liina Soonvaldile, Triin Kallavusele, Guy Smagghele, Clauvis Taningile ja Kristof De Schutterile. Suur tänu kõikidele kaasautoritele nii Eestis kui välismaal!

Uuringuid on toetanud järgmised projektid: Eesti Teadusagentuuri personaalne uurimistoetus PRG1056, Euroopa Liidu FP7 grant 311879 QuESSA, H2020 grant 862731 FRAMEwork, ERA-Net C-IPM projekt IPM4Meligethes.

1 Michael Ulyshen, Scott Horn, Declines of bees and butterflies over 15 years in a forested landscape. – Current Biology 2023, 33(7).

2 Michael Beckmann et al., Conventional land-use intensification reduces species richness and increases production: A global meta-analysis. – Global Change Biology 2019, 25.

Matteo Dainese et al., A global synthesis reveals biodiversity-mediated benefits for crop production. – Science Advances 2019, 5(10).

Stanislas Rigal et al., Farmland practices are driving bird population decline across Europe. – Proceedings of the National Academy of Sciences 2023, 120(21).

Francisco Sánchez-Bayo, Kris A.G. Wyckhuys, Worldwide decline of the entomofauna: A review of its drivers. – Biological Conservation 2019, 232.

3 Remus Prăvălie et al., Arable lands under the pressure of multiple land degradation processes. A global perspective. – Environmental Research 2021, 194.

4 Matteo Galli, Falko Feldmann, Ute Katharina Vogler, Karl-Heinz Kogel, Can biocontrol be the game-changer in integrated pest management? A review of definitions, methods and strategies. – Journal of Plant Diseases and Protection 2024, 131.

5 Mattias Albrecht et al., The effectiveness of flower strips and hedgerows on pest control, pollination services and crop yield: a quantitative synthesis. – Ecology Letters 2020, 23.

Otto Boecking, Eve Veromann, Bee Pollination of Crops: A Natural and Cost-Free Ecological Service. Guy Smagghe, Otto Boecking, Bettina Maccagnani, Marika Mänd, Peter G. Kevan (toim), Entomovectoring for Precision Biocontrol and Enhanced Pollination of Crops. Springer International Publishing, Cham 2020.

John M. Holland et al., Approaches to Identify the Value of Seminatural Habitats for Conservation Biological Control. – Insects 2020, 11, 195.

John M. Holland et al., Moderate pollination limitation in some entomophilous crops of Europe. – Agriculture, Ecosystems & Environment 2020, 302.

Gabriella Kovács et al., Effects of land use on infestation and parasitism rates of cabbage seed weevil in oilseed rape. – Pest Management Science 2019, 75.

Bettina Maccagnani, Eve Veromann, Roberto Ferrari, Luca Boriani, Otto Boecking, Agroecosystem Design Supports the Activity of Pollinator Networks. Guy Smagghe, Otto Boecking, Bettina Maccagnani, Marika Mänd, Peter G. Kevan (toim), Entomovectoring for Precision Biocontrol and Enhanced Pollination of Crops. Springer International Publishing, Cham 2020.

6 Róbert Gallé, Costanza Geppert, Rita Földesi, Teja Tscharntke, Péter Batáry, Arthropod functional traits shaped by landscape-scale field size, local agri-environment schemes and edge effects. – Basic and Applied Ecology 2020, 48.

Silva Vilumets et al., Landscape complexity effects on Brassicogethes aeneus abundance and larval parasitism rate: a two-year field study. – Scientific Reports 2023, 13.

7 John M. Holland et al., Moderate pollination limitation in some entomophilous crops of Europe. – Agriculture, Ecosystems & Environment 2020, 302.

8 Mattias Albrecht et al., The effectiveness of flower strips and hedgerows on pest control, pollination services and crop yield: a quantitative synthesis. – Ecology Letters 2020, 23.

9 Silva Vilumets et al., Landscape complexity effects on Brassicogethes aeneus abundance and larval parasitism rate: a two-year field study. – Scientific Reports 2023, 13.

10 Zakiya Gulshan Ara, Ahmed Redwan Haque, A Comprehensive Review on Synthetic Insecticides: Toxicity to Pollinators, Associated Risk to Food Security, and Management Approaches. – Journal of Biosystems Engineering 2021, 46(3).

Risto Raimets et al., Synergistic interactions between a variety of insecticides and an ergosterol biosynthesis inhibitor fungicide in dietary exposures of bumble bees (Bombus terrestris L.). – Pest Management Science 2018, 74.

11 John Willow, A. Silva, Eve Veromann, Guy Smagghe, Acute effect of low-dose thiacloprid exposure synergised by tebuconazole in a parasitoid wasp. – PLOS ONE 22. II 2019.

12 John Willow, Eve Veromann, Integrating RNAi Technology in Smallholder Farming: Accelerating Sustainable Development Goals. – Frontiers in Sustainable Food Systems 2022, 6.

13 John Willow, Samantha M. Cook, Eve Veromann, Guy Smagghe, Uniting RNAi Technology and Conservation Biocontrol to Promote Global Food Security and Agrobiodiversity. – Frontiers in Bioengineering and Biotechnology 2022, 10.

John Willow et al., RNAi Targets in Agricultural Pest Insects: Advancements, Knowledge Gaps, and IPM. – Frontiers in Agronomy 2021, 3.

14 Clauvis Nji Tizi Taning, Bruno Mezzetti, Gijs Kleter, Guy Smagghe, Elena Baraldi,Does RNAi-Based Technology Fit within EU Sustainability Goals? – Trends in Biotechnology 2021, 39(7).

15 John Willow, Eve Veromann, Highly Variable Dietary RNAi Sensitivity Among Coleoptera. – Frontiers in Plant Science 2021, 12.

16 J. Willow et al., RNAi Targets in Agricultural Pest Insects: Advancements, Knowledge Gaps, and IPM. – Frontiers in Agronomy 3, (2021).

17 John Willow et al., RNAi efficacy is enhanced by chronic dsRNA feeding in pollen beetle. – Communications Biology 2021, 4.

John Willow et al., Anther-Feeding-Induced RNAi in Brassicogethes aeneus Larvae. – Front. Agron.2021, 3.

John Willow et al., Targeting a coatomer protein complex-I gene via RNA interference results in effective lethality in the pollen beetle Brassicogethes aeneus. – J Pest Sci 2021, 94.

John Willow et al., First Evidence of Bud Feeding-Induced RNAi in a Crop Pest via Exogenous Application of dsRNA. – Insects 2020, 11.

J. Willow et al., Examining spray-induced gene silencing for pollen beetle control. – Journal of Natural Pesticide Research 2023, 5.

18 Samas.