ME 408 GROUPWORK REPORT Dmitri Kramarenko Anssi Tulla Jussi Saarinen Biologinen torjunta Yleistä Biologisella torjunnalla tarkoitetaan torjuntamenetelmää, jossa haitallisten tuholaislajien kontrolloimiseen käytetään muita lajeja. Oikein valituilla menetelmillä ja lajeilla säilytetään biodiversiteetti, ympäristö sekä saadaan haluttu tulos. Samoin kuin mekaanisessa tai kemiallisessa torjunnassa, biologisen torjunnan kohteina ovat tuholaislajit, jotka hidastavat muiden lajien kasvua, aiheuttavat niille sairauksia tai tappavat niitä. Kohdelajit voivat olla sekä paikallisia että tulokaslajeja. Tuholaislajeja vastaan käytetään niin kutsuttuja biologisen torjunnan agentteja, jotka voivat olla petoja, parasiitteja tai patogeeneja. Agentit rajoittavat tuholaisten esiintymistä, lisääntymistä ja näin ollen myös tuhoa. Neljä päätyyppiä Biologisesta torjunnasta on olemassa neljä päätyyppiä. Ensimmäinen on yleisin eli klassinen biologinen torjunta. Siinä agentti on tuotu uuteen ympäristöön rajoittamaan tietyn tulokaslajin esiintymistä ja lisääntymistä. Agentti toimii joko luontaisena vihollisena tai kilpailijana. Yleensä se on tuotu samalta alueelta kuin kohdelaji, jossa niillä on ollut yhteinen koevoluutio. Jos agentti ei ole generalisti (eli käyttää ravinnokseen montaa eri lajia), seurauksia voidaan melko hyvin estimoida ja olla hyvin varmoja biologisen torjunnan onnistumisesta.(vincent et al., 2007). Toinen tyyppi on neoklassinen biologinen torjunta, jossa kohdelaji ja agentti ovat alkuperältään eri alueilta. Kohdelaji on yleensä paikallinen ja agentti taas tuotu muualta. Tästä esimerkkinä voisi olla maanviljely. Jos tietyllä alueella halutaan harrastaa maanviljelyä, mutta jokin paikallinen laji estää sitä tuhoilla, alueelle voidaan tuoda biologisen torjunnan agentti, jolla pystytään kontrolloimaan kohdelajin populaatiota. Tällä tavalla maanviljely voi onnistua.(vincent et al., 2007). Kolmas tyyppi on augmentatiivinen torjuntamenetelmä, joka jakautuu kahteen alatyyppiin. Torjuntaeliöiden massalevitys perustuu torjunta-eliöiden levittämiseen suurina määrinä kasvituhoajan välitöntä ja lyhytaikaista torjuntaa varten ilman, että torjuntaeliö pääsee kotoutumaan pysyvästi uuteen käyttöympäristöön. Menetelmää käytetään hyvin paljon maanviljelyssä. Agentteja vapautetaan ympäristöön juuri siihen aikaan vuodesta, kun tuholaislajien lisääntyminen on alkamassa. Torjunta halutaan saada siis heti. Toinen keino on torjuntaeliöiden ymppilevitys, joka perustuu torjuntalajien kerta- tai toistolevitykseen kasvustoon. Agentteja vapautetaan useampaan kertaan vuodessa, minkä seurauksena muodostuu tasapaino kohde-eliön ja agentin populaation välille. Myös tässä tapauksessa tarkoitus on vähentää tuholaislajin populaation kokoa.(vincent et al., 2007). Neljäs päätyyppi on suojeleva biologinen torjunta. Se perustuu luontaisten vihollisten suojelemiseen ja niiden toiminnan tehostamiseen elinympäristöä hoitamalla. Sekä agentti että kohdelaji ovat yleensä paikallisia lajeja. Suojelevaa biologista torjuntaa voidaan kuitenkin yhdistää myös muihin torjuntamenetelmiin.(vincent et al., 2007).
Muita yleisiä keinoja Biologisessa torjunnassa käytetään myös epäsuoria toimintatapoja, kuten steriilien urosten massalevitystä. Tuodut steriilit urokset kilpailevat toisten yksilöiden kanssa, jotka ovat lisääntymiskykyisiä. Maanviljelyssä käytetään hyvin paljon myös geenivalintaa. Kasvattajat valikoivat yksilöitä, joilla on resistanssi sairauksia tai tuholaisia vastaan. Biologisen torjunnan vahvuudet Vieraslajien biologinen torjunta on parhaimmillaan kustannustehokasta ja torjuntavaikutus on pysyvä ja itseään ylläpitävä (Wittenberg & Cock 2001). Biologisen torjunnan tehokkuus on todennettu eri puolilla maailmaa. Esimerkiksi vuodesta 1903 lähtien Etelä-Afrikassa on vapautettu onnistuneesti 63 vieraskasvilajien torjuntaan käytettävää lajia. Tämän seurauksena 25 % vieraskasvilajeista on saatu täysin kontrolliin eli kannat hyväksyttävälle tasolle. Lisäksi 36 % vieraskasvilajeista on merkittävästi taantunut, ja muiden torjuntakeinojen käytön tarve on näiden kohdalla vähentynyt. (Zimmermann 2004). Parhaat kokemukset on saatu maissa, joissa on investoitu biologisen torjunnan tutkimukseen ja seurantaan (Murphy & Evans 2009). Tehokkuuden lisäksi tulokaslajien biologisen torjunnan suuri hyöty on hyvä kustannustehokkuus. Van Wilgen ym. (2004) analysoivat Etelä-Afrikassa tulokaskasvilajeihin käytetyn biologisen torjunnan kustannuksia ja hyötyjä. Tuloksena oli, että huonoimmillaan hyöty-kustannus -suhde oli 8:1 ja parhaimmillaan 709:1. Kun analyysiin otettiin mukaan tulevaisuuden kustannukset ja hyödyt, parani hyötysuhde edelleen. Alhaisten kustannusten ja hyvän tehokkuuden ansiosta tulokaslajien biologinen torjunta on keskeinen menetelmä köyhissä maissa, joissa tulokaslajit uhkaavat paikallista maanviljelystä, eikä varoja riitä kalliisiin mekaanisiin ja kemiallisiin torjuntakeinoihin (Murphy & Evans 2009). Kustannustehokkuuden lisäksi tulokaslajien biologisen torjunnan hyötynä on välttyminen monilta kemiallisten ja mekaanisten menetelmien kielteisiltä ympäristövaikutuksilta (Murphy & Evans 2009). Esimerkki onnistuneesta biologisesta torjunnasta Cryptostegia grandifloran torjunta Australiassa: Cryptostegia grandiflora (Rubber vine) kasvaa luontaisesti Madagaskarin saarella ja suosii puolikaruja trooppisten vesistöjen varsia. Kasvi menestyy kuitenkin monilla erityyppisillä kasvupaikoilla ja sitä on käytetty koristekasvina. Vuonna 1860 kyseinen laji tuotiin Pohjois- Australiaan tarkoituksena saada vanhojen hiilikaivosten hiilikaivannot kasvipeitteisiksi. Kasvi ei kuitenkaan rajoittunut hiilikaivoksiin, vaan levisi ympäröivään luontoon. Vuonna 1944 se kattoi 1200 hehtaaria ja vuonna 1989 120 000 hehtaaria. Kasvin potentiaaliseksi esiintymisalueeksi on arvioitu 32 000 160 000 neliökilometria. Cryptostegia grandiflora muodostaa tiheitä läpipääsemättömiä kasvustoja, peittää allensa puita ja laidunmaita sekä vähenttää haihdutuksellaan ekosysteemin vesivarantoja. Lisäksi kasvi on karjalle
myrkyllinen ja uhkaa laajalti luontaista lajistoa. Vuonna 1980 arvioitiin, että Cryptostegia grandiflora uhkaa neljää eläinlajia, 13 kasviyhteisöä, 13 tärkeää kosteikkoa ja 48 suojelualuetta. Lajin leviämisen ehkäisemiseksi sovellettiin biologista torjuntaa tuomalla Madagaskarilta kaksi sen luontaista lajispesifistä vihollista Australiaan. Vuosina 1988 91 vapautettiin Euclasta walleyi - mittareita ja vuosina 1995-97 ruostesieni Maravalia cryptostegiae. Etenkin ruostesieni osoittautui erittäin tehokkaaksi lajiksi torjumaan Cryptostegia grandiflora kasvia. Myös mittari vähensi kantaa tehokkaasti, mutta sen tehoa alensi tietyt loislajit, jotka heikensivät mittarikantaa. Neljä vuotta sienen vapauttamisen jälkeen Australian Cryptostegia grandiflora populaatio oli pienentynyt 25 65 %. Sen versotuotanto oli vähentynyt 85 %, lehtien peittävyys 73 % ja kukinta 48 %. Ruostesienen on todettu estävän myös kasvin uudelleenleviämisen. (Murphy & Evans 2009.) Murphyn ym. (2009) (sit. Page ja Lacey 2006) mukaan torjuntaprojektin kustannus oli 3,6 miljoonaa ja hyöty 232,5 miljoonaa Australian dollaria (vuoden 2004 kurssi), jolloin hyötykustannus suhde on 108:1. Näihin laskelmiin ei ole sisällytetty biodiversiteetin säästymiseen liityviä hyötyjä, jotka ovat merkittävät. Biologisen torjunnan heikkoudet Biologisen torjunnan riskit liittyvät siihen, että torjunta perustuu elävien organismien käyttöön. Kaikilla elävillä organismeilla on tapana kasvattaa populaatiota, josta seuraa yksilöiden leviämistä ympäristöön. Sen lisäksi, että organismit leviävät uusille alueille, ne myös leviävät erilaisten habitaattien sisällä. Leviäminen voi tapahtua esimerkiksi maatalousympäristöstä metsäympäristöön. (Simberloff 1992). Toinen oleellinen ongelma elävien organismien käytössä biologiseen torjuntaan on se, että elävät organismit kehittyvät uusiksi muodoiksi esimerkiksi mutaatioiden avulla. Vain yhden geenin mutaatio voi muuttaa isäntälajia. Tällaisia isäntälajien lajimäärien kasvua on havaittu luonnossa. (Williamson 1992). Monet generalistipedot, joita on käytetty biologisen torjunnan agentteina, ovat käyttäneet ravintonaan myös muita lajeja kohdelajin lisäksi (Simberloff 1992). On myös useita tapauksia, jossa torjunta-agentteina käytetyt loiset, patogeenit tai herbivorit ovat oleellisesti vähentäneet muiden kuin kohdelajien populaatioita tai hävittäneet ne kokonaan. Biologiseen torjuntaan käytetyt organismit voivat kilpailla torjunta-alueilla jo olevien paikallisten lajien kanssa. Torjunta-agentteina käytetyiltä lajeilla usein puuttuu tai on vähemmän luontaisia vihollisia kuin alkuperäisillä lajeilla. Tämän vuoksi torjuntaan käytetyt lajit pärjäävät kilpailussa paremmin verrattuna alkuperäislajeihin. Kilpailu kohdistuu erityisesti ruokaan. Tätä on kuitenkin ollut vaikea dokumentoida tutkimuksissa. Pidetään kuitenkin selvänä, että alkuperäislajit ovat huonommassa asemassa torjuntaan käytettyihin lajeihin verrattuna. Voidaan olettaa, että biologisella torjunnalla on vaikutuksia, joita ei tiedetä. Kun lajeja vapautetaan uusille elinalueille, voidaan olettaa tapahtuvan sellaista, jota ei ole pystytty ennustamaan etukäteen. Kysymykseksi jääkin, saadaanko kaikkia vaikutuksia koskaan selville, ja mikä on niiden merkitys koko ekosysteemille. Biologisen torjunnan agentit voivat muuttaa eliöyhteisöjen rakenteita ja näin ollen koko ekosysteemiä. Eliöyhteisöjen tasolla muutokset voivat kohdistua esimerkiksi yksilömääriin eri
lajien välillä. Ekosysteemitasolla muutokset voivat kohdistua esimerkiksi ravinteiden kiertoon, vesitalouteen jne. Hyöty-kustannus analyysien tekoon liittyy arvottamisongelmia. Simberloffin ja Stillingin (1996) mukaan tyypillinen biologisen torjunnan hyöty-kustannus analyysi on yksipuolinen. Se sisältää esimerkiksi arvioita agenttien testaamisen kustannuksista ja arvioita yksilöiden keräämisen kustannuksista. Nämä otetaan analyyseissä melko hyvin huomioon. Kuitenkin kustannukset liittyen esimerkiksi populaatioiden menettämiseen tai jopa lajien menettämiseen jäävät vähäiselle pohdinnalle. Tämä johtuu osittain siitä, että hyvin arvioidut hyödyt ja haitat on helppo muuntaa rahaksi, kun taas vaikeasti tai vähän arvioitavien ongelmien muuntamista rahaksi pidetään mahdottomana. On esimerkiksi vaikea määrittää rahallinen arvo lajin sukupuutolle. Biologisen torjunnan vaikutusten seuranta on mahdotonta. Laajimmatkaan tutkimukset ja seurannat eivät pysty havainnoimaan kaikkia ekosysteemissä tapahtuvia muutoksia. Jotta biologiseen torjuntaan käytetty organismi voidaan vapauttaa torjunta-alueelle, vaaditaan paljon tutkimustyötä lajin soveltuvuudesta torjuntaan. Tutkimustyö sisältää esimerkiksi testaamista agentin, kohdelajin ja muiden alueella olevien lajien välillä sekä torjunnasta aiheutuvien vaikutusten seurantaa. Koska tutkimustyö vaatii aikaa, biologisen torjunnan heikkoutena voidaan pitää sen hitautta. Projektien pitkäkestoisesta luonteesta johtuen tarvitaan usein myös pitkäaikaista rahoitusta. Esimerkki epäonnistuneesta biologisesta torjunnasta Cactoblastis cactorumin leviäminen Karibialla: Cactoblastis cactorum on yöperhonen, jota käytettiin biologisen torjunnan agenttina ensimmäisen kerran Australiassa 1920-luvulla. Tällöin kontrolloitiin rikkakasvina pidettyä Opuntia-suvun kaktuslajia. Torjuntatoimenpidettä pidettiin erittäin onnistuneena ja hyvien kokemusten perusteella Cactoblastis cactorum siirrettiin vuonna 1957 Karibialle, Neviksen saarelle, torjumaan tulokaslajikaktusta, joka kuului myös Opuntia-sukuun. Myös Neviksellä torjuntaa pidettiin onnistuneena. Viime vuosina Cactoblastis cactorum on levinnyt laajalle alueelle Karibialla. Vuonna 1989 se saavutti Floridan ja vuonna 2000 havainnot siitä tehtiin Yucatanin niemimaalla Meksikossa. Arvellaan, että laji saapui Floridaan Dominikaanisesta tasavallasta Opuntia-kaktuksen mukana ihmisen kuljettamana. Floridassa yöperhonen aiheuttaa tuhoja tuhoamalla paikallisia Opuntia lajeja. Erityisesti kotoperäinen kaktuslaji Opuntia spinosissima on hävinnyt alueelta lähes kokonaan. Floridassa on kuusi paikallista Opuntia lajia, jotka kaikki kärsivät Cactoblastis cactorumista. Uusimmista seurannoista ilmenee, että Floridan alueella Cactoblastis cactorum tuottaa kolme sukupolvea vuodessa, kun taas muualla maailmassa, jossa lajia tavataan se tuottaa kaksi sukupolvea. Lajin leviämisnopeudeksi on mitattu noin 160 kilometriä vuodessa.
Yhteenveto Biologinen torjunta on onnistuessaan tehokas tapa torjua vieraslajien leviämistä. Parhaimmassa tapauksessa riittää, että torjuntaan käytettävä laji tuodaan kerran ekosysteemiin, jonka jälkeen se lisääntyy itsestään ja alkaa tehokkaasti vähentää kohdelajin kantaa. Tällöin biologinen torjunta on ymmärrettävästi myös hyvin kustannustehokasta, vaikka vapauttamista edeltävään tutkimukseen ja kokeiluihin joudutaankin investoimaan. Nämä investoinnit ovat usein kuitenkin pieniä verrattuna kemialliseen tai mekaaniseen torjuntaan. Lisäksi biologisessa torjunnassa vältytään haitallisten kemikaalien käytöltä ja ekosysteemin voimakkaalta mekaaniselta muokkaamiselta, jotka liittyvät usein kemialliseen ja mekaaniseen torjuntaan. Tietyillä alueilla biologinen torjunta on ainoa mahdollinen vaihtoehto. Esimerkiksi veden läheisyydessä, missä kemiallinen torjunta saattaa olla vaarallinen menetelmä. Kun tehdään päätös siitä, käytetäänkö mekaanista, kemiallista tai biologista torjuntaa, tulee arvioida kustannuksia ja mahdollisia haittoja. Lisäksi tulee arvioida, kuinka kauan kestää ennen kuin halutut tulokset saavutetaan. Jotta mahdollisilta biologisen torjunnan aiheuttamilta haitoilta pystytään välttymään, on oltava selkeät säännöt siitä, miten biologista torjuntaa saa tehdä. Lisäksi on oltava tuntuvat rangaistukset ja riittävä valvonta, jotta asetettuja sääntöjä noudatetaan. Lähteet Louda, S.M., Pemberton, R.W., Johnson, M.T., Follett, P.A. 2003. Nontarget effects - The Achilles heel of biological control? Retrospective analyses to reduce risk associated with biocontrol introductions. Annual Review of Entomology. 48: 365 96.: McFadyen, R.C. 1998. Biological control of weeds. Annual Review of Entomology. 43: 369-393. Moran, V.C., Hoffmann, J.H. & Zimmermann, H. G. 2005. Biological control of invasive alien plants in South Africa: necessity, circumspection, and success. Frontiers in Ecology and the Environment: 3( 2): 71-77. Murphy, S.T., & Evans, H.C. 2009. Biological control of alien species. Julkaisussa: Clout, M. N. & Williams, P. A. (toim.). Invasive species management: a handbook of principles and techniques. Oxford University Press, Oxford. 336 s. Page, A. R. & Lacey, K. L. (2006). Economic impact assessment of Australian weed biological control effort. Technical Series No. 10. CRC for Australian Weed Management: Adelaide. Simberloff, D. & Stilling, P. 1996. How Risky is Biological Control?. Ecology, Vol. 77, No 7 (Oct., 1996). pp. 1965-1974. Simberloff, D. 1992. Conservation of pristine habitats and unintended effects of biological control. Entomological Society of America, Lanham, Maryland, USA. p. 103-117.
van Wilgen, B.W., de Wit, M.P., Anderson, H.J., Le Maitre, D.C., Kotze, I.M., Ndala, S., Brown, B., Rapholo, M.B. 2004. Costs and benefitsb of biological control of invasive alien plants: case studies from South Africa. South African Journal of Science. 100(1-2): 113-122. Williamson, M. 1992. Environmental risks from the release of genetically modified organisms (GMOs) the need for molecular ecology. Molecular ecology 1: 3-8. Wittenberg, R., Cock, M.J.W. (eds.) 2001. Invasive Alien Species: A Toolkit of Best Prevention and Management Practices. CAB International, Wallingford-Oxon. 228 s. Zimmermann HG, Moran VC and Hoffmann JH. 2004. Biological control in the management of invasive alien plants in South Africa, and the role of the Working for Water programme. South African Journal of Science. 100: 34 40. Lasarovits, G., Goettel, M.S., Vincent, C. 2007. Adventures in Biocontrol. Julkaisussa: Lasarovits, G., Goettel, M.S., Vincent, C. Biological Control a global persepective. CAB International. p. 1-7.