Pestisida: Sejarah, Produksi, dan Dampak Lingkungan

Latar Belakang

Sebuah pestisida adalah perangkat, metode, atau kimia yang mematikan tumbuhan atau hewan yang mengancam produksi pangan atau yang tidak diinginkan. Istilah ini mencakup insektisida, fungisida, herbisida, nematisida, dan rodentisida. Karena serangga mencakup mayoritas spesies hama, tinjauan ini berfokus pada insektisida pertanian.

Manusia telah mengendalikan kerusakan serangga sejak masyarakat pertanian awal (sekitar 7000 SM). Strategi tradisional mencakup jadwal penanaman yang diselaraskan dengan fase bulan, rotasi tanaman, polikultur, dan penghapusan hama secara manual. Kontrol kimia awal menggunakan kelopak pyrethrum yang dihancurkan, sulfur, dan arsenik di Timur Tengah, Roma, dan Tiongkok. Predator alami, seperti semut, juga dimanfaatkan oleh petani Tiongkok.

Kontrol hama skala besar dan sistematis dimulai pada tahun 1840-an ketika strain jamur tepung Amerika Utara merusak tanaman Britania. Epidemi ini dikelola dengan aplikasi sulfur yang luas. Pada tahun 1877, pendatang baru di Amerika Barat melindungi tanaman kentang dari beserta Colorado menggunakan kimia yang tidak larut air seperti Paris green. Pestisida abad ke-19 berikutnya—derria, quassia, dan minyak tar—cukup lemah dan sering memerlukan kontrol biologis pelengkap atau pencangkok pada pangkal yang tahan.

Perang Dunia II mempercepat kimia pestisida. Upaya perang mengarah pada penerapan komersial DDT (disintesis 1874, diakui sebagai insektisida pada 1942), diikuti oleh chlordane (1945) dan endrin (1951). Penelitian Jerman tentang senjata kimia menghasilkan senyawa organofosfor seperti parathion. Dekade berikutnya menghasilkan ratusan insektisida organofosfor, termasuk malathion, yang baru-baru ini digunakan di California untuk melawan lalat buah.

Metode aplikasi pestisida berkembang dari penyemprotan tangan manual pada tahun 1800-an menjadi penyemprotan udara skala besar pada tahun 1920-an dan penerbangan rendah yang dikontrol pada tahun 1950-an. Dosis udara awal adalah 4.000 L / ha pembawa iners; ini dikurangi menjadi 100-200 L / ha, dan pada tahun 1970 beberapa formulasi membutuhkan hanya 0,3 L / ha bahan aktif (misalnya, malathion) yang diterapkan langsung ke ladang.

Dalam produksi, bahan aktif pertama kali disintesis di pabrik kimia. Sebuah formulator kemudian mencampurnya dengan pembawa (untuk cairan) atau serbuk iners (untuk debu) sebelum dikemas. Pestisida cair tiba dalam drum 200-L untuk operasi besar atau jerigen 20-L untuk petani kecil. Formulasi kering dikemas dalam kantong plastik atau plastik berlapisi 5-10 kg.

Saat ini, sekitar 900 kimia aktif digunakan dalam sekitar 40.000 preparasi komersial. Badan Perlindungan Lingkungan AS (EPA) memperkirakan penggunaan pestisida melipat ganda antara 1960 dan 1980. Konsumsi tahunan saat ini lebih dari 372 juta kg di Amerika Serikat dan lebih dari 1,8 miliar kg di seluruh dunia.

Bahan Baku

Sebuah pestisida terdiri dari bahan aktif—yang bertanggung jawab untuk kontrol hama—dan bahan iners yang memfasilitasi aplikasi, meningkatkan stabilitas, dan meningkatkan kinerja. Bahan aktif sebelumnya distilasi dari sumber alami; produksi modern sebagian besar bergantung pada sintesis laboratorium. Hampir semua senyawa aktif adalah hidrokarbon yang berasal dari petroleum, seringkali menyertakan elemen seperti klorin, oksigen, sulfur, fosfor, nitrogen, dan bromin.

Bahan iners bervariasi menurut formulasi. Pestisida cair tradisional menggunakan minyak tanah atau distilat petroleum lain; air baru-baru ini menjadi alternatif yang umum. Emulgator (misalnya, sabun) memastikan dispersi seragam bahan aktif. Formulasi debu biasanya mengandung bahan nabati (cangkang kacang tanah yang digiling atau tongkol jagung), liat (diatomit atau attapulgite), atau mineral bubuk (talk atau karbonat kalsium) untuk membantu perekat dan pengiriman.

Petani mencairkan formulasi komersial dengan air sebelum aplikasi di lapangan. Penyemprot—bervariasi dari unit tangan kecil hingga sistem boom yang dipasang pada traktor—menerapkan 150-300 L / ha. Konsentrasi akhir yang diterapkan biasanya 0,5-1 % dari bahan aktif asli.

Proses Manufaktur

Produksi pestisida melibatkan tiga langkah inti: sintesis, formulasi, dan pencairan lapangan.

Mensintesis Pestisida

• Sintesis skala laboratorium awal menguji kelayakan. Senyawa yang berhasil memasuki produksi pabrik, seringkali pada 500 kg per batch atau melalui proses kontinu.
• Produksi memerlukan ahli kimia yang terampil, lingkungan yang terkontrol, dan pemilihan reagen yang tepat. Bahan aktif yang selesai dikirim ke formulatur di bawah peraturan bahan berbahaya.

Membentuk Pestisida

• Formulatur mengukur jumlah yang benar bahan aktif dan mencampurnya dengan pembawa atau serbuk iners. Konsentrat cair biasanya 50 % aktif, memfasilitasi pengangkutan.
• Kemasan bervariasi dari drum 200-L untuk pengguna skala besar hingga jerigen 20-L untuk petani kecil. Formulasi kering dikemas dalam kantong 5-10 kg.

Mencairkan Pestisida

• Sebelum penggunaan, aplikator mencairkan konsentrat dengan air untuk mencapai konsentrasi penggunaan lapangan, biasanya 0,5-1 % bahan aktif.

Mengaplikasikan Pestisida

• Penyemprotan udara skala besar menggunakan tangki 2.000-L dan sistem boom untuk dataran datar.
• Tangki dan boom yang dipasang pada traktor memberikan cakupan tingkat tanah.
• Petani kecil sering bergantung pada penyemprot tangan dengan tangki 3-12 L atau 200-L, menerapkan 150-300 L / ha.

Kontrol Kualitas

Dengan sifatnya yang beracun, pestisida tunduk pada peraturan keselamatan dan kualitas yang ketat. Produsen melakukan pengujian komprehensif untuk kekuatan, emulgasi, densitas, warna, pH, ukuran partikel, dan stabilitas suspensi. Produk biasanya melebihi 95 % kemurnian dan harus tetap stabil setidaknya selama satu tahun. Uji umur simpan yang dipercepat mengekspos sampel pada suhu tinggi untuk memverifikasi keberlanjutan efektivitas.

Sertifikasi wajib: petani AS harus menyelesaikan pelatihan melalui Agricultural Extension Service dan mendapatkan sertifikasi negara sebelum membeli pestisida. Aplikator komersial melalui pelatihan dan ujian tertulis yang sama.

Selama pencairan, aplikator menggunakan perlengkapan pelindung—overol, kemeja lengan panjang, sarung tangan, sepatu, dan, jika diperlukan, kacamata atau respirator—menurut instruksi label. Penyemprot dikalibrasi dengan larutan netral sebelum setiap penggunaan untuk memastikan cakupan merata dan dosis yang tepat.

Byproducts and Waste

Semangat awal untuk pestisida sebagai peningkat hasil panen mereda setelah tahun 1950-an ketika volume yang semakin besar diperlukan untuk mempertahankan efektivitas. Buku Rachel Carson tahun 1962 Silent Spring menyoroti risiko ekologis, memicu khawatir yang luas.

Sementara pestisida menargetkan hama, mereka sering membunuh predator alami, yang berpotensi menyebabkan kembalinya hama. Seiring waktu, resistensi berkembang, memerlukan kimia yang lebih kuat. Penyalahgunaan dan aplikasi yang tidak memadai dapat membuat pestisida tidak efektif dan menimbulkan risiko kesehatan.

DDT adalah contoh kerusakan ekologis: bioakumulasi di burung pemangsa menyebabkan status terancam dan larangan yang luas. Pada tahun 1972, EPA melarang sebagian besar penggunaan DDT. Beberapa kimia lain telah dilarang atau dibatasi, namun banyak masih diekspor ke negara berkembang, berkontribusi terhadap perkiraan 3 juta keracunan pestisida dan 20.000 kematian setiap tahun. Ini menimbulkan risiko kontaminasi untuk produk impor.

Manajemen Terpadu Hama (IPM), yang diperkenalkan pada tahun 1960-an, mendorong pendekatan yang beragam: kontrol biologis, praktik kultural, penghapusan mekanis, dan penggunaan kimia yang selektif. Teknik termasuk meluncarkan predator alami, insektisida biologis, rotasi tanaman, jebakan feromon, dan modifikasi genetik yang mengganggu reproduksi hama. Penelitian yang berkelanjutan dapat lebih mengurangi ketergantungan pada pestisida kimia, meningkatkan keberlanjutan.