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Pest Management in Greenhouses: A Historical and Current Perspective
| Dr. Raymond A. Cloyd
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>> Published Date: 4/25/2012
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Pest management, in general, accounts for approximately 5% of the total production of greenhouse-grown crops, and tends to be more of a “reactive” approach as opposed to being “proactive.” This, unfortunately, limits options when trying to manage or regulate populations of the major arthropod (insect and mite) pests of greenhouse production systems, including aphids, fungus gnats, mealybugs, thrips, whiteflies, leafminers, shore flies and mites.
As such, greenhouse producers typically have to rely on pesticides (insecticides and miticides). One of the interesting aspects associated with the history of greenhouse pest management is that this scenario and the arthropod pests commonly encountered really have not changed much; only the insecticides and/or miticides used to manage them. For example, in a 1949 publication entitled, “California Greenhouse Pests And Their Control” by A. E. Pritchard* the common arthropod pests that most greenhouse producers encounter today are included in the publication, even broad mite (Polyphagotarsonemus latus) and cyclamen mite (Phytonemus pallidus).
However, the major differences between “then and now” are what pesticides were recommended, which included (some oldies but goodies) DDT, benzene hexachloride, parathion, nicotine, tetraethyl-pyrophosphate, calcium cyanide fumigation, light oil emulsions and chlordane. Remember these? I don’t think these pesticides would likely be re-registered by the Environmental Protection Agency (EPA). What is also interesting is that, back then, even biological control was included as a recommendation (in this case, against mealybugs).
Pesticides past and present
In the “old days” (prior to the 1990s), greenhouse producers could expect to have two to three new active ingredients become available each year to assist them in mitigating problems with arthropod pests. In addition, greenhouse producers had a “heavy” arsenal of pesticides that included aldicarb (Temik), oxamyl (Vydate), and methomyl (Lannate). These products were broad-spectrum in activity and killed nearly all insect and mite pests encountered during crop production. However, some of these products were also highly toxic to humans (based on their low LD50) and certain wildlife. Therefore, greenhouse producers had to take extreme caution to avoid accidental exposure during and after application.
After new federal and state laws, and regulations were enacted by the EPA, this resulted in the withdrawal of many of these older products (although I do know of greenhouse producers that purchased pallets of Temik as soon as they heard it was coming off the market). The trend of increased pesticide regulation continues today, and combined with the increasing availability of low-cost generic products and the high costs (approximately $100 to $300 million dollars) and time investment (over 7 to 10 years) of registering new active ingredients, greenhouse producers are seeing fewer new active ingredients entering the marketplace. In addition, basic manufacturers are attempting to protect their intellectual property by mixing together two active ingredients to enhance the likelihood of either a synergistic or additive effect (1+1=3). This is one trend that will likely continue.
As a result of the increased regulation, newly registered pesticides are more narrow-spectrum in their activity on arthropod pests than previous compounds. These are referred to as “selective” pesticides (or biopesticides, biorationals, and/or reduced-risk insecticides/miticides) because they are less toxic to humans (based on their high LD50), the environment (due to their minimal residual activity) and target only a few arthropod pests. These compounds include insect growth regulators, insecticidal soaps (potassium salts of fatty acids), horticultural oils, selective feeding blockers, entomopathogenic fungi and bacteria, and other micro-organisms. Examples include bifenazate (Floramite) and etoxazole (TetraSan), which are labeled only for mites; pymetrozine (Endeavor), which is labeled only for aphids and whiteflies; spiromesifen (Judo) labeled for various types of mites and whiteflies; pyridalyl (Overture), which is labeled for thrips and caterpillars; Bacillus thuringiensis subsp. israelensis (Gnatrol), which is only labeled for fungus gnat larvae; and spinosad (Conserve), which is labeled for thrips, leafminers and caterpillars.
The increase of biologicals & resistance
The introduction of “selective” pesticides made it possible for greenhouse producers to consider integrating biological control agents, including parasitoids and predators with pesticides. Furthermore, despite the introduction of less toxic products, public concerns associated with the impact of pesticide residues on human and environmental health has ironically increased. This trend, combined with instances of insect pest resistance to certain insecticides has further stimulated greenhouse producers to include biological control into their pest management programs.
The issue of resistance has become paramount in recent years due to the development of spinosad (Conserve) resistance by Western flower thrips (Frankliniella occidentalis) populations. This resulted from the overuse of Conserve, which for several years had few effective rotational products labeled for greenhouse use. As a result, some greenhouse producers have pursued augmentative biological control to manage Western flower thrips (and other arthropod pests). This involves applying or releasing (similar to an insecticide) biological control agents, including the entomopathogenic nematode, Steinernema feltiae, and/or predatory mites such as Amblyseius swirskii.
In some cases, biological control has been extremely effective; however, there are issues or concerns regarding expense (mainly due to shipping and handling costs, and application techniques), inconsistent results and quality control. Therefore, biological control agents typically need to be integrated with insecticides (and miticides) in order to provide consistent, effective and economic control. However, this is often a challenge. In addition to incorporating biological control, greenhouse producers are developing rotation programs, based on modes of action, in order to mitigate the development of resistant populations of Western flower thrips and other arthropod pests.
Greenhouse producers still have to contend with the multitude of arthropod pests that were encountered in 1949. As such, another trend that has developed is that with the general decline in the availability of broad-spectrum pesticides, greenhouse producers are mixing different “selective” pesticides (insecticides and miticides) together in order to obtain the same or similar level of broad-spectrum activity as the older pesticides. In addition, manufacturers have developed pre-mixes of insecticides (and fungicides) that are designed to control a wider-range of arthropod pests, and also possibly help mitigate the development of resistance. These include Sirocco (abamectin + bifenazate), Duraplex (cyfluthrin + chlorpyrifos), Discus (imidacloprid + cyfluthrin), and Tame/Orthene (fenpropathrin + acephate). However, certain products used in tank mixtures and pre-mixes can be more phytotoxic to certain plants and also biological control agents, which may limit their use, especially in greenhouses where a multitude of crop types are grown. Despite the limitations of pre-mixes, this trend is likely to continue due to dynamics in the market that are inhibiting the development of new active ingredients.
Finally, neonicotinoid-based insecticides including imidacloprid (Marathon), dinotefuran (Safari), thiamethoxam (Flagship), and acetamiprid (TriStar) have dominated the greenhouse market since being introduced in the mid-1990s, and continue to be used extensively by greenhouse producers. In addition, their use is increasing due to the post-patent introduction of imidacloprid by numerous companies. The excessive use of neonicotinoids increases the likelihood of resistance developing to this mode of action (nicotinic acetylcholine receptor disruptor), as was demonstrated by the introduction of the Q-biotype of the sweet potato whitefly (Bemisia tabaci). This biotype has documented resistance to imidacloprid, thiamethoxam and acetamiprid. Therefore, it’s critical for greenhouse producers to avoid continually relying on or “over-using” the neonicotinoids in order to prevent insect pests from developing resistance and preserve their effectiveness.
In summary, the concepts of pest management in greenhouse production systems, including cultural, physical and biological have not generally changed over the past 50 years. The primary changes have been associated with the removal of broad-spectrum pesticides from the greenhouse market, and a decline in the rate at which new active ingredients are being developed and introduced for use in greenhouses. As a result, it’s important for greenhouse producers to exercise proper pesticide stewardship so that everyone affiliated with the greenhouse industry will be able to effectively regulate arthropod pest populations with the current arsenal of compounds, and more importantly produce a quality crop. GT
* Bulletin 713, May 1949. California Agricultural Experiment Station, The College of Agriculture, University of California, Berkeley, California
This article is dedicated to Dr. Richard K. Lindquist (formally with the Ohio State University [OARDC], and OHP, Inc.), who is now officially retired, for his many years of service and substantial contributions to the greenhouse industry. Richard was an inspiration to me during my early years as a graduate student and young assistant professor. Good luck in retirement, Richardo!
Dr. Raymond A. Cloyd is Professor and Extension Specialist in Ornamental Entomology/Integrated Pest Management for the Department of Entomology at Kansas State University in Manhattan, Kansas. He can be reached at (785) 532-4750 or rcloyd@ksu.edu.
El manejo de plagas, en general, representa aproximadamente el 5% de la producción total de los cultivos bajo invernadero, y tiende a tener un enfoque más “reactivo” que “proactivo.” Esto desafortunadamente limita las opciones a la hora de manejar o regular las poblaciones de las principales plagas artrópodas (insectos y ácaros) de los sistemas productivos bajo invernadero, incluyendo áfidos, moscas de los hongos, cochinillas harinosas, trips, moscas blancas, minadores, moscas de las orillas y arañitas.
Como tal, los productores de invernadero típicamente deben recurrir a los pesticidas (insecticidas y acaricidas). Uno de los aspectos interesantes relacionados con la historia del manejo de plagas bajo invernadero es que dicho sistema y las plagas a controlar han cambiado poco, encontrándose más bien variaciones en los insecticidas/ acaricidas utilizados para combatirlas. Por ejemplo, en una publicación de 1949 que se titula, “Plagas de Invernadero en California y su Control” por A. E. Pritchard* se reportan las plagas artrópodas que con más frecuencia encontraban los productores de invernadero, incluyendo incluso el ácaro ancho (Polyphagotarsonemus latus) y el ácaro del ciclamen (Phytonemus pallidus).
Sin embargo las mayores diferencias entre “el entonces y el ahora” está en los pesticidas que se recomiendan, que incluían (algunos viejos pero buenos) DDT, hexacloruro de benceno, paratión, nicotina, tetraetil-pirofosfato, fumigación con cianuro de calcio, emulsiones de aceites ligeros y clordano. ¿Los recuerda? No creo factible que la Agencia de Protección Ambiental (EPA) llegue a registrar nuevamente estos pesticidas. Lo que también es interesante es que, entonces, el control biológico ya se incluía entre las recomendaciones (en este caso, contra las cochinillas harinosas).
Pesticidas pasados y presentes
En los “viejos tiempos” (antes de la década de los noventas), los productores de invernadero podían esperar que se introdujeran dos a tres ingredientes activos nuevos cada año para asistirlos en la mitigación de problemas causados por las plagas artrópodas. Adicionalmente, disponían de un arsenal “pesado” de pesticidas incluyendo el aldicarb (Temik), el oxamil (Vydate), y el metomil (Lannate), productos de amplio espectro que eliminaban casi todos los insectos y ácaros asociados a la producción. Sin embargo, algunos de estos productos también eran altamente tóxicos para los humanos (debido a su baja DL50) y cierta vida silvestre. Por lo tanto, los productores de invernadero debían tener sumo cuidado para evitar la exposición accidental durante y después de las aplicaciones.
La expedición de nuevas leyes federales y estatales por parte de la EPA llevó a que muchos de estos productos fueran suspendidos (aunque sé de productores que compraron cápsulas de Temik tan pronto como supieron que iba a salir del mercado). La tendencia a emitir regulaciones cada vez más estrictas con respecto al uso de pesticidas continúa, y junto con la creciente disponibilidad de productos genéricos de bajo costo y las altas inversiones en tiempo (entre 7 y 10 años) y dinero (aproximadamente $100 a $300 millones de dólares) necesarios para registrar ingredientes activos nuevos, es la causa de que los productores de invernadero vean cada más restringido el número de productos que entran al mercado. Adicionalmente, los fabricantes básicos intentan proteger su propiedad intelectual mezclando dos ingredientes activos en busca de un posible efecto sinérgico o aditivo (1+1=3). Esta es una tendencia que seguramente continuará.
Como resultado de las estrictas regulaciones, los pesticidas recientemente registrados presentan un espectro de actividad sobre las plagas artrópodas más estrecho que el de los compuestos anteriores, por lo que se conocen como pesticidas “selectivos” (o biopesticidas, biorracionales, y/o insecticidas o acaricidas de bajo riesgo) ya que son menos tóxicos a los humanos (con base en su LD50) y el ambiente (por su mínima actividad residual), y controlan solamente unas pocas plagas artrópodas. Entre estos compuestos se cuentan los reguladores del crecimiento de los insectos, los jabones insecticidas (sales de potasio de ácidos grasos), los aceites hortícolas, bloqueadores selectivos de la alimentación, hongos y bacterias entomopatógenos y otros microorganismos. Entre estos se encuentran el bifenazato (Floramite) y el etoxazole (TetraSan), que están registrados solamente contra ácaros; la epimetrozina (Endeavor), registrada contra áfidos y moscas blancas; el espiromesifen (Judo) contra varios tipos de ácaros y moscas blancas; el piridalil (Overture), contra trips y orugas; Bacillus thuringiensis subsp. israelensis (Gnatrol), contra larvas de moscas de los hongos; y el espinosad (Conserve), registrado para el control de trips, minadores y orugas.
Aumento de biológicos y de resistencia
La introducción de pesticidas “selectivos” ha posibilitado la integración de agentes de control biológico, incluyendo parasitoides, a la aplicación de pesticidas en los cultivos bajo invernadero. Adicionalmente, a pesar de la introducción de productos menos tóxicos, la preocupación del público en relación con el impacto de los residuos de pesticidas sobre la salud humana y ambiental, irónicamente ha aumentado. Esta tendencia, combinada con la presencia de plagas resistentes a ciertos insecticidas ha estimulado a los productores a incluir el control biológico en sus programas de manejo de plagas.
El tema de la resistencia ha adquirido suma importancia en años recientes debido al desarrollo de resistencia al espinosad (Conserve) en las poblaciones de trips occidentales de las flores (Frankliniella occidentalis), que se presentó como resultado del uso excesivo de este producto, pues durante varios años hubo pocos productos rotacionales efectivos para uso en invernadero. En consecuencia, algunos productores han optado por incrementar los controles biológicos para manejar los trips occidentales de las flores (y otras plagas artrópodas). Entre estos se incluyen las aplicaciones o liberaciones de agentes de control biológico (similar a un insecticida), tales como el nematodo entomopatógeno Steinernema feltiae, y/o ácaros depredadores como Amblyseius swirskii.
En algunos casos, el control biológico ha sido extremadamente efectivo; sin embargo, hay reparos con respecto a los costos (principalmente en lo relacionado a su despacho y manejo y a las técnicas de aplicación), a la inconsistencia de los resultados y al control de calidad. Por lo tanto, los agentes de control biológico generalmente deben ser integrados con insecticidas (y acaricidas) para lograr un control consistente, efectivo y económico; sin embargo, ello es con frecuencia un reto. Además del control biológico, muchos productores han desarrollado programas de rotación con base en el modo de acción de los pesticidas, con el ánimo de prevenir el desarrollo de poblaciones resistentes a los trips occidentales de las flores y otras plagas artrópodas.
Los productores bajo invernadero aún tienen que enfrentarse a la multitud de plagas artrópodas que se reportaban en 1949. Como tal, otra tendencia que se observa es que con la reducida disponibilidad general de pesticidas de amplio espectro, los productores mezclen diferentes productos “selectivos” (insecticidas y acaricidas) para obtener el mismo nivel o un nivel similar de acción que el que lograban con los productos antiguos. Adicionalmente, los fabricantes también han desarrollado pre-mezclas de insecticidas (y fungicidas) diseñadas para controlar un amplio rango de plagas artrópodas, y posiblemente ayudar a mitigar el desarrollo de resistencia. Estas incluyen Sirocco (abamectina + bifenazate), Duraplex (ciflutrina + clorpirifos), Discus (imidacloprid + ciflutrina), y Tame/Orthene (fenpropatrina + acefato). Sin embargo, algunos productos utilizados en las mezclas en tanque y pre-mezclas pueden ser más fitotóxicos para las plantas y los agentes de control biológico, lo que limita su uso particularmente en invernaderos donde se cultiva una gran variedad de plantas. A pesar de las limitaciones de las pre-mezclas, es factible que esta tendencia continúe dada la dinámica del mercado que restringe el desarrollo de nuevos ingredientes activos.
Finalmente, los insecticidas con base neonicotinoide, incluyendo el imidacloprid (Marathon), el dinotefuran (Safari), el tiametoxam (Flagship) y el acetamiprid (TriStar) han dominado el mercado de los invernaderos desde que fueran introducidos en los años noventa, y continúan en amplio uso. De hecho, su uso aumenta debido a la introducción post-patente del imidacloprid por parte de numerosas compañías. El uso excesivo de los neonicotinoides aumenta las probabilidades de que se desarrolle resistencia a este modo de acción (disrupción del receptor de acetilcolina nicotínica), como fue demostrado por la introducción del biotipo Q de la mosca blanca de la batata (Bemisia tabaci), que tiene resistencia documentada al imidacloprid, el tiametoxam y el acetamiprid. Por lo tanto, es supremamente importante que los productores en invernadero dejen de depender o “sobre utilicen” los neonicotinoides para prevenir el desarrollo de plagas resistentes y conservar la efectividad de estos productos.
En resumen, los conceptos del manejo de plagas en los cultivos bajo invernadero, incluyendo el control cultural, físico y biológico no han cambiado en términos generales durante los últimos 50 años. Los principales cambios se asocian con el retiro de muchos pesticidas de amplio espectro, y la baja frecuencia con la que actualmente se desarrollan e introducen nuevos ingredientes activos para los cultivos de invernadero. En consecuencia, es importante que los productores ejerzan un adecuado manejo de los pesticidas, para que todas las personas asociadas a la industria puedan regular eficientemente las poblaciones de artrópodos plaga con el arsenal actual de compuestos y, aún más importante, producir un cultivo de calidad. GT
* Boletín 713, Mayo 1949. Estación de Experimentación Agrícola de California, Escuela de Agricultura, Universidad de California, Berkeley, California
Este artículo está dedicado al Dr. Richard K. Lindquist (formalmente con la Universidad Estatal de Ohio [OARDC], y OHP, Inc.), quien se encuentra oficialmente retirado, por sus muchos años de servicio y sustanciales contribuciones a la industria de los invernaderos. Richard fue una inspiración para mí durante mis primeros años como estudiante de posgrado y joven profesor asistente. Buena suerte en el retiro, Richardo!
El Dr. Raymond A. Cloyd es Profesor y Especialista en Extensión en Entomología Ornamental /Manejo Integrado de Plagas para el Departamento de Entomología de la Universidad Estatal de Kansas en Manhattan, Kansas, Estados Unidos. Puede ser contactado en el Tel (785) 532-4750 o en el correo rcloyd@ksu.edu.
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