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殺虫剤誘発性再発生（害虫管理の文脈では再発生と略されることが多い）は、殺虫剤の使用による制約として説明でき、殺虫剤が昆虫やハダニなどの害虫を防除できず、重要性の低い個体群を「急増」させてしまう。これが起こるメカニズムは複数あるが、広範囲殺虫剤や殺ダニ剤の使用後の天敵の死亡が原因として挙げられることが多い。これは「殺虫剤トレッドミル」と呼ばれることもある。これは、農薬への自己強化的な過剰依存と、自然の生物的防除に対する悪影響を説明するためにロバート・ファン・デン・ボッシュが作った用語である。顕著な例としては、広範囲殺虫剤の過剰使用後に発生したイネウンカの個体群の急増が挙げられる。 [ 1 ] [ 2 ]
この現象は、殺虫剤のパラドックスとも呼ばれています。殺虫剤を害虫に散布すると、殺虫剤が生態系における自然な捕食者と被食者の関係を乱すと、結果的にその害虫や他の害虫の個体数が増加してしまう可能性があるというものです。 [ 3 ]
人口増加に伴い、世界の食糧生産は集約化され、1950年代以降は化学農薬が使用されるようになった。以下に例を挙げるが、イネにとって重要なことから、トビイロウンカの発生は集中的に研究されてきた。害虫とその天敵（クモ、寄生蜂、捕食性昆虫など）の死亡率の差が、発生の主な要因であった。しかし、昆虫が餌とするイネの篩管のタンパク質含有量の増加による害虫の繁殖力の増加など、他の再発生要因もあった。[ 1 ]
持続可能な集約化には、総合的病害虫管理（IPM）の実践が含まれます。これは、農家や栽培者の経済的コストを削減するだけでなく、農薬耐性、再発、高濃度の作物残留物のリスクに関連する技術的制約を管理するための適切な戦略として広く認識されています。明らかな解決策は、農薬の使用を減らすかなくすことですが、害虫の圧力が高い場合（たとえば、多くの熱帯作物の場合）、これは必ずしも実行可能ではありません。しかし、適切なタイミング、適用、生物農薬などの有害性の低い製品の使用など、さまざまな対策を講じることができます。[ 4 ]
この矛盾に対処するため、栽培者は総合的病害虫管理（IPM）[ 5 ]に目を向けることがある。これは、害虫とその環境との相互作用を考慮した、害虫防除に対する生態学的アプローチである。IPMの実施方法は一つだけではなく、機械的な捕獲装置の使用や天敵の数を増やすといった方法もある。
総合的病害虫管理（IPM）は、被害が一定の閾値に達した場合にのみ殺虫剤を散布するため、環境面や健康面でのメリットも高く評価されている。
19世紀後半にベダリアテントウムシが導入された後、イセリア・プルカシ個体群の管理は古典的な生物的防除の初期の成功例としてよく知られています。しかし、1950年代のDDTや有機リン系殺虫剤による農作物散布により、ベダリアテントウムシの死亡率が高くなり、ワタカイガラムシが再流行しました。これは特に、早春に飛行機から散布されたマラチオンやDDTの飛散が原因でした。 [ 6 ]
DDTなどの第一世代殺虫剤は、残留性が比較的低く哺乳類に対する毒性も低いため、1970年代末までに農業および園芸用途では合成ピレスロイドに置き換えられることが多かった。しかし、その幅広い作用スペクトルは、ハダニ防除と、さまざまな植物におけるさまざまなハダニ種の再発生を引き起こす能力の両方において異なっている。殺虫剤は、カブリダニ類やその他のハダニ捕食者に対して致死的であると同時に忌避的である可能性がある。合成ピレスロイドを散布すると、ハダニの発育が短縮され、性比が雌に偏り、冬眠の開始が遅れる可能性がある。[ 7 ]
捕食性ダニは、リンゴ園でよく見られる害虫である植物食性ダニを自然に捕食します。果樹園に殺虫剤を散布すると両方のダニが死滅しますが、捕食の減少による影響は殺虫剤の影響よりも大きく、植物食性ダニの個体数が増加します。[ 8 ]
国際稲研究所が記録したように、米にも同様の効果が見られ、殺虫剤の使用を中止すると害虫の個体数が大幅に減少したと報告されている。[ 9 ]
最近の研究では、このようなパラドックスは、例えば殺虫剤による捕食者個体群の減少自体によって引き起こされるとは限らないことが示唆されている。捕食者の個体群は捕食時に減少し、同時に種内密度効果が弱まる。[ 10 ]種内競争は、同じ種の個体間の競争を指す。個体群密度が高く、その結果資源が相対的に乏しい場合、各個体は成長、生存、繁殖にエネルギーを投資するための資源へのアクセスが少なくなる。その結果、生存率が低下したり、死亡率が上昇したりする。
種内競争は密度が高くなるにつれて激化する。例えば、乱獲によって個体数が減少すると、個体密度が低下し、種内競争が緩和されるため、被食者集団の死亡率が低下すると考えられる。
研究によると、獲物の捕獲による捕食者個体群への直接的な影響は、パラドックスを観察するために必ずしも必要ではないことも示されています。[ 10 ]獲物の捕獲は捕食者の繁殖率の低下を引き起こし、捕食者の平衡レベルを低下させることが示されています。したがって、生活史戦略（成長、繁殖、生存のパターン）の変化もパラドックスに寄与する可能性があります。
この矛盾は、漁獲が捕食者と被食者の本来の生態学的相互作用に及ぼす間接的な影響によって説明できると思われる。すなわち、被食者においては種内密度効果の減少、捕食者においては繁殖率の低下である。前者は被食者の個体数回復を促進し、後者は捕食者の平衡個体数レベルを低下させる。
農薬のパラドックスを数学的に記述するために、捕食者と被食者の相互作用を記述するためによく用いられる、1階非線形微分方程式の集合であるロトカ・ボルテラ方程式を修正して、捕食者と被食者の相互作用に農薬が加わることを考慮することができる。
これらの変数は以下を表します。
以下の2つの式は、ロトカ・ボルテラ方程式の原型であり、それぞれの生物の個体数の変化率を、もう一方の生物の個体数の関数として表すものです。
各方程式をゼロに設定し、安定した個体群を仮定することで、2本の直線（等傾線）からなるグラフを作成し、平衡点、つまり相互作用する両方の個体群が安定する点を求めることができる。
上記2つの式に対応する等傾斜線は以下のとおりです。
ここで、殺虫剤の添加によって生じる捕食者と被食者の個体群動態の違いを考慮するため、両種が殺虫剤によって殺される個体当たりの割合を表す変数qが追加されます。元のロトカ・ボルテラ方程式は次のように変更されます。
上記のように等傾線を解くと、次の式は、新しい平衡点を表す交点を持つ2本の直線を表します。これらが、個体群の新しい等傾線です。
新しい等傾線からわかるように、新しい平衡状態ではH値が高くP値が低くなるため、捕食者の数は減少し、被食者の数は増加します。したがって、通常は殺虫剤の標的となる被食者は、殺虫剤によって害を受けるのではなく、実際には利益を得ていることになります。
