Экологические основы интегрированной защиты растений: учебник

1.3. Современный период становления систем защиты растений

Вредные организмы причиняют значительный ущерб сельскому хозяйству России на современном этапе его развития (табл. 3, 4).

Потенциальные потери урожая сельскохозяйственных культур от вредителей, 1996–2000 гг. [13]

Культура	Площадь, тыс. га	Валовой сбор, тыс. т	Потери урожая
Культура	Площадь, тыс. га	Валовой сбор, тыс. т	%	тыс. т	тыс. т зерновых ед.	млн. руб.
Зерновые	49982	65180	13,1	8538,6	8539	21346
Кормовые	31831	63662	13,5	8594,4	4039	8594
Картофель	3306	33915	10,8	3662,9	6520	13589
Сахарная свекла	921	14012	11,2	1569,3	753	799
Овощи	774	11401	13,7	1561,9	4061	10565
Подсолнечник	4559	3380	13	439,3	1024	1266
Плодовые	994	2179	20	435,8	2179	3225
Соя	444	292	13	37,9	152	152
Рапс	276	116	13	15,1	45	90
Лен	116	33	8,25	2,7	66	38

Потенциальные потери урожая сельскохозяйственных культур от вредителей, 1996–2000 гг.

Район РФ	Производство зерна (% к общему по России)*	Частота вспышек массового развития (число лет из 10)	Среднегодовые потери урожая зерна		Основной фитопатогенный комплекс**
Район РФ	Производство зерна (% к общему по России)*	Частота вспышек массового развития (число лет из 10)	млн т*	%*	Основной фитопатогенный комплекс**
Северо-Кавказский	17,0–23,5	6	4,5–7,7	20–30	Септориоз, пиренефороз, бурая и желтая ржавчина, фузариоз колоса, сетчатая и темно-бурая пятнистости
Центрально-Черноземный	8,9–12,8	4	1,7–3,2	15–25	Мучнистая роса, септориоз, бурая ржавчина, сетчатая пятнистость, корневые гнили
Центральный	8–10,6	5	2,7–3,5	25–30	Септориоз, бурая ржавчина, мучнистая роса, снежная плесень, сетчатая и темно-бурая пятнистости, ринхоспориоз, корневые гнили
Поволжский	14–24,8	3	3,0–4,3	15–20	Бурая и стеблевая ржавчина, мучнистая роса, снежная плесень, сетчатая и темно-бурая пятнистости, ринхоспориоз, корневые гнили
Волго-Вятский	5–6,9	4	0,8–1,6	15–25	Бурая и стеблевая ржавчина, септориоз, мучнистая роса, снежная плесень, сетчатая и темно-бурая пятнистости, ринхоспориоз
Уральский	13,3–18,6	2	1,7–3,5	10–20	Бурая ржавчина, корневые гнили, мучнистая роса, септориоз, сетчатая темно-бурая пятнистости, ринхоспориоз
Россия (всего)	100	2–6	14,4–23,8	16,6–25,0	Весь комплекс
* Пределы варьирования по годам ** В порядке убывания хозяйственной значимости

Основные фитопатогенные объекты, опасные для человека и животных

Изучены	Требуют изучения
Fusarium graminearum	Seploria nodorum
F. culmorum	Ustilago spp.
F. sporotrichiella	Nigrospora gossypii
F. poae	Puccinia spp.
F. nivale	Erysiphe graminis
F. roseum	Mucor spp.
Aspergillus flavus	Alternaria spp.
A. fumigatus	Rhizopus spp.
A. niger	Phytophthora infestans
Claviceps purpurea	Rhizoctonia solani
Stachybotrys chartarum	Грибные препараты
Dendrodochium toxicum
Penicillium spp.

Проблема качества сельскохозяйственной продукции во многом связана с высокой засоренностью посевов.

Наличие в муке даже незначительного количества размолотых семян куколя обыкновенного, плевела опьяняющего, белены черной, горчака ползучего делает ее непригодной для человека и животных. Пыльца амброзии полыннолистной и полыни горькой вызывает аллергические заболевания. На пастбище или в сене примеси растений горчака ползучего, лютика едкого, хвоща полевого и некоторых других могут вызвать отравление животных. При скармливании скоту донника лекарственного, лука круглого, полыни горькой молоко и масло приобретают неприятный вкус.

Сорняки создают большие трудности при проведении ряда сельскохозяйственных работ. Значительная засоренность земельных участков, особенно корневищными и корнеотпрысковыми сорняками, требует дополнительных обработок почвы, повышает до 30 % тяговое сопротивление почвообрабатывающих орудий и вызывает преждевременный износ их рабочих органов.

Общие потери урожая сельскохозяйственных культур от сорняков в нашей стране оцениваются суммой около 3 млрд р. в год, превышая недобор урожая от болезней и вредителей, хотя основную массу применяемых пестицидов составляют гербициды.

Современный системно-экологический период в развитии защиты растений базируется на знаниях предыдущих периодов, используя максимально достижения общей и эволюционной экологии.

Можно отметить следующие признаки современного периода развития экологии значимые для развития защиты растений:

осознание глобальной роли воздействия антропогенной трансформации экосистем на биосферу в целом;

признание основным критерием естественного отбора тактики размножения, а не конкуренции (внутривидовой, межвидовой);

акцент в эволюции экосистем на их биологическое разнообразие;

рассмотрение экологии как науки о жизненных явлениях в природе и признание применительно к агроэкосистемам недостаточной для системного подхода методологии аут- и синэкологических периодов.

Отмеченные признаки современного периода развития экологии особенно четко проявились в быстро развивающейся в последние годы прикладной экологической науке в области защиты растений эпифитотиологии, 25-летие которой отмечалось за рубежом в 1988 г.

Эпифитотиология как наука зародилась в глубокой древности и медленно развивалась в мировой науке как ботанический раздел общей эпидемиологии, а в отечественной науке как раздел фитопатологии. Причины медленного развития эпифитотиологии Я. Ван дер Планк видел в том, что «слишком долго в некоторых учреждениях фундаментальные исследования понимались как исследования не связанные с нуждами фермеров и не имеющие вероятностного приложения в сельском хозяйстве». По мнению Я. Ван дер Планка, прогресс в тактику борьбы с вредными организмами вносят средства защиты растений и сорта, но стратегию борьбы «определяет только эпифитотиология».

Понятия «стратегия» и «тактика» защитных мероприятий являются новыми в защите растений, а поэтому употребляются довольно произвольно, хотя они имеют основополагающую значимость. Под стратегией систем ИЗР следует понимать их научно-обоснованную цель, определяемую путем анализа эволюционно-экологических признаков типов стратегий жизненных циклов вредных организмов.

Я. Ван дер Планк, основываясь на эпифитотиологических закономерностях жизненного цикла вредных организмов, сформулировал три стратегии защитных мероприятий:

снижение исходной численности популяций ниже ПВ или ЭПВ;

торможение скорости эпифитотиологического процесса или скорости размножения вредных организмов;

Современные достижения эпифитотиологии позволили конкретизировать эти стратегии по вредным организмам – группам экологических эквивалентов, жизненный цикл которых адаптирован в процессе эволюции к разным экологическим средам: почве, наземно-воздушной среде, органам генеративного и вегетативного размножения растений, к организмам-переносчикам (насекомым, нематодам, грибам) [35].

Под тактикой систем ИЗР следует понимать методы (способы) защиты растений, которые в соответствии со стратегической задачей обеспечивают эффективную биологическую, хозяйственную, экономическую и экологическую эффективность систем ИЗР.

При разработке тактики ИЗР следует использовать структурную модель ее методов (рис. 1).

Рис. 1. Структурная модель методов интегрированной защиты растений от вредных организмов
(А и Б – соответственно фундаментальные и оперативные методы)

Структурная модель методов интегрированной защиты растений состоит из фундаментальных (устойчивые сорта, включая генно-инженерно-модифицированные, агротехнический метод, карантинные мероприятия) и оперативно-профилактических (биологический, химический, физический, механический) методов, которые следует рассматривать как подсистемы (части) ИЗР. Классификация методов, их роль в системе ИЗР были впервые предложены профессором Московской сельскохозяйственной академии им. К.А. Тимирязева Б.В. Добровольским на VIII Международном конгрессе по защите растений.

Характерные признаки системы, значимые в ИЗР:

наличие частей, или подсистем. Составными частями модели ИЗР являются методы защиты растений (фундаментальные, оперативные);

закономерная взаимосвязь частей, или подсистем. Согласно этому принципу эффективность отдельных методов оценивают по дополнительности их действия в системе ИЗР, взаимозаменяемости действия, средообразующей роли в агроэкосистемах: создания неблагоприятных условий для проявления жизненного цикла вредных организмов и благоприятных – для формирования урожая и качества сельскохозяйственной продукции;

последовательность (определенный порядок) использования частей или подсистем для достижения эффективного действия системы. В ИЗР в первую очередь целесообразно применять фундаментальные методы, затем оперативные. При этом в долгосрочной перспективе доля влияния фундаментальных методов должна возрастать, а оперативно-профилактических сокращаться;

единство задач частей (подсистем) и целого (системы), их непротиворечивость. Задачей систем ИЗР является получение научно-обоснованной эффективности как методов, так и системы в целом: биологической (снижение численности вредных организмов или развития болезней), хозяйственной (сохранение и повышение урожайности сельскохозяйственной продукции), экономической (превышение прибыли над затратами) и экологической (отсутствие ущерба для здоровья человека и нецелевых организмов). Благодаря единству задач способов и ИЗР в целом достигается гармоническое единство задач защиты растений с задачами систем растениеводства и земледелия.

Как фундаментальные, так и оперативно-профилактические методы обладают присущими им достоинствами и недостатками, которые следует учитывать при разработке системы ИЗР. Покажем это на примере четырех основных методов защиты растений.

1. Устойчивые сорта

Достоинства:

простота в применении;

безопасность для окружающей среды;

относительная дешевизна способа;

длительное использование;

Недостатки:

отсутствие сортов с комплексной устойчивостью, малая вероятность их создания;

несовпадение, как правило, признака устойчивости к вредным организмам с высокой урожайностью и хорошим качеством продукции;

появление резистентных форм (рас, популяций) вредных видов, преодолевающих генетическую устойчивость сорта.

2. Агротехнический метод защиты растений

Достоинства:

агрометод в большинстве случаев не требует дополнительных затрат;

практически безопасен для окружающей среды;

действует фундаментально в течение одного сезона, или в течение многих лет, задействуя механизмы саморегуляции;

действует против всех групп вредных организмов;

доступен для использования в хозяйствах любых размеров и форм собственности;

совместим с другими способами, дополняя и повышая их эффективность.

Недостатки:

недостаточно стабилен по годам;

разнонаправлено действует на факторы эпифитотического процесса (тактики Р, В, Т).

3. Биологический метод защиты растений

Достоинства:

относительная безопасность применения для теплокровных животных, полезных организмов, окружающей среды;

регулирующая роль в агроэкосистемах (энтомофаги);

природное происхождение и высокая селективность в отношении целевых вредных организмов.

Недостатки:

медленное действие по сравнению с химпрепаратами;

большая зависимость эффективности от экоресурсов;

узкий спектр действия;

недостаточная технологичность применения;

ограниченный срок, высокие требования к условиям хранения;

необходимость высококвалифицированного агрономического персонала.

4. Химический метод защиты растений

Достоинства:

действует быстро, относительно стабилен и высокоэффективен по годам;

высокотехнологичен;

широкий спектр действия против вредных организмов;

небольшая зависимость от погодных условий (системные препараты);

продолжительный срок хранения и низкие требования к условиям хранения;

пригоден для использования специалистами любой квалификации.

Недостатки:

появление резистентных форм;

опасность для человека, теплокровных, полезных видов и разнообразных нецелевых организмов;

загрязнение продуктов питания, накопление остатков в природной среде, включение в круговорот веществ в природе;

нарушение структуры биоценозов, появление более агрессивных форм вредных организмов (токсигенных) и уничтожение нецелевых объектов (энтомофаги).

Достоинства методов учитывают при разработке систем ИЗР пяти уровней сложности, начиная от низшего (популяционного уровня) к высшему (агроландшафты и биосфера в целом).

	Первый уровень сложности ИЗР разрабатывают против отдельных особенно вредоносных популяций вредных организмов, угрожающих существенной (более 15–20 %) потере урожайности сельскохозяйственных культур в регионах, странах, на континентах. К таким вредным организмам относятся: луговой мотылек, саранчовые, колорадский жук, ржавчинные заболевания, фитофтороз и др.
	Второй уровень сложности систем ИЗР разрабатывают против групп экологических эквивалентов (почвенных, или корне- клубневых; наземно-воздушных, или листо-стеблевых; семенных, трансмиссивных). Экологическими эквивалентами считают такие группы вредных организмов, жизненный цикл которых адаптирован в процессе эволюции к различным экологическим средам: почве, наземно-воздушной среде, органам размножения растений, организмам-переносчикам (насекомым, грибам, нематодам). Системы ИЗР второго уровня сложности позволяют создавать здоровые почвы, здоровую наземно-воздушную среду, здоровый посевной и посадочный материал. Это имеет радикальное значение для конструирования агроэкосистем с оптимальным фитосанитарным состоянием.
	Третий уровень сложности систем ИЗР разрабатывают против сообществ (фитопатогены, фитофаги, сорняки) вредных организмов сельскохозяйственных культур (пшеница, картофель, лен и др.) по периодам формирования основных элементов структуры урожая, например, по яровой пшенице густоты продуктивного стеблестоя (числа колосьев/м2), числа зерен в колосе, массы 1000 зерен).
	Четвертый уровень сложности систем ИЗР разрабатывают против сообществ вредных организмов севооборота (полевого, кормового, овощного) по схеме третьего уровня сложности по каждой культуре.
	Пятый уровень сложности систем ИЗР разрабатывают против сообществ вредных организмов на уровне агроландшафтов (долина, склоны и др.) применительно к зонам (степь, лесостепь, предгорья, подтайга, тайга) и биосферы в целом, используя результаты ИЗР четвертого уровня сложности.

Последовательность применения систем ИЗР пяти уровней сложности на базе агротехнического метода защиты растений обеспечивает конструирование агроэкосистем с оптимальным фитосанитарным состоянием, знаменуя переход на новый системно-экологический уровень защиты растений.

На современном этапе во всем мире выделяют две концепции систем ИЗР – интегрированного управления (менеджмента) вредными организмами (IPM), которые акцентируют внимание на биоцидные средства защиты растений и интегрированного управления фитосанитарным состоянием агроэкосистем (Integrated Phythosanitary Management). Последняя отдает предпочтение небиоцидным методам и средствам – возделыванию устойчивых и адаптивных сортов, агротехническим приемам, мероприятиям внешнего и внутреннего карантина. При реализации второй концепции обеспечивается переход к фитосанитарному конструированию агроэкосистем. Термин «фитосанитарная» происходит от нескольких слов: «фито» от греч. phyton – растение, «санитария» от лат. sanitas – здоровье, ars – система правил.

Концепция управления фитосанитарным состоянием агроэкосистем отличается от ИЗР (табл. 6).

Сравнительные показатели ИЗР и фитосанитарного управления агроэкосистемами (по К.В. Новожилову с изменениями)

Факторы	Показатели
Факторы	интегрированная защита растений	стратегии фитосанитарной оптимизации
Ориентация	Сохранение урожая текущего года	Долгосрочная стабилизация фитосанитарного состояния при экономически допустимом уровне потерь урожая
Основная цель	Снижение численности вредных организмов и развития болезней ниже ЭПВ	Долговременная фитосанитарная оптимизация агроэкосистем с задействованием механизмов их саморегуляции
Реализация в системе	Агроценоза поля	Агроэкосистемы и агроландшафты
Пути и факторы воздействия	Антропогенный пресс при щадящем воздействии на полезные элементы	Восстановление и активизация механизмов саморегуляции
Мониторинг фитосанитарного состояния	В масштабах отдельных полей	В масштабе агроландшафта и состояния севооборота
Иммунологические факторы	Генетически однородные устойчивые сорта	Видовая и генетическая гетерогенность устойчивых сортов
Биотические факторы	Сохранение и искусственное насыщение посевов энтомофагами и энтомопатогенами	Усложнение трофических связей за счет флористического и ландшафтного разнообразия
Агротехнические факторы	Подбор предшественников и удобрений в крупномасштабном севообороте, обработка почв	Дифференцированное размещение культур, многовидовые севообороты, зональная агротехника
Химические факторы	Использование селективных пестицидов по сигнализации и экономическим порогам	Использование селективных пестицидов по экономическим и экологическим порогам вредоносности
Экономика и организация	Требует ежегодного проведения энерго- и ресурсо-затратных мероприятий	Требует осуществления научных и организационных мероприятий, обеспечивает энерго- ресурсосбережение
Управление микроэволюцией	Усиление движущего отбора, появление новых генотипов вредных организмов	Усиление стабилизирующего отбора
Экологичность	Ослабление регуляторных механизмов, загрязнение объектов внешней среды, отрицательное действие опылителей	Оптимизация биоценотических процессов, исключение негативных последствий
Итоговый результат	Экономически и экологически обоснованное сохранение урожайности сельскохозяйственных культур	Конструирование стабильных высокопродуктивных фитосанитарно благополучных агроэкосистем по производству рентабельной, экологически безопасной сельскохозяйственной продукции

Фитосанитарное управление агроэкосистемами ориентировано на использование совокупности мероприятий, направленных на долговременную регуляцию численности вредителей, сорняков и возбудителей болезней за счет активизации природных популяций полезных организмов, использования устойчивых, адаптивных, генно-инженерно-модифицированных сортов, рационального размещения культур по зонам, применения агротехнических мероприятий и экологичных средств защиты растений с учетом результатов фитосанитарного мониторинга, экономических (ЭПВ) и биологических (ПВ) порогов вредоносности. При этом большая роль принадлежит также предотвращению ввоза и распространения вредных организмов (внешнему и внутреннему карантину).

Основой карантина является досмотр и экспертиза подкарантинных материалов на таможенных участках согласно международным конвенциям и договорам.

Обе концепции предусматривают отказ от одного метода защиты растений, хотя и с различным акцентом на роль методов в системе ИЗР.

Страны с интенсивным земледелием и ограниченными земельными ресурсами (Япония, США, Западная Европа, Китай) ориентируются преимущественно на первую концепцию (IPM) с целью максимального использования потенциала растений и роста урожайности путем внесения дополнительной энергии в агроэкосистемы (минеральные удобрения, пестициды и др.).

Россия с ее значительными земельными ресурсами, входящая по площади земельных угодий в первую пятерку стран мира, может решить задачу обеспечения продовольственной безопасности страны преимущественно на основе реализации достижений науки и практики по второй концепции – интегрированного управления фитосанитарным состоянием агроэкосистем на основе систем ИЗР. Это позволяет реализовать высказанное в 80–90-е годы положение о том, что системно-экологическое (эпифитотиологическое) направление защиты растений при возделывании сельскохозяйственных культур будет объединено в единую систему сохранения биосферы. Для этого созданы уже в значительной мере научные и практические предпосылки широкомасштабного апробирования основных положений в крупных земледельческих регионах России.