АГРОЭКОСИСТЕМНЫЙ ПОДХОД В РЕШЕНИИ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ПРОБЛЕМ ПО ЗАЩИТЕ РАСТЕНИЙ (К 80-ЛЕТИЮ ВИЗР)

Вестник защиты растений, 4, 2009

3

УДК 632:574

АГРОЭКОСИСТЕМНЫЙ ПОДХОД В РЕШЕНИИ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ПРОБЛЕМ

ПО ЗАЩИТЕ РАСТЕНИЙ

В.А. Павлюшин

Всероссийский НИИ защиты растений, Санкт-Петербург

В историческом плане изложены основные фитосанитарные концепции, разработанные учеными ВИЗР, ответственными за научное обеспечение отрасли защиты растений в СССР и современной России. Охарактеризованы традиционно развиваемые исследования по 5 классическим направлениям фитосанитарии и современная концепция, направленная на долгосрочную стабилизацию фитосанитарного состояния агроэкосистем на основе механизмов саморегуляции, мониторинга, использования малоопасных пестицидов и устойчивых сортов. На пороге 80-летия ВИЗР и предстоящего перехода к фитосанитарному проектированию агроэкосистем обозначены принципы и задачи максимального использования методов и приемов регулирования взаимодействия растений-продуцентов и консументов всех порядков в агробиоценозах, аг-роэкосистемах и агроландшафтных экосистемах. Комплекс указанных задач ученым ВИЗР и дружественных институтов - ВНИИФ, ВНИИБЗР, ДВНИИЗР - предстоит решать в рамках новой ОНТП РАСХН (2011-2015 гг.) по реализации современной фитосанитарной концепции.

В 2009 году Всероссийскому научно-исследовательскому институту защиты растений (ВИЗР) исполнилось 80 лет. В 1929 г. при организации Всесоюзной академии сельскохозяйственных наук ВИЗР был в числе первых ее институтов, что подчеркивает особую значимость фито-санитарии в развитии сельского хозяйства страны. Именно коллектив ВИЗР взял на себя всю ответственность за научное обеспечение защиты растений, что, в конечном счете, к 70-м годам прошлого столетия позволило создать успешно работающую производственную службу защиты сельскохозяйственных культур в СССР.

Благодаря единству фундаментальных, прикладных и технологических подходов ученым ВИЗР удалось успешно решить целый ряд фитосанитарных проблем. В 1930-1950-е годы была осуществлена инвентаризация вредоносного состава на зерновых, плодово-ягодных и овощных культурах, что дало возможность завершить фитосанитарное районирование сельскохозяйственных угодий СССР. В последующем детальное изучение ржавчинных грибов на пшенице, фитофтороза и рака картофеля, корневых гнилей зерновых, анализ фитофагов и сорных растений создали основу для формирования ассортимента средств

защиты растений и функционирования системы Государственных испытаний пестицидов. Созданная в 1960-е годы широкая географическая сеть института и сейчас играет важнейшую роль в научно-производственной апробации зональных систем защиты сельскохозяйственных культур и оценке новых препаратов.

Будучи одним из основных исполнителей Государственных программ по защите растений, коллектив ВИЗР традиционно развивает исследования по пяти классическим направлениям фитосани-тарии. Это, прежде всего, анализ вредоносного состава, фитосанитарный мониторинг и прогноз особо опасных видов. Динамично продвигается работа в области фито- и энтомоиммунитета; достигнуты научно-производственные результаты в создании биологических средств защиты. Определяющее экономическое значение связано с химическими методами и средствами подавления вредоносной деятельности сорняков, возбудителей болезней и фитофагов. И, наконец, направление, в котором объединяются результаты вышеобозначенных разделов, в том числе технологии интегрированной защиты сельскохозяйственных культур и другие приемы и средства фитосанитарной оптимизации агробиоценозов.

В историческом разрезе по мере накопления знаний менялись фитосанитар-ные концепции, что определяющим образом подпитывалось развитием работ по классическим направлениям. Так, в 4050-е годы прошлого столетия под руководством выдающихся ученых, профессоров В.Н.Щеголева, С.М.Тупеневича, А.В.Знаменского, Г.К.Пятницкого, И.М.Полякова и др. реализовывалась концепция создания ассортимента средств защиты растений и их комплексного применения. Важно отметить, что такая многоплановая работа базировалась на госслужбе учета и прогнозов вредоносного состава, осуществляемой ВИЗР и его разветвленной географической сетью.

В 1960-е и 1970-е годы научные школы ВИЗР совместно с Отделением защиты растений ВАСХНИЛ (Ю.Н.Фадеев) отчетливо обозначили новую концепцию и предложили принципы интегрированной защиты растений (К.В.Новожилов, доклад на Всесоюзном совещании по комплексным методам борьбы, Ленинград, 1972 г.). Особенностью этой концепции было не только приоритетное разностороннее использование новейших химических средств защиты, но важное место отводилось устойчивым сортам, средствам биологической защиты растений и другим приемам биологизации фитосани-тарных технологий в условиях смены систем земледелия. Благодаря полученным новым знаниям в области биоцено-тической регуляции, иммунологии, генетической структуры популяций фитопа-тогенов, эндокринологии насекомых, индукции болезнеустойчивости, фито- и экотоксикологии углубилось понимание «интегрированной защиты» в части управления структурами популяций и подходов к регулированию численности вредоносных объектов в агробиоценозах. Безусловно, это было востребовано процессами интенсификации растениеводства в нашей стране в 80-е годы прошлого столетия.

Однако активное использование химических средств защиты, минеральных удобрений, нарастание промышленного техногенного загрязнения территорий, с

Вестник защиты растений, 4, 2009 одной стороны, и необходимость технологического решения проблемы управления численностью вредителей, болезней и сорняков с другой, подвинуло ведущих ученых ВИЗР разработать новую концепцию фитосанитарной оптимизации агроэкосистем, которая была принята Всероссийским съездом по защите растений (Санкт-Петербург, 1995 г.) и положена в основу ОНТП РАСХН на последующие годы. Как было подчеркнуто (К.В.Новожилов, В.А.Павлюшин, 1999), основными особенностями обозначенной концепции являются достижение долгосрочной стабилизации фитосанитарного состояния агроэкосистем, активизация механизмов саморегуляции, фитосани-тарный мониторинг агроландшафтов и севооборотов, использование малоопасных селективных пестицидов, повышение плотности энтомофагов, энтомопато-генов и микробов-антагонистов в агроце-нозах и, наконец, интенсивное использование устойчивых сортов. Поставлена задача максимального использования приемов и методов регулирования взаимодействий растений-продуцентов и кон-сументов всех порядков в агробиоцено-зах, агроэкосистемах и агроландшафт-ных экосистемах. Именно совокупность всех трех указанных уровней составляет агробиоценотическую систему с единым планом консортивного строения. Речь идет о трех основных ценозообразующих блоках: флористического, блока фитофагов и блока паразитов и хищников фитофагов. Взаимодействие между блоками обозначено понятием «триотроф», что является главенствующим направлением фитопаразитоценологии (И.Д.Шапиро, Н.А.Вилкова, К.В.Новожилов, К.Е.Воронин).

Коллективу ВИЗР за последние 10 лет удалось осуществить ряд разработок в развитие действующей концепции и имеющих принципиальное значение для модернизации фитосанитарного блока в РФ. Под руководством ряда ученых ВИЗР (И.Я.Гричанов, А.Н.Фролов, М.И.Саулич, Н.Н.Лунева, А.П.Дмитриев и др.) продвинуты работы по фитосанитар-ному районированию страны: примени-

Вестник защиты растений, 4, 2009 тельно к 720 вредоносным объектам с использованием ГИС-технологий уточнены ареалы и зоны вредоносности, что является основой для фитосанитарного мониторинга (и прогноза) за такими опасными видами как колорадский жук, фитофтороз картофеля, фузариоз колоса, луговой мотылек, вирусные и грибные поражения зерновых и др.

Дальнейший прогресс в этом направлении связан с более глубоким исследованием сезонной и многолетней динамики численности важнейших вредоносных объектов, выявлением предикторов, математическим моделированием и включением всего этого в компьютеризированные технологии фитосанитарного мониторинга. Именно в таком алгоритме осуществляются работы по кукурузному и луговому мотыльку в лаборатории фи-тосанитарной диагностики и прогнозов ВИЗР. Многолетняя проверка электронной аппаратуры при локальных прогнозах парши, фитофтороза и вредителей сада указывает на целесообразность использования таких технологий в филиалах «Россельхозцентра» МСХ.

Цикл исследований, проведенных под руководством А.Ф.Зубкова в последнее десятилетие, позволил углубить фитоса-нитарный агробиоценологический анализ севооборотных экосистем и оценить комплексную вредоносность сорняков, вредителей и болезней всех полевых культур на агробиоценологических стационарах в Каменной Степи (НИИСХ ЦЧП им. В.В.Докучаева) и МОС АФИ (С-З НЗ) (А.М.Шпа-нев, С.В.Голубев, В.Н.Жуков, О.Г.Гусева, Н.Л.Жарина, Т.Н.Жаворонкова и др.).

В исследованиях М.М.Левитина, О.С.Афа-насенко, Н.А.Вилковой, Л.А.Михайловой, А.В.Конарева, Б.П.Асякина, Н.В.Мироненко, Л.А.Гуськовой и др. получили дальнейшее развитие теоретические и методические основы иммунитета растений. В области фито- и энтомоиммунитета сельскохозяйственных культур для оптимизации селекционного процесса по признакам устойчивости к вредителям и болезням на пшенице, кукурузе, ячмене, овсе, картофеле и овощных пополнены коллекции доноров и источников устойчивости,

предложены модели устойчивости сортов к фитофагам. Успешно осуществлено картирование генов устойчивости ячменя, пшеницы и ржи к грибным заболеваниям. Полнообъемно на сегодняшний день представлено научное обеспечение селекции ячменя на устойчивость к грибным пятнистостям.

В целом накопленные сведения в области фито- и энтомоиммунитета указывают на необходимость более тесного сотрудничества с селекцентрами страны, усиления работы по изучению экспрессии генов устойчивости сельскохозяйственных культур в онтогенезе, по разработке и использованию приемов рационального размещения устойчивых сортов в агроэкосистемах. Убедительные результаты в этом направлении получены КНИИСХ в Краснодарском крае на пшенице относительно бурой ржавчины и других грибных заболеваний.

В части биологической защиты сельскохозяйственных культур от болезней в руководимой нами лаборатории разработана значительная фундаментальная база, позволяющая создавать и использовать биопрепараты с полифункциональным типом действия на защищаемые растения и почвенный микробный ценоз. На основе микробов-антагонистов создано 5 биопрепаратов, из которых алирин-Б, алирин-С, гамаир предназначены для длительной регуляции популяций фито-патогенов, а хризомал и глоберин - для быстрого (оперативного) подавления возбудителей болезней. Получены новые знания функционального характера по инфекционной патологии насекомых-фитофагов (И.В.Исси, И.И.Новикова, И.В.Бойкова, Л.Г.Данилов, Ю.Д.Шенин, В.В.Долгих).

В последние годы не прекращалась апробация систем биологической защиты в закрытом грунте в НЗ, СевероЗападном регионе, Приморье и других областях (Н.А.Белякова, К.Е.Воронин, И.А.Белоусов). Такие энтомофаги как фитосейулюс, галлица, энкарзия, лизиф-лебус стали неотъемлемой частью системы защиты при выращивании овощей. Дальнейшее научно-производственное их

освоение должно быть направлено на более интенсивное использование природных ресурсов энтомофагов, энтомопато-генов и микробов-антагонистов, создание опытно-промышленных биотехнологических установок и привлечение инвесторов для производства биологических средств защиты. В связи с последним крайне важно оформление интеллектуальной собственности в виде патентов, товарных знаков, технологий производства и применения и создание опытных линий. Накопленный опыт Г.А.Наседкиной и ее коллег позволяет это сделать с учетом требований электронизации документооборота.

Химическая защита сельскохозяйственных культур является приоритетным направлением с позиции гарантированного сохранения урожая и оперативного функционирования производственной службы защиты растений. Стоит задача замены традиционных пестицидов на препараты нового поколения. Повышение селективности СЗР и снижения токсикологической нагрузки целесообразно осуществлять не только за счет новых препаративных форм уже известных действующих веществ, но и новых подходов, в частности в «препаративном» управлении химической коммуникацией членистоногих, коррекции гормонального обмена фитофагов и индукции устойчивости растений к болезням и вредителям.

Под руководством проф. С.Л.Тютерева получены новые знания о роли биологически активных веществ в индукции болезнеустойчивости растений и создана группа новых препаратов на основе хи-тозанов (хитозар-М, хитозар-Ф, хитозар АНН и др.), эффективных для защиты картофеля от фитофтороза, пшеницы от листовых пятнистостей и других заболеваний.

Ведущими учеными ВИЗР (К.В.Новожилов, В.И.Долженко, В.И.Танский, Г.И.Сухорученко, А.К.Лысов, А.А.Пету-нова, Н.Р.Гончаров и др.) завершены крупные разработки в области создания современных фитосанитарных технологий и систем защиты растений, полномасштабное использование которых мо-

Вестник защиты растений, 4, 2009 жет дать значительный экономический эффект (до 2.3 млрд руб.) в растениеводстве нашей страны.

Применительно к важнейшим сельскохозяйственным культурам с учетом региональных особенностей усовершенствован ассортимент средств защиты растений по параметрам экологической безопасности; за счет подбора оптимальных препаративных форм токсикологическая нагрузка на 1 га сельскохозяйственных угодий снижена в 2 раза. С учетом последнего предложена новая система противосаранчовых мероприятий (утверждена НТС МСХ РФ, протокол № 12 от 11.03.2004 г.), система защиты кормовых культур (бобовые, злаковые травы, рапс, корнеплоды) в Нечерноземной зоне РФ (Санкт-Петербург, 2005 г.), а также технологии защиты семенного и продовольственного картофеля применительно к Северо-Западному региону РФ.

ВИЗР совместно с заводами (АОЗТ ВИСХОМ, ПЭМЗ-Москва) осуществляет исследования по модернизации опрыскивающей техники (А.К.Лысов). С использованием сепарации, электрозарядки и направленного потока капель на защищаемые растения созданы опытные и промышленные образцы новых опрыскивателей (ОСК-200, ОСЭ-1 и др.), которые позволяют снизить расход рабочей жидкости до 3-20 л/га.

Решение сложнейших задач по фито-санитарному оздоровлению агроэкоси-стем требует срочного усовершенствования нормативно-правовой базы в защите растений, освоения нового порядка государственных регистрационных испытаний СЗР и машинных технологий, активного инновационного освоения новых фи-тосанитарных технологий и более слаженной совместной деятельности НИУ РАСХН, РАН, фирм-производителей СЗР, МСХ, Россельхознадзора, базовых агрофирм и других ведомств.

Решение проблем фитосанитарного оздоровления современных агроэкоси-стем РФ, естественно, осложнилось длительным (около 15 лет) периодом фито-санитарной дестабилизации, возникшей в результате кризисных процессов в сель-

Вестник защиты растений, 4, 2009 скохозяйственном производстве, приведших к изменениям систем землепользования во всех регионах страны. Произошло нарушение севооборотов, на значительных территориях увеличились площади бросовых земель, изменилась обработка почвы - все это кардинально повлияло на целостность агроэкосистем и привело к фитосанитарной дестабилизации. Более отчетливо проявляются доминантные вредоносные виды, на сегодняшний день их более 45. Обозначились новые экономически значимые объекты. Так, в трех регионах (ЦЧР, Краснодарский край и Северо-Западный регион) их количество увеличилось до 24. Важно отметить, что доминантные виды способны не только к массовым размножениям, но и к территориальному расселению посредством биологических инвазий в новые места обитания, что приводит к трансформации агроэкосистем и изменению видового состава консументов. Лабораторией микологии и фитопатологии (М.М.Левитин, А.П.Дмитриев, В.Г.Ива-щенко, Т.Ю.Гагкаева) выявлено значительное нарастание вредоносности фуза-риевых грибов и альтернариозов, приводящих к повышению уровня микотокси-нов в зерне. В Астраханской области в 2008 году была потеряна большая часть урожая томатов из-за вирозов, мико-плазмозов и бактериозов на овощных культурах. В ряде регионов по-прежнему 70-90% сельскохозяйственных угодий засорены сорняками. Лабораториями энтомологии и иммунитета, фитотоксиколо-гии дан глубокий анализ трансформации агроэкосистем с фитосанитарными последствиями под воздействием таких су-пердоминантов, как колорадский жук и вредная черепашка (Н.А.Вилкова, Г.И.Сухорученко, С.Р.Фасулати и др.). Именно с использованием таких фитофагов удалось показать, что агроэкосисте-мы подвергаются глубокой ускоренной антропогенной трансформации, сопровождаемой глубокими фитосанитарными последствиями. Так, представители членистоногих отличаются выраженной реактивностью на события в агроэкосисте-мах благодаря высокой экологической

пластичности, адаптационному полиморфизму и другим особенностям, что приводит к формированию видов-доминантов и супердоминантов. Указанные явления, безусловно, приводят к возрастанию значимости защиты растений по целому ряду аспектов гарантированного сохранения урожая и экологической безопасности. В целом, современные фитосанитарные технологии должны поддерживать достаточное биоразнообразие и полезную часть паразитоценоза в агроэкосистемах и сдерживать процессы адаптивной микроэволюции в популяциях вредоносных объектов.

Понятно, решение таких сложных проблем на основе лишь упрощенного наращивания объемов защитных мероприятий чревато резким нарастанием уровня резистентности у вредителей, болезней и сорняков и, безусловно, усилением токсикологической нагрузки на сельскохозяйственные угодья с техногенными последствиями.

Очевидно, наряду с наращиванием и развитием «препаративного» направления потребуется более целенаправленная работа по использованию агроэкосистем-ных подходов. Более точно это можно выразить понятием «фитосанитарного проектирования агроэкосистем», под которым следует понимать такое устройство агроэкосистемы (совокупности агро-биоценозов), при котором снижаются фи-тосанитарные риски. Требуется более глубокий количественный анализ фито-санитарных событий в агробиоценозах, что даст возможность управлять фитоса-нитарным состоянием сельскохозяйственных угодий и снизить энергозатраты. В технологическом отношении агроэкоси-стема, представляющая собой «севооборотную» площадь, будет являться модулем фитосанитарной оптимизации.

Накопленные многолетние материалы, характеризующие вредоносный состав, локальность популяций, наличие полезных популяций энтомофагов, энтомопа-тогенов и микробов-антагонистов в ценозах, взаимодействие энтомонаселения отдельных полей, устойчивые сорта, системы защитных мероприятий и другие

параметры составляют основу для нормативной базы фитосанитарного проектирования, в первую очередь типовых зональных агроэкосистем.

Фитосанитарное проектирование будет базироваться на мониторинге и прогнозе вредных и полезных видов с количественной регистрацией биотических механизмов регуляции в агроэкосистеме. Огромные возможности заложены в подборе устойчивых сортов и их рациональном размещении. Потребуется расчет упреждающих выпусков энтомофагов и микробных средств защиты с фиторегу-ляторной активностью для создания па-разитоценозов. Достижение гарантированного защитного эффекта будет также обеспечиваться интегрированными системами защиты сельскохозяйственных культур. Усиление агроэкосистемных подходов в защите растений и само фи-тосанитарное проектирование повышают значимость агробиоценологических стационаров.

Очевидно в рамках новой ОНТП РАСХН (2011-2015 гг.) ученым ВИЗР

Вестник защиты растений, 4, 2009 вместе с коллегами из ВНИИФ, ВНИИБЗР и ДВНИИЗР удастся реализовать современную фитосанитарную концепцию.

ВИЗР осуществляет также широкую и многогранную международную деятельность, активно занимается подготовкой кадров через аспирантуру и докторантуру института, ведет плодотворную работу по публикации научных материалов, издает подписной журнал "Вестник защиты растений" (четыре выпуска ежегодно), в целом более 20 наименований печатной продукции: книги, брошюры, методические рекомендации и др. по различным аспектам защиты растений.

Таким образом, вектор дальнейшего развития коллектива ВИЗР, находящегося на 80-летнем рубеже, определяется необходимостью осуществления глубоких фундаментальных исследований по защите растений с созданием технологий управления фитосанитарным состоянием агроэкосистем. Для этого созданы значительные заделы и имеются талантливые исследователи.

AGROECOSYSTEM APPROACH IN THE PLANT PROTECTION MAIN

PROBLEMS SOLVING

V.A.Pavlyushin

The basic phytosanitary concepts developed by VIZR scientists responsible for scientific maintenance of plant protection in the USSR and modern Russia are historically reviewed. Traditionally developed researches in five classical directions of phytosanitary are characterised, such as mechanisms of self-control, monitoring, use of low-hazard pesticides and resistant varieties, based on the modern concept directed on long-term stabilisation of phytosanitary situation in agroecosystems. On a threshold of 80th anniversary of the Institute and forthcoming transition to phytosanitary designing of agroecosystems (2011-2015) the principles and problems are designated for maximum use of regulation methods in interaction between plants and consuments in agrobiocenoses, agroecosystems and agrolandscape ecosystems.