Современные экологические основы интегрированной защиты растений

УДК 632.91

Современные экологические основы интегрированной защиты растений

В.А. ЧУЛКИНА, профессор

Новосибирского государственного

аграрного университета

Е.Ю. ТОРОПОВА,

профессор

О.И. ПАВЛОВА,

доцент

И.Г. ВОРОБЬЕВА,

заведующая кафедрой Сибирского университета потребительской кооперации Н.А. ХОВАЛЫГ, доцент кафедры Тывинского государственного университета

Угрозу стабильному производству зерна и другой продукции растениеводства представляют около 8,5 тыс. видов возбудителей болезней, 10 тыс. насекомых и клещей, 2 тыс. сорных растений, 1,5 тыс. нематод. Недобор урожая от вредных организмов достигает 40 % (Шпаар и др. 2003). Особенно вредоносны в общей сложности около 400 видов фитопа-генов, фитофагов и сорных растений.

С ними проводится истребительная борьба преимущественно с применением пестицидов. В результате в 40-70-е годы прошлого столетия наметился отход, а в ряде случаев, забвение научных экологических основ защиты растений как самостоятельной науки. Массовое увлечение оперативными способами подавления вредных организмов привело к негативным экологическим последствиям: нарушению биоценозов и механизмов их саморегуляции, появлению резистентных и токсикоген-ных форм, загрязнению агросферы, водных ресурсов, почвы и продуктов питания пестицидами, а также росту затрат на производство сельскохозяйственной продукции.

Длительный период химической войны человечества с многочисленной армией вредных организмов закончился его поражением и возникновением феномена «пестицидного

бумеранга»: чем в больших масштабах и чаще применялись пестициды, тем быстрее возникали резистентные к ним вредным организмы, более фитотоксичные и агрессивные, и тем выше была их численность и вредоносность.

В XXI веке в решении продовольственной проблемы экспертами ФАО ведущей признана концепция интегрированной защиты растений.

В отличие от традиционного описания эволюционных признаков биологических видов преимущественно в области морфологии, анатомии и систематики, которое в учебном и научном процессе преобладает до сих пор, в конце 60-х годов прошлого столетия Р. МакАртур и Э. Уилсон (МасАгШиг, Wilson, 1967) выдвинули концепцию стратегий жизненных циклов биологических видов, получившую в дальнейшем широкое призвание и развитие в экологии (Пиан-ка, 1981; Одум, 1986), а затем в защите растений (Захваткин, Попов, 1985; Чулкина, 1985, 1991; Дьяков, 1992; Торопова, 2005; Стецов, 2007).

Основные положения этой концепции сводились к тому, что в зависимости от условий климата в природе у биологических видов под давлением двух типов естественного отбора (г и К) формируются две разнонаправленные стратегии жизненных циклов. На такие качества, как высокая плодовитость, быстрое достижение половозрелости, короткий жизненный цикл, способность быстро распространяться в новые местообитания, осваивать экологические ниши, а также способность переживать неблагоприятный период в состоянии покоящихся стадий (например, саранчовые, луговой мотылек, колорадский жук, возбудители ржавчинных заболеваний и др.), направлен г-отбор, а К-отбор - на конкурентоспособность, повышение защищенности от хищников и паразитов, вероятности выживания каждого потомка, раз-

витие более совершенных внутрипо-пуляционных механизмов регуляции численности видов (возбудители корневых гнилей, цистообразующие нематоды, проволочники, пластинча-тоусые жуки, суслики и др.).

Для защиты растений чрезвычайно важно, что численность г-видов в аг-роэкосистемах выше порога вредоносности (ПВ) и экономического порога вредоносности (ЭПВ) достигается преимущественно в процессе сезонной динамики, а К-видов - многолетней.

Выделение г- и К-стратегий в чистом виде относительно условно. Каждый существующий на земле вид организмов испытывал и испытывает некоторую комбинацию г- и К-от-бора, а поэтому многие виды обладают промежуточными стратегиями жизненных циклов (гК и Кг). При этом вектор эволюции у промежуточных форм просматривается довольно четко, что обусловлено перераспределением веществ и энергии у видовых популяций под давлением естественного отбора при изменении условий окружающей среды, так как за любое эволюционное преимущество популяции приходится чем-то «расплачиваться». Последнее положение очень важно в защите растений для выявления критических фаз и звеньев жизненного цикла вредных организмов и защищаемых растений.

Теория жизненных стратегий биологических видов дает теоретические и методологические основы, позволяющие войну с вредными организмами заменить на управление стратегиями и тактиками их жизненных циклов.

Основоположники теории г- и К-от-бора отмечали возможные отличия признаков у различных биологических таксонов. Это вызвало необходимость сделать анализ признаков г-, гК-,К-, Кг-стратегов по всем относительно изученным (более 400) видам вредных организмов. В результате впервые были определены как об-

щие, так и отличительные признаки для фитопатогенов, фитофагов, сорных растений, грызунов, нематод и продемонстрированы примеры по типичным видам (Чулкина, Торопова, Стецов, 1998; 2007). Сделан вывод, что независимо от биологических различий против всех видов с признаками г-стратегов важно руководствоваться следующими основными практическими положениями:

— мониторинг численности вредных организмов и развития эпифитотичес-кого процесса (ЭП) проводить в сравнительно короткий промежуток времени (не более одного вегетационного периода), но с частыми интервалами при полициклическом типе размножения;

— прогноз численности вредных организмов и развития ЭП разрабатывать преимущественно сезонный и краткосрочный;

— стратегию систем защиты растений определять как необходимость замедления скорости размножения;

— тактика защитных мероприятий включает долговременно и быстро действующие приемы, особенно против поливольтинных видов, размножающихся с высокой скоростью и в короткие промежутки времени.

В соответствии с вектором естественного отбора тактикой систем экологической ИЗР предусматривается, прежде всего, ограничение ресурсов для размножения путем создания генетически и физиологически устойчивых конкурентоспособных посевов (видовых, сортовых), ограничивающих или прерывающих трофические связи или уменьшающих размер экологических трофических ниш.

Для К-стратегов важно учитывать, что:

— мониторинг численности популяций и развития ЭП целесообразно проводить на протяжении нескольких лет (3 года и более), руководствуясь продолжительностью жизненного цикла вредных организмов. Частота мониторинга достаточна не чаще одного раза в течение года для определения исходной численности популяций и не реже одного раза за ротацию севооборота;

— прогноз численности вредных организмов и развития ЭП должен быть многолетним и сезонным. При этом необходимо экспериментальное уточнение количественной зависимости между исходной численностью популяций (групп) экологических эквивалентов и сезонной динамикой ЭП;

— стратегия защиты растений состоит в снижении исходной численности популяций вредных организмов ниже ПВ и ЭПВ;

— тактика защитных мероприятий включает преимущественно долговременно действующие приемы, обеспечивающие саморегуляцию фитосани-тарного состояния агроэкосистем.

Определение признаков жизненного цикла вредных организмов позволило нам впервые выделить и обосновать жизненно-важные тактики, чего не было у основоположников теории г- и К-видов, а это имеет чрезвычайное практическое значение. К жизненно-важным отнесены тактики размножения (Р), выживания (В) и трофических связей (Т).

Принимая во внимание достижения общей и эволюционной экологии и эпидемиологии, мы сформулировали основные задачи экологической ИЗР: создание условий, ограничивающих тактики Р, В, Т вредных организмов в агроэкосистемах и благоприятных для самозащиты растений, по периодам формирования элементов структуры урожая. Для решения этих практических задач была разработана модель эпифитотического процесса (ЭП), опубликованная впервые в журнале «Защита растений» (№ 9, 1990), а также частично в материалах международных конгрессов (Япония, 1988; Канада, 1993).

Модель ЭП состоит из подсистем внутренних (эволюционно-экологи-ческих, специфических) и внешних (неспецифических) факторов. Взаимодействия внутренних факторов (источника воспроизводства вредных организмов - тактики Р, факторов передачи - тактики В и восприимчивых растений - тактики Т) обусловливают фундаментальную закономерность эпифитотиологического процесса - возникновение и непрерывность течения, а также непрерыв-

ность жизненного цикла вредных организмов. Природные и антропогенные факторы, будучи активаторами или депрессантами тактик Р, В, Т, обусловливают вторую фундаментальную закономерность эпифитотиологического процесса - неравномерность его течения.

При ограничении (подавлении) тактик Р, В, Т численность вредных организмов и проявление ЭП не превышает ПВ и ЭПВ, в случае прерывания вредные организмы и развитие болезней ликвидируются на той или иной территории. Принцип разрыва цепи внутренних факторов путем воздействия на них внешних (природных, антропогенных) дает ключ к управлению эпифитотическим процессом и численностью вредных организмов. Впервые этот фундаментальный принцип был сформулирован русским ученым Е.Н. Павловским применительно к природной очаговости трансмиссивных болезней человека. В дальнейшем его стали широко использовать в эпидемиологии, эпизоотологии и эпифитотиологии.

На современном этапе возможно решение первой задачи - разрыва цепи тактик Р, В, Т вредных организмов в защищенном грунте, а также в открытых агроэкосистемах при разработке систем ИЗР первого уровня сложности против отдельных популяций вредных организмов (головневые грибы, гороховая зерновка и др.).

В подавляющем большинстве случаев необходимо ограничивать тактики Р, В, Т ниже порога вредоносности системами экологической ИЗР. Например, для снижения доли гербицидов в экологической ИЗР важно в первую очередь исключить рассев семян сорняков в период уборки (тактика В), создавать конкурентоспособные посевы, особенно с оптимальной густотой продуктивного стеблестоя и исходным интенсивным ритмом ростовых процессов (тактика Т), прерывать жизненный цикл сорняков на посевах и вокруг них до их осеменения (тактика Р), периодически применять зеленые удобрения, химический пар против многолетних сорняков (тактика В) и другие агромероприятия, то есть системно

19

4 Защита и карантин растений № 9

действовать на тактики Р, В, Т сорняков, что приводит практически к исключению нерациональных герби-цидных обработок на зерновых и других культурах сплошного посева, обладающих высокой и средней конкурентной способностью к сорнякам.

Для системно-экологического решения проблем ИЗР на уровне агро-экосистем (поля отдельных культур, севообороты, агроландшафты) важно было разработать экологическую классификацию многочисленных (более 20 тыс. видов) вредных организмов по их жизненно-важным критериям: сходству трофических экологических ниш и сходству факторов передачи (перемещения) во времени и в пространстве и соответствию экологической ниши факторам передачи, обеспечивающим непрерывность жизненного цикла (табл.).

Классификация позволяет системно создавать здоровые почвы, здоровую надземно-воздушную среду, здоровый посевной и посадочный материал, а следовательно, от разрозненных приемов переходить к системам конструирования здоровых агроэкосистем на базе агротехни-

ческого метода, что обозначает новый экологический этап в развитии защиты растений.

Исключительное значение приобретает первоочередное оздоровление почв на основе их мониторинга и определения их заселенности фито-патогенами, фитофагами и семенами сорных растений; фитотоксично-сти и супрессивности почвы; градации экологического благополучия.

По итогам мониторинга составляют ФПК (фитосанитарные почвенные картограммы) и применяют систему ИЗР, начиная с фитосанитарных севооборотов. В настоящее время структура зерновых полевых севооборотов, рекомендованная для зон РФ, ориентирована на применение пестицидов из-за насыщения их одноименными зерновыми культурами, по которым высок коэффициент сходства видового состава вредных организмов. Так, из 8 групп вредных организмов, против которых на яровой пшенице применяют пестициды, на ячмене и овсе размножается 6, на озимой ржи - все 8, на кукурузе - 2. Это создает фон для массового размножения вредных организмов в агроэкосисте-

мах. Но при этом распространено мнение, что без массового применения пестицидов нельзя добиться фи-тосанитарной оптимизации агроэко-систем и всячески пропагандируются не экологические интенсивные, а химические интенсивные технологии.

В экологических системах ИЗР пестициды находят место при оперативном локальном применении преимущественно против г-стратегов из группы наземно-воздушных, или ли-сто-стеблевых, угрожающих периодически продовольственной безопасности регионов и страны в целом, а также из группы семенных инфекций (по результатам фитосанитарной диагностики) и почвенно-воздуш-но(сосудисто)-семенных, воздушно-капельно-семенных подгрупп. По всем группам и подгруппам экологических эквивалентов существующие методы защиты растений целесообразно применять в следующей последовательности: устойчивые сорта - агротехнические мероприятия - биологические и химические средства защиты растений.

При оптимизации фитосанитарно-го состояния агроэкосистем отдельных сельскохозяйственных культур (пшеница, картофель, лен, рапс и др.) методы защиты растений используют по периодам формирования элементов структуры урожая в зависимости от фитосанитарного состояния почв, семян, посевов.

Опыт оптимизации фитосанитар-ного состояния агроэкосистем яровой пшеницы в хозяйствах Новосибирской области и Алтайского края (журнал «Защита и карантин растений», № 4, 2003) показал высокую степень биологической, хозяйственной и экономической эффективности фитосанитарных технологий на базе агротехнического метода.

Сравнивая окупаемость затрат при использовании пестицидов(Захарен-ко, 2007) и агротехнологий (данные наших опытов), убеждаемся в преимуществах последних не только с экологической, но и экономической точки зрения: при урожайности зерна яровой пшеницы в среднем по 8 хозяйствам 27,6 ц/га уровень рентабельности составил в среднем 100 %.

При этом в общих затратах на фи-

Экологическая классификация вредных организмов

Группа Подгруппа Представители

Почвенные, или корне-клубневые Типичные почвенные Почвенно-наземные Почвенно- воздушно(сосудисто)-семенные Овсяная цистообразующая нематода, возбудитель черной корневой гнили Возбудители офиоболезной корневой гнили и ризоктониоза, медведка, серый свекловичный долгоносик, проволочники, многолетние сорные растения Возбудители фузариозно-гельминтоспориозных корневых гнилей, вилта хлопчатника, фомоза, белой гнили

Наземно-воздушные, или листо-стеблевые Типичные наземно-воздушно-капельные Воздушно-капельно-семенные Возбудители бурой и стеблевой ржавчины, парши яблони, ложной мучнистой росы винограда, антракноза смородины, капустная белянка, гороховая тля, злаковая тля Возбудители септориоза пшеницы, аскохитоза гороха, сетчатой пятнистости ячменя, антракноза льна Крестоцветные блошки, пьявица, возбудитель пузырчатой головни кукурузы, малолетние сорняки, луговой мотылек, азиатская или перелетная саранча

Наземно-почвенные

Семенные Типичные семенные Наземно-семенные Возбудители пыльной и твердой головни пшеницы, ячменя, овса Возбудители спорыньи злаков, гороховая и фасолевая зерновки

Трансмиссивные Типичные трансмиссивные Трансмиссивно-семенные Возбудители штриховатости риса, мозаики озимой пшеницы Возбудители мозаики сои, желтухи сахарной свеклы

тосанитарные технологии в ОАО «Преображенское» Искитимского района Новосибирской области, например, затраты на формирование относительно здоровых, оптимальных по густоте посевов с исходным интенсивным ритмом ростовых процессов составили 21,9 %, на оптимизацию озерненности колоса - 68,6, массы 1000 зерен - 9,5 %. В эти затраты входят также расходы (в среднем 9,3 % от суммы общих затрат) на фитосанитарную диагностику семян, почв и посевов для принятия научно-обоснованных решений по разработке и совершенствованию экологически безопасных фитосанитарных технологий в конкретных агроэкоси-стемах хозяйств. Некоторое сниже-ниезатрат на ГСМ происходит за счет оптимизации основной и предпосевной обработок почвы и сокращения расходов на технологические операции по обработке посевов гербицидами. Экономические расчеты показывают, что освоение в хозяйствах любых форм собственности экологических интенсивных технологий может осуществляться постепенно, но системно и в определенной последовательности: сначала подавляются вредные организмы и обеспечиваются оптимальные густота продуктивного стеблестоя, затем масса 1000 зерен, а в последнюю очередь - число зерен в колосе (Чулкина, Медвед-чиков, Торопова, Стецов, Воробьев, 2001). В этом случае достигается максимальная хозяйственная и экономическая эффективность ИЗР.

Принципы экологических интенсивных технологий успешно применяются в картофелеводстве, при возделывании зернобобовых культур, облепихи, цветочных и декоративных культур в различных регионах Сибири: в Новосибирской области и Алтайском крае (Торопова, Стецов, Чулкина, 2003; Шалдяева, 2007), в Кемеровской области (Заостровных, 2006; 2007), в Республике Тыва (Ховалыг, 2005), а также в зоне радионуклидно-го загрязнения Курганской области (Порсев, 2004). Эти результаты обобщены в 9 трудах, допущенных МСХ РФ в качестве учебных пособий и учебников по агрономическим специальностям для вузов РФ.

Поздравляем юбиляра

Исполнилось 70 лет со дня рождения профессора, доктора селькохозяйственных наук, заведующего отделом защиты растений НИИ сельского хозяйства Юго-Востока В.Б. Лебедева.

Большая часть жизни Владимира Борисовича связана с Саратовом. Уроженец этого города, он после службы в армии поступил на факультет защиты растений Саратовского СХИ имени Н.И. Вавилова и закончил его с отличием. Первое место работы — начальник отряда по защите растений Екате-риновского района Саратовской области. Затем — аспирантура, защита кандидатской диссертации, работа ассистентом кафедры фитопатологии, а с 1982 по 1987 гг. уже и заведующим этой кафедры и проректором по научной работе Саратовского сельхозинститута. С 1973 по 1982 г. В.Б. Лебедев - заместитель директора по научной работе, заведующий лабораторией токсикологии и лабораторией грибных болезней риса в Грузинском филиале Всесоюзного НИИФ. С 1987 по 1993 гг. - директор Среднеазиатского НИИ фитопатологии (Ташкент). Вернувшись в родной город Владимир Борисович защитил докторскую диссертацию и по настоящее время трудится в НИИ сельского хозяйства Юго-Востока, где возглавляет отдел защиты растений. Он является также профессором кафедры фитопатологии Саратовского ГАУ имени Н.И. Вавилова.

Научная деятельность В.Б. Лебедева сосредоточена на решении

актуальных фитоса-нитарных проблем. Отделом защиты растений (а это 12 человек, среди них 2 доктора сельскохозяйственных наук и 3 кандидата наук) разработаны основные элементы интегрированных систем защиты зерновых культур и подсолнечника от основных вредных организмов, которые успешно внедряются в производство. Определены экономические параметры вредоносности наиболее опасных организмов; на основе оптимизированного для Поволжья ассортимента средств защиты растений разрабатывается технология их применения. Предложены превентивные приемы защиты зерновых культур в условиях различных агроландшафтов. Совместно с ВНИИ фитопатологии проводится фитосанитарный мониторинг по наиболее опасным патогенам и сорнякам. На основе показателей фитосанитарной экспертной системы ВНИИФ для Нижнего Поволжья разработаны и внедрены основные элементы защиты зерновых культур от бурой ржавчины, мучнистой росы и септориоза.

В.Б. Лебедевым опубликовано 194 научных работы, среди них монографии «Ржавчина пшеницы в Нижнем Поволжье», «Грибные болезни риса», «Микоплазмоз люцерны». Им подготовлено 7 кандидатов наук и один доктор наук.

Сердечно поздравляем Владимира Борисовича с юбилеем, желаем ему долгих лет жизни, крепкого здоровья и дальнейших творческих успехов!