CC BY
99
УДК 632.937
ЭКОЛОГИЗАЦИЯ ХИМИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ РАСТЕНИЙ ОТ ВРЕДИТЕЛЕЙ © 2013 г. К.С. Артохин, П.К. Игнатова, Е.Н. Терсков, С.И. Колесников
Артохин Константин Сергеевич - доктор сельскохозяйственных наук, профессор, заведующий кафедрой зоологии, факультет биологических наук, Южный федеральный университет, ул. Б. Садовая, 105/42, г. Ростов н/Д, 344006, e-mail: artohin@mail.ru.
Игнатова Полина Константиновна - соискатель, кафедра экологии, факультет биологических наук, Южный федеральный университет, ул. Б. Садовая, 105/42, г. Ростов н/Д, 344006, e-mail: ignatova_ecology@mail.ru.
Терсков Евгений Николаевич - аспирант, младший научный сотрудник, лаборатория защиты растений и сортовой агротехники, Донской зональный научно-исследовательский институт сельского хозяйства Россельхозакадемии, ул Институтская, 1, пос. Рассвет, Ростовская область, 346735, e-mail: nocaracris@yandex.ru.
Колесников Сергей Ильич - доктор сельскохозяйственных наук, профессор, заведующий кафедрой экологии и природопользования, факультет биологических наук, Южный федеральный университет, ул. Б. Садовая, 105/42, г. Ростов н/Д, 344006, e-mail: kolesnikov@sfedu.ru.
Artokhin Konstantin Sergeevich - Doctor of Agricultural Science, Professor, Head of Department of Zoology, Faculty of Biological Science, Southern Federal University, B. Sa-dovaya St., 105/42, Rostov-on-Don, 344006, e-mail: arto-hin@mail.ru.
Ignatova Polina Konstantinovna - Competitor, Department of Ecology, Faculty of Biological Science, Southern Federal University, B. Sadovaya St., 105/42, Rostov-on-Don, 344006, e-mail: ignatova_ecology@mail. ru.
Terskov Evgeniy Nikolaevich - Post-Graduate Student, Junior Scientific Researcher, Laboratory of Plant Protection and Agrotechnics, Don Zonal Research Institute of Agriculture, Institutskaya St., 1, Rassvet, Rostov Region, 346735, e-mail: nocaracris@yandex. ru.
Kolesnikov Sergey Il'ich - Doctor of Agricultural Science, Professor, Head of Ecology and Natural Management Department, Faculty of Biological Science, Southern Federal University, B. Sadovaya St., 105/42, Rostov-on-Don, 344006, e-mail: kolesnikov@sfedu.ru.
Дается экологическое обоснование возможности снижения количества применяемых инсектицидов в современных условиях борьбы с массовыми вредителями сельского хозяйства. Разработаны модели, описывающие вредоносность итальянского пруса на основных культурах в регионе, и установлены дифференцированные экономические пороги вредоносности для особо опасных вредителей из семейства саранчовых. Установлены зависимости эффективности от нормы расхода инсектицидов против личинок саранчовых. Эти модели являются основой для экологизации химического метода защиты растений на основе принципов применения эколого-адекватного метода. Обосновывается запрет на применение высокотоксичных для диких пчел инсектицидов в летний период. Предлагаются меры, обеспечивающие в целом стабилизацию продуктивности агроэкосистем и сохранение биоразнообразия в рамках современного экологического земледелия.
Ключевые слова: вредители, экономический порог вредоносности, опылители, токсичные инсектициды, норма расхода инсектицида, эколого-адекватный метод применения пестицидов.
Ecological justification ofpossibility to decrease the quantity of applied insecticides in modern conditions of mass pests control of agriculture is given. The models which describing injuriousness of Italian locust for the main crops in Rostov area are developed and the differential economic thresholds of damage for especially dangerous pests from the locust family are established. The efficiency of chemical applications in dependence on insecticides application norms against the locust larvae is established. These models represent the basis for decrease of toxic pollution level («greening») from a chemical method ofplants protection, proceeding from the principles of ecology-adequate method. The ban on application of highly toxic insecticides for wild bees during the summer period is proved. The measures providing complete stabilization of agroecosystems efficiency and biodiversity preservation within the modern ecological agriculture are offered.
Keywords: pests, economical threshold, pollinators, toxic insecticides, insecticide applying rate, ecology-adequate method of pesticides applying.
Насекомые-вредители ухудшают продуктивность агроэкосистем и способствуют усилению токсичности окружающей среды человека. Основным средством борьбы с вредителями на современном этапе являются инсектициды, которые при избыточном использовании сами являются экологической проблемой [1, 2]. Инсектициды, применяемые в сельском хозяйстве для борьбы с вредителями растений, в значительной степени токсичны для животных и человека. Широкое их применение оказывает влияние на все живое население Земли. Примечательно, что лишь небольшая доза пестицидов достигает организмов, действительно
подлежащих уничтожению. Значительная их часть отрицательно действует на полезные организмы (обитатели почвы и опылители). Пестициды снижают качество сельскохозяйственной продукции. Большинство экологов отрицают химический метод, но некоторые пытаются его экологизировать.
Элементами экотехнологий в защите растений от вредителей являются обоснованное применение пестицидов только на основе мониторинга по критериям вредоносности, снижение норм расхода инсектицидов, точечное применение пестицидов и охрана опылителей [3, 4].
Цель исследования - экологическое обоснование путей снижения количества применяемых пестицидов в системах защиты растений от вредителей и уменьшение их последействия в агроэкосистемах.
Методика исследований
Работа выполнялась в агроэкосистемах Ростовской области в 2010-2012 гг.
Объекты исследования - вредные и полезные насекомые различных агроценозов культур: пшеницы, люцерны, подсолнечника, пастбищ.
В качестве инсектицидов применялись препараты различных химических классов: пиретроиды (децис профи), неоникотиноиды (конфидор экстра, тиаме-токсам). Норма расхода препаратов варьировала от рекомендованной [5] до пониженной в 2, 4, 8 и 16 раз.
Мониторинг численности популяций насекомых проводился по общепринятым и экспресс-методикам. Для учета хортобионтов использовали метод кошения энтомологическим сачком [1], а для учета почвенных организмов - методику учета с маленькими по площади пробами 14*14 см2 (200 см2) на глубину штыка до 40 см [6].
Границы очагов кулиг насекомых фиксировались с помощью вР8-навигатора [3]. Обследованы сотни экосистем. Данные обработаны стандартными методами прикладной статистики.
Результаты и их обсуждение
Статистические результаты обследованных экосистем и обработки данных этих учётов представлены в табл. 1. Например, проволочников нет на половине обследованных посевов подсолнечника, поэтому обработка этих полей пестицидами от вредителей экологически нецелесообразна. Аналогичные результаты получены для большинства исследованных агроцено-зов. Однако практики не проводят тотального обследования всех агроценозов, больше полагаются на превентивные обработки инсектицидами (интоксикация семян) в борьбе с вредителями и применяют средства защиты даже там, где нет вредителей, превышая экономический порог вредности (ЭПВ).
Таблица 1 Результаты мониторинга вредителей в агроэкосистемах Ростовской области 2010-2012 гг.
Доля, % агроценозов
Агро- с численностью вредителей выше Э11В
ценозы Вредная Хлебная Хлопковая Прово- Саран-
черепашка жужелица совка лочники човые
Пшеница 52 20 0 16 3
Люцерна 0 0 4 22 11
Пастбища 0 3 1 12 28
Подсолнечник 0 0 23 50 4
дения защитных мероприятий [7]. Основной методологический инструмент регламентации проведения защитных мер предусматривает обработку только тех полей, где численность фитофагов превышает ЭПВ.
Изучение вредоносности и определение ЭПВ являются одним из важнейших этапов в защите растений [8]. Переоценка вредоносности объекта приводит к необоснованным затратам на защитные мероприятия против него. Недооценка приводит к колоссальным потерям урожая. По определению В.И. Танского [8], под экономическим порогом понимается такая плотность популяций вредного вида, или степень повреждения растений, при которой достоверные потери урожая составляют не менее 3-5 %, а применение активных средств защиты растений повышает рентабельность производства культуры и снижает себестоимость продукции. Знание ЭПВ в значительной степени может способствовать осуществлению обоснованной по экологическим и экономическим показателям регламентации химических обработок и проведению других активных мероприятий по защите растений.
ЭПВ носят выраженный зональный характер и позволяют регламентировать применение средств защиты растений в конкретных технологиях. На основе изучения вредоносности саранчовых (рис. 1) установлены их ЭПВ. Такие дифференцированные ЭПВ разрабатываются нами для условий Ростовской области как для специализированных вредителей пшеницы и люцерны, так и для многоядных саранчовых (табл. 2).
Упрощённые экспресс-методы учёта позволили нам обследовать и применить экологические принципы на значительно большем количестве агроэкосистем.
На первом этапе разработки интегрированных систем защиты растений главным теоретическим достижением был отказ от стратегии истребления вредителей, а основной задачей - разработка порогов вредоносности для определения целесообразности прове-
50 100 150
Численность итальянского пруса
Рис. 1. Вредоносность итальянского пруса (Calliptamus
italicus) на разных культурах:------ подсолнечник
(фаза семядоли);----- подсолнечник (фаза 6-8 листьев);
_- люцерна;--— - уровень 5 % потерь урожая
По данным табл. 2, ЭПВ итальянского пруса (Calliptamus italicus, Linnaeus 1758) на люцерне составляет около 8 экз/м2, что практически в 2 раза превышает ЭПВ, указанные в литературе. На таких культурах, как подсолнечник, численность пруса на 1 м2 может сильно варьировать в зависимости от фазы вегетации от 0,6 экз/м2 в фазу семядолей до 2,5 в фазу 6-8 листьев. Схожую картину можем наблюдать и относительно перелетной саранчи (Locusta migratoria, Linnaeus 1758).
ЭПВ можно рассматривать и как элемент экологического нормирования по сдерживанию экологической угрозы со стороны пестицидов.
Таблица 2
Дифференцированные ЭПВ саранчовых в Ростовской области
Виды саранчовых Культура ЭПВ, экз/м2
Calliptamus italicus Люцерна S,5
Подсолнечник в фазу семядолей 0,б
Подсолнечник в фазу 6-8 листьев 2,5
Locusta migratoria Суданская трава 2,15
Рис 1,0
Овес 2,0
Кукуруза 2,15
Озимая пшеница осенью 0,5
Нестадные саранчовые Пастбищные угодья 1,25
Объектом воздействия в защите растений от вредителей, как правило, является агроценоз (поле) целиком. Однако пространственная структура популяций насекомых неоднородна и чаще имеет очаговый тип. Обычно очаги вредителей с численностью больше ЭПВ занимают только незначительную часть аг-роценоза. Отработана методика локализации маленьких очагов вредителей на конкретных участках агро-ценозов (части поля) для целей экологизации защиты растений и точного земледелия. Получены конкретные результаты (рис. 2).
Оперативное выявление кулиг личинок младших возрастов итальянского пруса на очаге 1 люцерны позволило локализовать обработку инсектицидами на площади посева в 11 раз меньше, чем при работе по взрослым личинкам на большом очаге, или в 30 раз меньше, чем при стандартном подходе к защите всего поля целиком.
Рис. 2. Схема очагов (кулиг) на поле люцерны. Зерноградский р-н Ростовской области (с ЗАО «СКВО»): общая площадь поля люцерны - 176 га; I - личинки младших возрастов (площадь 6 га); II - личинки среднего возраста (19 га); III - личинки старших возрастов и имаго (70 га)
На современном этапе разработки систем защиты растений необходимо решать задачи, связанные с определением силы воздействия на каждый конкретный агроценоз, имеющий уникальный видовой состав и численность вредных и полезных объектов.
Эффективность большинства современных препаратов при нормативном применении составляет почти 100 %. Это доказано для большинства основных вредителей [2, 4]. По нашим данным, фактическая численность вредителей часто превышает ЭПВ только в 3-4 раза; такая высокая эффективность избыточна.
Существует определение понятия «норма расхода пестицида» - количество препарата пестицида, расходуемое на единицу площади обрабатываемой поверхности [9]. Оно не претерпело изменения за все время существования химического метода при смене целей и концепций защиты растений. По определению и по факту практики норма расхода является константной величиной, независимо от реальной фитосанитарной ситуации на полях, что отражено во всех существующих нормативных документах и справочниках [5]. Нормативное применение инсектицидов губительно прежде всего для полезной фауны (опылителей и энтомофа-гов). Расшатываются «популяционные качели», что наглядно видно на беспрецедентной вспышке вредной черепашки, которая продолжается уже более 16 лет.
По современным представлениям норма расхода должна обеспечивать процесс целесообразного изменения (состояния ценоза) системы на основании информации о фитосанитарной ситуации в конкретном агроценозе и информации о зависимости эффективности препарата от нормы его расхода [4]. Норма расхода препарата является переменной величиной и определяется, исходя из видовой и популяционной чувствительности к пестициду и его фактической численности в каждом агроценозе.
Экологическим обоснованием норм расхода инсектицидов по эколого-адекватному методу (ЭАМ) является количественная зависимость эффективности препарата от нормы его расхода. Наиболее адекватной моделью для описания этой зависимости является асимптотическая функция. Например, зависимость эффективности препарата лямбда-цигалотрин (у) от нормы расхода (х) в отношении опасного вредителя -клопа вредная черепашка - описывается уравнением у=2,56 Ln х+87,5.
Для препарата конфидор экстра зависимость в отношении саранчовых описывается уравнением у=10,38 Ln х+65,15.
Эффективность конфидор экстра после обработки составила 91-100 % в большинстве вариантов опыта (рис. 3). И только при снижении до 1/16 нормы расхода биологическая эффективность снизилась до 67 %.
Аналогичная зависимость расхода препарата де-цис профи против Locusta migratoria описывается уравнением у=18,95 Ln х+40,64.
При применении препарата децис профи против личинок перелетной саранчи биологическую эффективность, близкую к 100 %, показали 3 варианта опыта уже через день после обработки: норма расхода, 1/2 нормы, 1/4 нормы. При 1/8 нормы расхода эффективность препарата - 91 %, что является удовлетворительным результатом. Только при снижении нормы децис профи в 16 раз эффективность снизилась до 55 %.
%
100 80 60 40 20 0
v= 10,381п(х) + 65,15
10
20 30
Норма расхода, г/л
40
50
60
Рис. 3. Зависимость эффективности от нормы расхода
препарата конфидор экстра против личинок азиатской перелетной саранчи (Locusta migratoria)
Таким образом, можно отметить, что при применении инсектицидов высокую биологическую эффективность, близкую к 100 %, против личинок младших возрастов перелетной саранчи, кроме нормативных доз всех испытываемых препаратов (конфидор - 50 мл/га, децис профи - 40 г/га), показали следующие варианты опыта: конфидор экстра - 25 и 12,5 г/га, децис профи -20 и 10 г/га, удовлетворительную - при снижении нормы расхода в 8 раз для обоих препаратов (91 %). Недостаточный результат обработки был получен только при снижении нормы расхода конфидора и дециса в 16 раз (биологическая эффективность - 55-67 %).
Использование ЭАМ применения инсектицидов обеспечивает значительное снижение количества применяемых пестицидов. Кроме того, имеется реальная возможность стабилизации равновесия в агро-экосистемах за счет сохранения биоценотических связей внутри экологических пирамид и между разными трофическими цепями.
Экологический подход в защите от насекомых предполагает анализ ситуации не только сиюминутно, но и с перспективой во времени и пространстве. Часто кажущаяся выгода сегодня оборачивается неразрешимыми проблемами завтра. При выборе инсектицида необходимо учитывать не только спектр его действия и эффективность, но и его последействие в севообороте, особенно в отношении опылителей.
Одиночные пчелиные являются основными опылителями главных энтомофильных культур в нашей стране - подсолнечника и люцерны. В Ростовской области более 500 видов пчелиных. Среди них - около 100 экономически значимых опылителей [10]. Их численность в настоящее время оценивается как достаточная для полного опыления растений. Период лёта экономически значимых видов опылителей охватывает период с мая по август. Продолжительность цветения культур короче периода лёта опылителей. Пчелиные концентрируются на энтомофильных культурах только в фазу их цветения и с учетом пищевой специализации: например, в Ростовской области часть видов пчел концентрируется в мае на эспарцете, в июне - на люцерне, в июле - на подсолнечнике.
Последнее время для борьбы с вредителями регистрируются высокотоксичные для пчел инсектициды из группы неоникотиноидов [5]. В экологических ограничениях по применению этих препаратов есть рег-
ламенты по температуре и пространственной изоляции в 5 км для медоносной пчелы (Apis mellifera, Linnaeus 1758), но одиночные пчелы в них никак не учитываются.
Нами выявлены факты отрицательного влияния неоникотиноидов на опылителей и урожай энтомо-фильных культур. Обработка посевов против личинок вредной черепашки на территории одного хозяйства приводит к гибели одиночных пчел, отсутствию опылителей даже в соседних хозяйствах, снижению урожая подсолнечника и люцерны.
Обработка пшеницы тиаметоксамом против личинок черепашки проведена 7 июня 2010 г. с помощью обычного штангового опрыскивателя. Рядом расположена люцерна на семена с 1-го укоса. В результате численность диких пчел снизилась сразу после обработки практически до нуля (рис. 4) и оставалась такой почти месяц до конца цветения люцерны. Урожайность семян люцерны снизилась до 30 кг/га, что ниже обычного почти в 10 раз (табл. 3). Урожай семян люцерны сформировался только за счет первых цветков, опыленных дикими пчелами до обработки препаратом тиаметоксам.
Только на расстоянии почти 10 км от обработанного тиаметоксамом поля численность пчел оставалась относительно стабильной.
Ряд 1.'
\Ряд 1
\Ряд2
3
5
10
15
20
Ряд 2 _ Июнь
I - И 2°'|° 29
25
Рис. 4. Влияние разных групп инсектицидов на динамику численности одиночных пчел-опылителей люцерны: ряд 1 - численность одиночных пчел без инсектицидов или с пиретроидами; ряд 2 - численность одиночных пчел с инсектицидами-неоникотиноидами
Таблица 3
Урожайность культур севооборота с различными вариантами защиты от черепашки
Культура Урожайность, ц/га
Пиретроид Неоникотиноид
До обработки После применения на пшенице До обработки После применения на пшенице
Семена люцерны 3,2 2,9 0,3 0
Пшеница 35,0 35,1
В варианте без высокотоксичных неоникотиноидов общий доход почти на 58 тыс. руб. с 1 га больше, чем при применении неоникотиноидов (тиаметоксам). Даже если высотоксичные препараты являются экономически эффективными в отдельном агроценозе (в нашем случае на пшенице), то при системном экономическом анализе продуктивности агроэкосистемы в целом выявляются их отрицательные стороны.
Использование экотехнологий позволяет уменьшить пестицидные нагрузки и сохранить опылителей и энтомофагов при проведении защитных мероприятий. Но при продолжении практики игнорирования экологических ограничений в применении пестицидов прогнозируются тяжелая ситуация для опылителей, снижение урожаев энтомофильных культур, уменьшение биоразнообразия растений и насекомых. В экотехнологиях необходим запрет применения неоникотиноидов в агроэкосистемах в период лёта пчел (с мая по август для юга России).
Установлено, что ограничение применения пестицидов по ЭПВ, точечно-очаговое их применение с пониженными нормами расхода, ограничение применения токсичных для пчел препаратов обеспечивают экологическую стабилизацию продуктивности агро-экосистемы в целом.
Таким образом, обоснованы некоторые экологические пути снижения норм расхода препаратов, что позволяет уменьшить пестицидные нагрузки при проведении защитных мероприятий и сохранить биоразнообразие в экосистемах.
Поступила в редакцию_
Литература
1. Артохин К.С. Метод кошения энтомологическим сачком // Защита и карантин растений. 2010. № 11. С. 45 - 48.
2. Долженко В.И. Современные инсектициды. СПб.,
2010. 152 с.
3. Шпаар Д., Захаренко А.В., Якушева В.П. Точное сельское хозяйство. СПб., 2009. 397 с.
4. Артохин К.С. Определение норм расхода инсектицидов в зависимости от экологии агроценоза // Агрохимия. 2001. № 10. С. 56 - 60.
5. Список пестицидов и агрохимикатов, разрешенных к применению на территории Российской Федерации. М.,
2011. 953 с.
6. Артохин К.С. Мониторинг почвенных организмов // Защита и карантин растений. 2012. № 11. С. 39 - 43.
7. Новожилов К.В. Химический метод как составная часть интегрированной системы борьбы с вредителями и болезнями // Междунар. с.-х. журн. 1975. № 6. С. 51 - 54.
8. Танский В.И. Биологические основы вредоносности насекомых. М., 1988. 183 с.
9. Берим Н.Г. Химическая защита растений. Изд. 2-е доп. и перераб. Л., 1972. 328 с.
10. Артохин К.С. Энтомоценоз люцерны. Ростов н/Д, 2000. 204 с.
18 декабря 2012 г.
