CC BY
79УДК 632.1/.9
ПРИНЦИПЫ ИНТЕГРИРОВАННОГО ПОДХОДА К РЕШЕНИЮ ПРОБЛЕМ ЗАЩИТЫ РАСТЕНИЙ
М.М.Левитин, В.И.Танский, Ю.И.Власов, И.М.Соколов, В.Р.Жаров, Н.Р.Гончаров
Всероссийский НИИ защиты растений, Санкт-Петербург
Описаны важнейшие требования экологического и экономического характера к разработке интегрированных систем защиты растений. Показаны основные факторы, с помощью которых можно оптимизировать фитосанитарное состояние агроценозов и первые результаты их использования при построении интегрированной защиты отдельных сельскохозяйственных культур. Указаны основные нерешенные проблемы дальнейшего совершенствования интегрированной защиты растений. Существенное внимание уделено имитационному моделированию как методу анализа основных проблем, возникающих в процессе оптимизации фи-тосанитарного состояния агроценозов, а также информационно-советующим системам, предназначенным для использования в производстве.
Основной постулат интегрированной защиты растений предопределяет не простое совмещение двух и более способов борьбы с вредными организмами, а интеграцию всех доступных способов с учетом природных регулирующих и лимитирующих элементов окружающей среды. Исходя из этого интегрированный подход к контролю за вредными объектами рассматривается как система управления вредными организмами, которая с учетом динамики их популяций и условий окружающей среды использует все доступные приемы и методы для поддержания численности вредного организма ниже порога, вызывающего экономически существенные потери (Фадеев, Новожилов, 1984).
На что нацеливает такое понимание интегрированной защиты и каковы основные принципы интегрированного подхода к решению проблем защиты растений?
Первый принцип - это экологическая адресность при размещении сельскохозяйственных культур. Этот принцип изложен в концепции академика А.А.Жу-ченко (1994), суть которой заключается в дифференцированном использовании неравномерно распределенных в пространстве почвенных, топографических и микроклиматических факторов. В отличие от техногенного подхода к созданию агро-экосистем, адаптивное использование ресурсов осуществляется на основе имита-
ции принципов построения естественных экосистем. Важнейшим условием реализации стратегии адаптивной интенсификации сельского хозяйства является увеличение вклада в продукционный и сре-дообразующий процессы всех биологических компонентов агробиоценозов (растений, почвенной микрофлоры, энтомофау-ны и др.). Предполагается, что эффективные подходы к управлению процессами развития и эволюции агробиоценоза будут осуществляться преимущественно за счет селекции, агротехники и конструирования агроэкосистем.
Второй принцип, вытекающий из вышесказанного определения интегрированной защиты, требует анализа динамики популяций вредных организмов и условий окружающей среды. Во многом этой цели должна быть подчинена служба мониторинга, обеспечивающая постоянный контроль за структурой и изменчивостью популяций вредных организмов, за условиями, способствующими возникновению эпифитотий или эпизо-отий, за резистентностью популяций к химическим или биологическим средствам защиты. Требуются многолетние наблюдения за структурой и динамикой популяций, что, в конечном счете, позволит определить не только их численность, но и установить границы и пространственную структуру той или иной популяции, выявить роль различных факторов среды в формировании и из-
менчивости популяции и разработать приемы управления популяциями вредных организмов в желаемом направлении.
Третий принцип - поддержание численности популяций ниже уровня порога вредоносности. Концепция интегрированной защиты предусматривает проведение защитных мероприятий только в тех случаях, когда развитие вредного организма угрожает превысить порог вредоносности. Нецелесообразно ни с экономической, ни с экологической точек зрения добиваться полной ликвидации возбудителя болезни или вредителя. Достаточно снижение вреда лишь до уровня экономического порога вредоносности (Тан-ский,1988).
Четвертый принцип - использование всех пригодных в конкретных условиях методов защиты, причем не от каждого вида вредителя или возбудителя заболевания, а от всего комплекса вредных организмов.
Большое значение имеет здоровый семенной материал. В ВИЗР разработана технология инкрустации семян, позволяющая за счет пленкообразующих препаратов повысить эффективность протравливания (Тютерев,1997). Технология инкрустации повышает всхожесть и урожай, уменьшает загрязнение окружающей среды. Разработана также технология УМО протравливания клубней картофеля, значительно снижающая по-раженность ризоктониозом, фомозом, ооспорозом и увеличивающая урожай на 25-45% (Тютерев,Ткаченко,1997). Разработаны методы, позволяющие получать семенной картофель, незараженный ви-роидом веретеновидности клубней. В отношении этого патогена требуются специфические методы диагностики и профилактики заболевания. С их помощью и с учетом особенностей распространения вироида создана коллекция сортов картофеля, свободных от вироидной инфекции - Невский, Луговской, Петербургский, Адретта, Изора и др. (Козлов и др., 1999).
Важнейший элемент интегрированной защиты растений - устойчивые сорта. К
сожалению, удельный вес устойчивых сортов крайне низок. Сорта, устойчивые к фитопатогенам, составляют не более 12-15%, к вредителям - не более 7%. К тому же многие устойчивые сорта несут одни и те же гены устойчивости, что связано с использованием в селекции генетически однотипного материала. Это заставляет обратить серьезное внимание на генетическую основу используемых в селекции доноров устойчивости. Как известно, одним из условий предотвращения развития эпифитотий и длительного сохранения устойчивости является поддержание генетического разнообразия по генам устойчивости в ареале возделывания культуры. Возможны разные способы создания разнообразия, в том числе территориальное размещение генов устойчивости в селекцентрах и, как результат этого, создание и районирование сортов с разными генами устойчивости (Михайлова,1996). Необходимо также обратить серьезное внимание на создание и районирование сортов с комплексной и групповой устойчивостью.
Индукция устойчивости - прием, позволяющий реализовать потенциальные возможности растения защитить себя от патогенов. В ВИЗР создано более 20 препаратов-активаторов болезнеустойчивости (Тютерев и др.,1994).
Среди агротехнических методов севооборот по-прежнему остается важнейшим агробиологическим приемом; при этом выбор предшественника должен основываться на представлении о его влиянии на развитие вредных организмов. Значимость этого фактора можно продемонстрировать на примере фузариоза колоса. На тех полях, где предшественниками были сахарная свекла и кукуруза, всегда наблюдается повышенная по-раженность пшеницы фузариозом и повышенное содержание в зерне микоток-синов. Если же предшественниками были пары, подсолнечник, горох, травы, то это существенно улучшало фитосанитарное состояние пшеницы.
К проблеме предшественников тесно примыкает вопрос о допустимом насыщении севооборотов зерновыми культу-
рами. На основании обобщения материалов по этому вопросу установлены предельные уровни насыщения по основным зонам возделывания зерновых культур:
- в Нечерноземье - не более 50(%),
- в ЦЧР - 60(%),
- в степных районах европейской части РФ - не более 70(%),
- в восточных районах с преобладанием яровых до 80(%).
Правильный подбор удобрений - это фактор стабильного функционирования агроценоза. Он не оказывает прямого воздействия на возбудителей болезней, но усиливает выносливость растений к заболеванию и увеличивает урожай. ВИЗР провел в этом плане большую работу совместно с ВИУА, в результате которой были разработаны технологии оптимального использования удобрений и средств защиты растений при выращивании зерновых культур в Краснодарском крае, Белгородской и Московской областях (Ишкова и др., 1995; Танский, Левитин, 1995; Левитин,Ишкова, 1997).
Особое внимание следует уделить максимальному использованию селективно действующих пестицидов, исключающих поражение нецелевых объектов и не нарушающих функционирование агро-экосистем. Уменьшение побочных эффектов действия пестицидов должно обеспечиваться своевременностью проведения мероприятий, экономической и экологической целесообразностью и степенью избирательности действия препаратов. Отказ от пестицидов нереален, но рациональное их использование вполне возможно.
Во-первых, химические обработки следует применять только при высокой интенсивности развития вредных организмов. При этом следует учитывать и состояние посевов. Если растения ослаблены, то к обработкам следует прибегать лишь в случае угрозы значительных потерь урожая. Во-вторых, важно учитывать особенности климата зоны и прогноз погодных условий в вегетационный период. По нашим наблюдениям (Танский, Левитин,1995), эффективность фунгицидов колеблется в широких пределах в
зависимости от погодных условий. В засушливые годы или в годы с избыточным увлажнением химические обработки не давали положительного результата, а, наоборот, приводили к некоторому снижению урожая. В качестве примера можно привести данные о влиянии фунгицидов на урожай озимой пшеницы в Северной Осетии в обычный по погодным условиям год и в год с избытком увлажнения во второй половине вегетации культуры (Ишкова и др.,1995). По-видимому, необходим дифференцированный подход к использованию фунгицидов в зависимости от климатических особенностей зоны. В зонах с достаточным увлажнением применение фунгицидов с точки зрения влияния на растения сравнительно безопасно. В большинстве случаев они повышают урожай даже при слабом развитии болезней, но при условии высокого агрофона. В зонах с недостаточным увлажнением применение фунгицидов требует большой осторожности.
В третьих, важно учитывать непосредственное влияние пестицидов на растения. Изучение реакций озимой пшеницы и ячменя на обработку инсектицидами показало, что эти препараты нарушают процессы функционирования клеточных структур, а это отражается на продуктивности растения. Сила и направленность воздействия повреждения насекомыми определяется состоянием растений в зависимости от степени повреждения, от погодных условий, дозы минеральных удобрений и сортовых особенностей (Танский и др,1998).
Число химических обработок может зависеть и от чувствительности сорта к пестицидам. Так, при применении тилта и байлетона в сочетании с оптимальными дозами азота на разных сортах озимой пшеницы в условиях Северной Осетии прибавки урожая, например, на сорте Спартанка достигали 12.9-13.4 ц/га, а на сорте Безостая 1 - 4.7-5.4 ц/га (Ишкова и др.,1995).
При использовании пестицидов в системах интегрированной защиты необходимо учитывать возможную резистентность к ним вредных объектов. Ситуация
с резистентностью стала особенно серьезной и практически значимой в последнее десятилетие, особенно после внедрения в производство новых высокоэффективных средств химической защиты из групп бензимидазолов, дикарбоксимидов, фениламидов, ингибиторов синтеза сте-ролов. За эти годы устойчивость к фунгицидам обнаружена у 75 видов грибов и у около 500 видов насекомых. В связи с этим важна антирезистентная стратегия использования пестицидов, направленная на снижение интенсивности селекции в популяции вредных организмов резистентных форм. Это может быть достигнуто:
1) ограничением применения пестицидов, к которым существует вероятность возникновения резистентности,
2) снижением количества и частоты применения пестицидов до минимума, необходимого для экономически целесообразного сдерживания болезни или вредителя,
3) ротацией пестицидов.
Представляется важным использование селективных методов, активно воздействующих на вредные организмы, но не нарушающих регуляторные процессы в агробиоценозах. Среди них основное внимание должно быть уделено биологическим и микробиологическим средствам защиты растений. В ВИЗР успешно разрабатываются новые биологические препараты на основе нематод, бактерий, вирусов, грибов и их метаболитов (Пав-люшин,1997). Их использование в системах интегрированной защиты представляется перспективным.
Системы интегрированной защиты зерновых культур разрабатывались многими институтами в зонах их практической деятельности. ВИЗР в течение ряда лет занимался разработкой систем защиты зерновых в зоне Северной Осетии, Краснодарского края, Ростовской, Белгородской и Московской областей. На фоне разных агротехнологий проводились наблюдения за фитосанитарной ситуацией на посевах зерновых. Проведение химических обработок осуществлялось на основании данных по фитосанитарии, а
также метеопрогноза, степени устойчивости сортов, возможного влияния предшественника и доз удобрений, планируемой урожайностью и других факторов. Такой подход обеспечил в Ростовской области увеличение урожайности в сравнении с традиционной зональной системой на 5.5 ц/га, существенно (на 5.5%) снизилась себестоимость производства продукции, на 9% снизилась плотность химических обработок посевов, на 26.2% - пестицид-ная нагрузка на единицу площади, на 5080% возросла плотность энтомофагов (Гончаров,Танский,1995).
В Белгородской области удалось получить оптимальный урожай при снижении числа обработок пестицидами с 3-4 до 1-2 (Левитин,Ишкова,1997).
Своеобразно преломляются подходы к интегрированной защите в случае вирусных и микоплазменных (фитоплазмен-ных) заболеваний, распространяемых переносчиками и имеющих природные очаги инфекции. В подобных ситуациях необходима борьба и с патогенами, и с переносчиками. Такой комплексный подход был применен в ВИЗР при разработке интегрированной защиты томатов от столбура (Самсонова и др.,1991; Богоут-динов,1992). С одной стороны, были выявлены сорта томатов с полевой устойчивостью к заболеванию, с другой, рекомендованы эффективные агротехнические приемы, при которых растения развиваются в условиях слабого и позднего заселения цикадками - переносчиками фитоплазмы. В зонах массового распространения столбура рекомендуется использовать ранние сорта томатов (Утро, Волгоградский ранний) ранних сроков высадки рассады в грунт. Кроме того, нельзя допускать изреженности посадок, поскольку разреженные посадки чаще посещаются цикадками Hyalesthes obsoletus и сильнее поражаются столбу-ром. Подобный интегрированный подход осуществлен и в отношении другого вредоносного фитоплазменного заболевания - ведьминой метлы (карликовости) люцерны, распространяемого листоблошка-ми (Власов и др.,1987).
Таким образом, определенный задел в разработке систем интегрированной защиты сделан. Каковы пути дальнейшего совершенствования этих систем?
Несмотря на то, что идея использования естественной регуляции в интегрированном подходе является базовой, реальное ее использование - наиболее слабое место при построении систем интегрированной защиты. Во многом это связано с отсутствием сведений о взаимоотношениях популяций вредных организмов с экосистемой, в которой они обитают, не систематизирован материал по реакции членов агроценоза на антропогенные воздействия, что не позволяет экстраполировать полученные результаты для прогнозирования реакции различных сообществ в отличающихся условиях, отсутствуют данные о функционировании агроэкосистем любого ранга в рамках агроландшафта.
Важнейшим направлением дальнейшего совершенствования интегрированного подхода в защите растений послужит переход от изучения влияния на урожай не только отдельных вредных видов, но и всего их комплекса. Оценка комплексной вредоносности злаковых тлей, бурой ржавчины пшеницы и корневой гнили, проведенная в вегетационных условиях ВИЗР, показала, что между вредоносностью отдельного объекта или при различных их сочетаниях существует тесное взаимодействие, повышающее или понижающее вредное влияние на продуктивность растений каждого из них. Соответственно при оценке вредоносности любого из этих организмов необходимо учитывать наличие и степень развития других вредителей или болезней. Иначе комплексную вредоносность нескольких вредных видов легко приписать одному из них.
Серьезной и во многом еще нерешенной проблемой является формирование целевой функции в фитосанитарной оптимизации агроэкосистем. Сложность ее заключается в том, что система параметров, по которым она должна оцениваться (максимальный урожай, высокое качество продукции, минимальные экономиче-
ские, в т.ч. энергетические, затраты; экологическая безопасность), внутренне противоречива. Как их свести воедино и формализовать - пока не очень ясно. Но, во всяком случае, один момент нужно обязательно отметить - это необходимость исходить из многолетних оценок этих параметров, ибо далеко не всегда мероприятия, кажущиеся наиболее эффективными для конкретного года, оказываются такими же в многолетнем аспекте.
Инструментом системного анализа сложных агробиологических систем является их имитационное моделирование. Однако, следует учитывать, что ни одна модель, сколь бы сложной она ни была, не может ответить на все вопросы, которые возникают при анализе поведения большой системы. Поэтому уровень разработки моделей зависит как от целей, которые ставятся при моделировании соответствующих процессов, так и от глубины эмпирических знаний о связи структуры и функций исследуемой системы. Имитационное моделирование - это прежде всего инструмент интеграции знаний, характеризующих процессы формирования фитосанитарной ситуации в агроэкосистемах. Эти модели позволяют проверять гипотезы о характере тех или иных процессов, отрабатывать оптимальные алгоритмы управляющих воздействий на основе компьютерных экспериментов.
В ВИЗР разработка имитационных моделей, ориентированных на решение исследовательских задач защиты растений, велась в двух направлениях: моделирование систем типа посев - вредный объект и моделирование процессов, связанных с проведением защитных мероприятий, для оценки их с точки зрения экологической безопасности и рациональности. Центральным звеном, интегрирующим взаимодействия исследуемых компонентов агроценоза, являлась модель роста и развития сельскохозяйственной культуры.
Предложена методология построения комбинированных динамических моделей развития сельскохозяйственной культу-
ры и вредных объектов. Определен унифицированный математический аппарат для их описания. В качестве конкретного результата можно назвать имитационную модель, компонентами которой являются продукционный процесс пшеницы и развитие бурой ржавчины. Разработаны динамические математические модели транслокации и деградации пестицидов в системе почва - растение. Созданы компьютерные системы прогнозирования поведения пестицидов в почве и перераспределения пестицидов в листовой поверхности (Семенова,1997).
Информационно-советующие системы, предназначенные для использования в сельскохозяйственном производстве, являются наиболее удобной для пользователя современной формой реализации результатов исследовательских работ. В исследованиях ВИЗР ставилась задача -разработать принципы создания таких систем, которые обеспечивали бы пользователя оперативными рекомендациями, следуя которым он мог бы обеспечить эффективную интегрированную защиту возделываемой культуры от комплекса вредных организмов (Жаров и др, 1997). Такая система была создана для защиты
озимой пшеницы в Центрально-Черноземной зоне России.
В заключение следует еще раз подчеркнуть - задача интегрированного подхода к решению проблем защиты растений - разработать и реализовать системы управления фитосанитарным состоянием агроценозов, а цель - его оптимизация. При этом надо понимать, что управление агроценозами возможно только опосредованно через управление сельскохозяйственным производством и технологическими процессами, и здесь мы переходим в сферу экономики. Важно, чтобы аспекты фитосанитарии в полной мере учитывались и имели достаточное научное обеспечение для всех уровней управления сельско-
хозяйственным производством - стратегического (определение систем землепользования, ассортимента выращиваемых культур и их сортов, структуры севооборотов), тактического (планирование работ предстоящего года, уточнение технологий, создание необходимых производственных ресурсов) и оперативного (защитные мероприятия в период выращивания и хранения продукции растениеводства).
Литература
Богоутдинов Д.З. Обоснование и разработка мер борьбы со столбуром томатов в Чечено-Ингушетии. Автореф. канд. дисс. СПб, 1992, 15 с.
Власов Ю.И., Самсонова Л.Н., Лебедев В.Б., Васькин Д.В. Рекомендации по защите люцерны от микоплазменной болезни - карликовости в Нижнем Поволжье. Саратов, 1987,24 с.
Гончаров Н.Р., Танский В.И. Оценка системы защиты озимой пшеницы. /Защита растений, 11, 1995, с.27-28.
Жаров В.Р., Ишкова Т.И., Кондратенко В.И., Левитин М.М., Соколов И.М., Танский В.И. Вопросы методологии проектирования информационно-советующих систем для оперативного управления защитой растений. /Проблемы оптимизации фитосанитарного состояния растениеводства. Сб. трудов Всероссийского съезда по защите растений. СПб, 1997, с.309-312.
Жученко А.А. Стратегия адаптивной интенсификации сельского хозяйства (концеп-
ция). Пущино, 1994, 148 с.
Ишкова Т.И., Арутюнова Е.В., Манукян И.Р. Защита озимой пшеницы от болезней при интенсивной технологии ее возделывания в условиях Северной Осетии. В сб.: Защита зерновых культур от болезней в современном земледелии. СПб., 1995, с 104-115.
Ишкова Т.И., Левитин М.М., Доманов Н.М., Кузнецов А.Ф. Влияние агротехнических приемов возделывания и фунгицидов на развитие основных болезней и урожай озимой пшеницы в ЦЧР России. /Защита зерновых культур от болезней в современном земледелии. СПб, 1995, с.59-71.
Козлов Л.П., Якуткина Т.А., Солянкина Л.В. Опыт оздоровления семенного картофеля в Северо-Западной зоне РФ от вироида вере-теновидности клубней. /Научно-
методические, организационные и инновационные аспекты семеноводства сельскохозяйственных культур в Северо-Западном регионе РФ. СПб, 1999, с.37-38.
Левитин М.М., Ишкова Т.И. Биорациональная защита зерновых культур от болезней. /Проблемы оптимизации фитосанитарно-го состояния растениеводства. Сб. трудов Всероссийского съезда по защите растений. СПб, 1997, с.73-77.
Михайлова Л.А. Закономерности изменчивости популяций возбудителя бурой ржавчины и генетический контроль устойчивости пшеницы к болезням. Автореф. докт. дисс. СПб., 1996, 63 с.
Павлюшин В.А. Принципы построения систем биологической защиты растений и интеграции биологических средств в фитосани-тарных технологиях. /Проблемы оптимизации фитосанитарного состояния растениеводства. Сб трудов Всероссийского съезда по защите растений. СПб, 1997, с.249-259.
Самсонова Л.Н., Власов Ю.И., Богоутдинов Д.З. Методические указания по комплексному изучению микоплазмозов растений (на примере столбура томатов). СПб, 1991, 40 с.
Семенова Н.Н. Методология имитационного моделирования в исследовательских задачах защиты растений. /Проблемы оптимизации фитосанитарного состояния растениеводства. Сб трудов Всероссийского съезда по защите растений. СПб, 1997, с.319-330.
Танский В.И. Биологические основы вре-
доносности насекомых. М., 1988, 180 с.
Танский В.И., Левитин М.М. Экологизация защиты зерновых культур от болезней и других вредных организмов. /Защита зерновых культур от болезней в современном земледелии. СПб, 1995, с.9-17.
Танский В.И., Логинова Л.Н., Солдатова Н.К. Влияние инсектицидов на некоторые фи-зиолого-морфологические показатели и продуктивность зерновых культур. /Агрохимия, 5, 1998, с 79-85.
Тютерев С.Л. Протравливание семян -важный профилактический прием борьбы с болезнями сельскохозяйственных культур. /АгроХХ1, 1, 1997, с.10-11.
Тютерев С.Л., Ткаченко М.П. Основные вредоносные болезни грибного происхождения и организация мероприятий по предотвращению потерь урожая. /Агро XXI, 5, 1997, с.7.
Тютерев С.Л., Якубчик М.С., Тарлаковский С.А., Выцкий В.А. Хитозан - биологически активное экологически безопасное средство, повышающее устойчивость растений к болезням. СПб, 1994, 44 с.
Фадеев Ю.Н., Новожилов К.В. Теоретические основы и практическое использование принципов интегрированной защиты растений. /Научные основы защиты растений. М., 1984, с.6-34.
PRINCIPLES OF THE INTEGRATED APPROACH TO PLANT PROTECTION M.M.Levitin, V.I.Tansky, J.I.Vlasov, I.M.Sokolov, V.R.Zharov, N.R.Goncharov
Integrated pest management includes the agrotechnical and chemical measures: strong seed material, resistant sorts, corresponding crop rotation and fertilizers assortment. The special attention paid to the application of selective pesticides. The system of the winter wheat protection was created on the basis such approach it allowed to increase yield up to 5.5 centner/hectare. Consequently, production costs and pesticidal load was reduced by 5.5% and 26.6% respectively. Moreover, density of en-tomophages increased.
