CC BY
24УДК 632.913:63:574.4
ПРОБЛЕМЫ ФИТОСАНИТАРНОГО ОЗДОРОВЛЕНИЯ АГРОЭКОСИСТЕМ
В.А.Павлюшин
Всероссийский НИИ защиты растений, Санкт-Петербург
Сделан анализ проблем фитосанитарного оздоровления агроэкосистем. Предложены принципы фитосанитарного проектирования агроэкосистем. Дан ракурс биотехнологических исследований в биозащите растений от вредителей и болезней.
Ключевые слова: защита растений, фитосанитарное оздоровление, фитосанитарное проектирование, агроэкосистемы, пестициды, биопрепараты, биозащита.
На современном этапе функционирования АПК страны наблюдается повышенное внимание к вопросам защиты растений, вызванное нарастанием социальной значимости этой отрасли растениеводства. Причины кроются в многолетней фитосанитарной дестабилизации, приведшей к большим потерям урожая, снижению конкурентоспособности растениеводческой продукции и загрязнению урожая остатками пестицидов и другими ксенобиотиками. Последнее, равно как и нарастание угрозы от внешних карантинных объектов, связано с ослаблением контроля за ввозимой овощной, плодово-ягодной продукцией и картофелем.
Как было отмечено на Всероссийской научно-практической конференции (ВИЗР, декабрь 2010 г.), ежегодный недобор урожая в
зерновом эквиваленте составляет около 100 млн т. Около 70% сельскохозяйственных угодий в сильной степени заселены сорняками. По ряду вредоносных объектов наблюдается перенасыщение агробиоценозов. Наиболее отчетливо это проявляется на картофеле (фи-тофтороз, парша, вирозы), подсолнечнике (белая гниль, фомопсис, серая гниль, заразиха), в посевах зерновых - возбудители листовых пятнистостей (Якуткин и др., 2011).
Расширились группы доминантных видов и появились новые экономически значимые вредоносные объекты (табл. 1). В проекте технического регламента «О требованиях к фитосанитарной безопасности...», выполненном ВИЗР по заказу МСХ РФ (2008-2009 гг.), выделены перечни особо опасных видов (33) и экономически значимых объектов (80).
Таблица 1. Доминантные виды членистоногих вредителей основных сельскохозяйственных культур
Расширение Дивергенция: Вспышки
Виды видового расы, массового
ареала подвиды размножения
Равнокрылые хоботные
Оранжерейная белокрылка Trialeurodes vaporari- + +
orum Westw.
Табачная белокрылка Bemisia tabaci Genn. + +
Бурая рисовая цикадка Nilaparvata lugens Stal. + + +
Полужесткокрылые (клопы)
Вредная черепашка Eurygaster integriceps Put. + + +
Бахромчатокрылые (трипсы)
Западный цветочный трипс Frankliniella occidentals Perg. + +
Пшеничный трипс Haplothrips tritici Kurd. +
Прямокрылые
Перелетная саранча Locusta migratoria L. + +
Итальянский прус Calliptamus italicum L. + +
Жесткокрылые (жуки)
Хлебная жужелица Zabrus tenebrioides Goeze + +
Хлебный жук-кузька Anisoplia austriaca Hrbst. + + +
Колорадский жук Leptinotarsa decemlineata Say + + +
Западный кукурузный жук Diabrotica virgifera LeConte + + +
Блошка волнистая Phyllotreta undulate +
Яблонный цветоед Anthonomus pomorum + +
Свекловичный долгоносик Bothynoderes punctiventris + Germ.
Чешуекрылые (бабочки)
Американская белая бабочка Hypantria cunea Drury. + +
Хлопковая совка Helicoverpa armígera Hbn + +
Картофельная моль Phthorimaea operculella Zell. + +
Кукурузный мотылек Ostrinia nubilalis Hbn. + + +
Луговой мотылек Loxostege sticticalis L. +
Восточная плодожорка Grapholitha molesta Busck. + + +
Яблонная плодожорка Laspeyresia pomonella L. + + +
Гороховая плодожорка Laspeyresia nigricana F._+_+_+_
Перепончатокрылые
Стеблевой хлебный пилильщик Cephus pygmaeus L. + +
Двукрылые
Весенняя капустная муха Delia brassicae Bouche +
Гессенская муха Mayetiola destructor Say + + +
Овсяная шведская муха Oscinella frit L. +
Пшеничная муха Phorbia fumigate Meig. + +
Морковная муха Psila rosae F._+
Клещи
Обыкновенный паутинный клещ Tetranychus urticae Koch + +
Яблонный ржавый клещ Aculus schlechtendali Nal._+_+_+_
В ряде регионов страны наблюдается трансформация агроэкосистем, наиболее опасной особенностью которой является резкое снижение продукционного процесса у сельскохозяйственных культур (Павлюшин и др., 2008). Безусловно, фитосанитарная дестабилизация в сильной степени связана с редукцией систем землепользования (минимальная обработка почвы, нарушение севооборотов, вывод пахотных земель и т.д.) и дефицитом минерального питания растений.
Именно с учетом вышеизложенного были развернуты работы НИУ Отделения защиты растений РАСХН по направлению «Фитоса-нитарное оздоровление агроэкосистем» (ОНТП РАСХН, 2006-2010 гг.). Как показали пятилетние отчеты ВИЗР, ВНИИФ, ВНИИБЗР, ДВНИИЗР и наших коллег-соисполнителей по координационной программе РАСХН, фитосанитарная стабилизация достижима лишь в случае одновременной многолетней реализации всех подходов в ограничении динамики численности вредоносных видов. Например, наращивание только объемов защитных мероприятий чревато большими затратами и отсутствием достаточного роста урожайности. Так, по данным лаборатории экономики ВИЗР, за период с 1990 г. по 2008 г. наращивание объемов обработок (рис. 1) на зерновых культурах с 24.4 до 35.3 млн га не привело к росту урожайности. Очевидно, это связано с дефицитом минерального питания и другими негативными факторами.
40. 35. 30. 25' 20. 1510 5.
О Урожайность, ц/га □ Обработано, млн га
JJ
1990 1991-1995 1996-2000 2001-2005 2006-2008
Рис. 1. Динамика объемов мероприятий (обработок) по защите посевов зерновых культур и их урожайности за период с 1990 по 2008 г.
С другой стороны, в условиях перенасыщения сельскохозяйственных угодий сорняками, болезнями и вредителями и особенностей отечественного рынка высока отзывчивость сельскохозяйственных культур на любые защитные мероприятия. Так, уровень рентабельности (табл. 2) защиты зерновых в 2008 г. составил 120%, на картофеле - 516% и подсолнечнике - 237%, что указывает на высокую экономическую целесообразность фито-санитарного блока в современном растениеводстве.
Таблица 2. Экономическая эффективность мероприятий по защите сельскохозяйственных растений в РФ в 2008 г. (экспертная оценка)
Культуры
Сохраненный урожай
Млн т
В % к валовому сбору
Стои-
Затраты на защиту, уборку и доработку со-
мость, млн храненного урожая, млн
Рентабельность, %
руб.
руб.
Зерновые 16.9 15.5 67600
Картофель 6.2 16.8 62000
Сахарная свекла 7.2 24.0 9000
Подсолнечник 0.6 10.0 3360
Овощи 2.3 15.0 16790
Плодовые 0.9 23.0 45000
Виноградники_01_30.0_7000
30760 10056 7917 996 5390 10576 1507
120 516 137 237 212 325 364
В действующей научно-исследовательской программе по защите растений ОНТП РАСХН (2011-2015 гг.) предусмотрена преемственность и продолжение НИР по фитосанитарному оздоровлению агроэкосистем. Выделены 5 основных направлений фундаментальных исследований:
- фитосанитарное районирование территории РФ как основа мониторинга и прогноза вредных и полезных видов в агроэкосистемах с использованием современной электронной техники, молекулярно-генетического анализа и экспресс-диагностики;
- генетические ресурсы устойчивости к вредным организмам и факторы реализации полевого иммунитета у сельскохозяйственных культур;
- уровень биоразнообразия в агроэкосис-
Фитосанитарная подготовка семенного и посадочного материала с учетом рострегулирующей активности и индукции болезнеустойчивости
темах как основа функционирования парази-тоценозов и использования систем биозащиты сельскохозяйственных культур;
- поиск новых молекул с высокой селективностью действия и веществ небиоцидной природы — индукторов устойчивости растений к вредным организмам. Разработка прогрессивных композиций, в том числе с использованием нанотехнологий;
- фитосанитарное проектирование агроэко-систем, новые зональные системы интегрированной защиты и устойчивые сорта - базис регуляции численности вредоносных видов.
Технологическое воплощение этих направлений НИР показано на рисунке 2, где центральное место занимают сорта с комплексной и групповой устойчивостью к болезням и вредителям.
Предшествующая
севооборотная фитосанитарная оценка
Пространственное
размещение в агроэкосистеме или агроландшафте
Рис. 2. Основные элементы технологий фитосанитарной оптимизации агроэкосистем
Думается, что указанный набор элементов в технологиях позволит подойти к управлению динамикой численности вредных видов и гарантировать достижение высоких урожаев
сельскохозяйственных культур. Такой подход позволит модернизировать существующие системы интегрированной защиты и снизить токсикологической пресс на сельскохозяйст-
венные угодья. Следует заметить, что фито-санитарные технологии должны поддерживать биоразнообразие и паразитоценоз и сдерживать процессы адаптивной микроэволюции в популяциях вредоносных организмов.
Поскольку многолетнюю фитосанитарную стабилизацию сельскохозяйственных угодий целесообразно рассматривать в границах севооборотной агроэкосистемы, крайне важно использовать фитосанитарное проектирование. Под последним понимается такое устройство агроэкосистемы (совокупность агробио-ценозов), при котором снижаются фитосани-
Вестник защиты растений, 2, 2011 тарные риски за счет рационального размещения сельскохозяйственных культур, ротации устойчивых сортов, учета негативного влияния заброшенных земель, вектора распространения локальных аэрогенных и почвенных инфекций (фузариозы, вирозы и т.д.) и др.
Например, по данным лаборатории энтомологии и иммунитета растений к вредителям при размещении полей капусты в СевероЗападном регионе следует учитывать ряд показателей, влияющих на уровень фитосани-тарных рисков (рис. 3).
Рис. 3. Факторы фитосанитарной оптимизации агробиоценозов капусты в условиях Северо-Запада
Другими словами, в основе фитосанитар-ного проектирования лежит качественный и количественный анализ фитосанитарных событий в агроэкосистеме, под которой целесообразно понимать севооборотную совокупность сельскохозяйственных угодий.
Уместно обозначить принципы проектирования. Их несколько. Во-первых, это мониторинг и прогноз вредных и полезных видов с выходом на регистрацию биотических механизмов регуляции динамики численности фитофагов. В рамках такого сложного мониторинга очень важна фиксация комплексной вредоносности (Шпанев, 2005). Обозначенный элемент проектирования тесно связан с фито-санитарным районированием территории РФ, под которым понимается разграничение территорий на зоны слабой, средней и сильной угроз фитосанитарной безопасности. При рассмотрении данной проблемы на Президиуме РАСХН
(январь 2011 г.) было обращено внимание на отдельные элементы районирования (табл. 3).
Вторая важнейшая часть в фитосанитар-ном проектировании - это подбор сортов и их рациональное размещение в пространстве. Убедительные результаты на больших площадях пшеницы, позволяющие снижать на 1/3 активную защиту против листовых пят-нистостей, получены в Краснодарском крае (КНИИСХ; Романенко, Беспалова и др., 2005).
Доля устойчивых сортов применительно к одной сельскохозяйственной культуре должна быть не ниже 50-60%. Например, нарастание пятнистостей листьев пшеницы и ячменя на Северо-Западе РФ происходит из-за доминирования в структуре площадей восприимчивых сортов. Так, за последние 12 лет на ячмене в Ленинградской области наблюдались 3 эпифитотии сетчатой пятнистости и 2 темно-бурой.
Таблица 3. Элементы фитосанитарного районирования сельскохозяйственных угодий Российской Федерации
_Направления работ_
1. Выявление экономически значимого состава вредителей, болезней и сорняков в зональном разрезе
2. Анализ изменения ареалов видов и зон вредоносности
3. Оценка и учет внутривидовой изменчивости (экотипы, расовый состав, резистентные популяции и т.д.)
4. Выявление особо опасных токсигенных видов и форм фитопатогенных грибов и зон их вредоносности
5. Представленность генов устойчивости у сортов пшеницы к бурой ржавчине и картофеля к фи-тофторозу
6. Учет полезных популяций (энтомофаги, энтомо-патогены, микробы-антагонисты)_
_Производственное значение_
Перечень видов для расчета потребности в СЗР и объемов защитных мероприятий на сельскохозяйственных культурах
Учет фитосанитарной обстановки в агроэкосисте-мах при смене систем землепользования и изменении агроклиматических условий Адаптация ассортимента СЗР; реализация зональных систем интегрированной защиты сельскохозяйственных культур
Корректировка систем защиты зерновых культур в целях снижения содержания микотоксинов в фуражном и продовольственном зерне Рациональное размещение устойчивых сортов и их ротация как технологический фактор фитоса-нитарной стабилизации агроэкосистем к особо опасным инфекциям
Регламентация защитных мероприятий
Крайне важной остается экономическая оценка эффективности полевого иммунитета сельскохозяйственных культур. Иммунологи ВИЗР обращают внимание на необходимость
более интенсивного использования сортов с групповой и комплексной устойчивостью к фитофагам и возбудителям болезней (табл. 4, 5).
Таблица 4. Перечень сортов основных сельскохозяйственных культур с групповой и комплексной устойчивостью к вредным организмам
Культуры
Вредные организмы
Сорта
Пшеница озимая
Пшеница яровая
Овес
Картофель
Капуста
Хлебные клопы
Злаковые тли
Черемухово-злаковая тля Черемухово-злаковая тля Колорадский жук
Капустные мухи, капустная и репная белянки, бактериозы
Капуст. мухи, капустная моль, бактериозы Крестоцветные блошки, капустная моль, белянки, бактериозы
Крестоцветные блошки, капустные мухи, капустная тля, бактериозы Капустные мухи, белянки, бактериозы Капустная моль, капустная тля, кила
Северодонецкая юбилейная, Зерно-градка 2, Девиз, Восторг, Тарасовская остистая, Юнона, Одесская 20, Афина Тулайковская 10, Мариинка, Сали-мовка, Изумрудная Дельфи 400
Геркулес, Амурский утес Свитанок киевский, Нептун, Петербургский, Аврора, Ладожский, Радонежский, Холмогорский, Елизавета, Виктория, Рябинушка, Лига, Добрыня Трансфер, Казачок, Экспресс
Текилла, Альманах, Адрия, Агрессор Леннокс, Блоктер, Бартоло, Антрак
Колобок, Валентино
Саратога
Белорусская 455_
Редис
Редька Брюква
Крестоцветные блошки, капустные мухи
Покер, Розово-красный с белым кончиком, Красный с белым кончиком, Жара ВоЬепсЬетег Бангольмская
Третий принцип фитосанитарного проектирования заключается в учете систем саморегуляции в агробиоценозах, оценке функционирования паразитоценозов, интродукции и приме-
нении средств биологической защиты растений, что, по сути, являются элементами управления динамикой численности вредителей и болезней. Следует подчеркнуть тесную связь реализации
этой части проектирования с состоянием биотехнологических разработок в защите растений.
Таблица 5. Устойчивые сорта пшеницы (+), рекомендуемые для выращивания в Нижневолжском и Центрально-Черноземном регионах
Желтая Стебле- Бурая Сорта пятнистость вая ржав-
Сорта (пирено- ржавчи- ржав_фороз)_на_чина
Регион 8. Нижневолжский Пшеница мягкая яровая Альбидум 28
+ +
Альбидум 31 Добрыня +
Камышинская 3 +
Л 503 + +
Прохоровка + +
Саратовская 55 +
Саратовская 64 +
Саратовская 66 +
Саратовская 70 +
ЮВ 4 + +
Юго-Восточная 2 + +
Пшеница мягкая озимая Авеста + Донская безостая_+_
Регион 5. Центрально-Черноземный Пшеница мягкая яровая Воронежская 12 +
Л 503 + +
Прохоровка + +
Тулайковская 10 +
Юго-Восточная 2 + +
Пшеница мягкая озимая Донская безостая +
Заря +
Инна +
Престиж +
Роль биотехнологии и ее продуктов (биопрепараты и массово разводимые энтомофаги) в фитосанитарии определяется прежде всего необходимостью их применения для снижения потерь урожая сельскохозяйственных культур, повышения конкурентоспособности растениеводческой продукции и снижения техногенной нагрузки на агроэкосистемы. В «Государственном каталоге пестицидов и агрохи-микатов, разрешенных к применению на территории РФ» доля биотехнологических фито-санитарных средств достигает 80 единиц из 680 (~11%) с ежегодным объемом применения около 1 млн га. Ведущими институтами (ВИЗР, ВНИИСХМ и др.) созданы промыш-
Вестник защиты растений, 2, 2011 ленные биопрепараты на основе Bacillus thu-ringiensis (энтобактерин, дендробациллин, би-токсибациллин, бактокулицид, лепидоцид и др.) для борьбы с вредными насекомыми и клещами.
В 1980-е годы прошлого столетия объемы наработки этой группы достигали 7-8 тыс. т/год, что обеспечивало применение на 5 млн га сельскохозяйственных угодий. В последние годы создано 15 биопрепаратов на основе микробов-антагонистов (триходермин, бакто-фит, алирин-Б, гамаир, псевдобактерин, гли-окладин и др.), эффективных для защиты зерновых, овощных, плодовых культур и картофеля от возбудителей болезней.
Существует группа биопрепаратов (10 ед.), разработанных для фитосанитарной подготовки семян зерновых культур. Одновременное наличие фитозащитных свойств с ростстиму-лирующими эффектами делает этот прием высокорентабельным (свыше 500%) и экологически чистым. Обязательное использование таких биопрепаратов в зональных системах защиты зерновых культур позволяет резко снижать уровень накопления микотоксинов в зерне.
Важную роль в саморегуляции агробиоце-нозов играют энтомофаги. В настоящее время в производственной защите растений используется 29 видов и отселектированных популяций массово разводимых энтомофагов. Разработана соответствующая НТД и поддерживается коллекция линий и популяций в ВИЗР, ВНИИБЗР и Лазаревской ОС.
Совместное использование биопрепаратов и энтомофагов позволяет резко снизить применение ХСЗР на овощных культурах закрытого грунта и повысить удельный вес до 2530% биозащиты на капусте и ягодниках.
Фитозащитные и почвоудобрительные биопрепараты, а также отселектированные массово разводимые энтомофаги крайне необходимы для расширенного использования систем биологической защиты сельскохозяйственных культур и леса в техногенно-загрязненных регионах страны. В первую очередь это районы с повышенной радиационной опасностью (Брянская, Орловская, Тульская, Свердловская и др.), промзоны вокруг крупных городов, где, как правило, концентрируются овощеводческие хозяйства. Необходимо наращивать объемы систем биозащиты в районах-поставщиках сырья для детского и диетического питания (Краснодарский край, Ставрополье, Липецкая обл. и др.). Масштабное обеспечение фитосанитарных биотехнологических средств важно и для санаторно-курортных зон страны и водоохранных территорий.
С учетом вышеизложенного потребность в биологических средствах защиты сельскохо-
Вестник защиты растений, 2, 2011 зяйственных культур от вредителей и болезней достигает величины 45-50 тыс. т/год. По обозначенному ассортименту биологических средств существует НТД, проведены государственные испытания, что позволило включить их в Государственный каталог; штаммы-продуценты и отселектированные культуры энтомофагов содержатся в Государственных коллекциях (ВНИИСХМ, ВИЗР, ВНИИФ и др.).
Весьма важен факт рассмотрения на Президиуме РАСХН (апрель 2011 г.) Концепции биотехнологических исследований, в развитие которой ВИЗР предложил три важных направления, а именно:
- усиление НИР по созданию биопрепаратов полифункционального типа действия с фитозащитным, ростстимулирующим и мик-робно-оптимизирующим эффектами;
- создание пилотных биотехнологических установок как основы региональных малотоннажных производств биологических средств защиты растений;
- в разработке технического регламента «Экологическое земледелие» учитывать как неотъемлемые части биологические средства защиты растений (биопрепараты, энтомофаги), почвоудобрительные биопрепараты и методы активизации природных полезных популяций.
При изложении принципов фитосанитар-ного проектирования агроэкосистем особого внимания заслуживает достижение гарантированного защитного эффекта на сельскохозяйственных культурах за счет интегрированных зональных систем защиты растений. За последние годы ВИЗР предложено 10 таких систем на зерновых, овощных культурах
и картофеле, что позволяет получать качественный урожай, достигать высоких экономических результатов и достаточной фитосани-тарной стабилизации. Ориентировочно реализация указанных систем защиты растений должна давать экономический эффект около 2.5 млрд рублей ежегодно.
Весьма важно добиваться состояния, при котором фитосанитарные технологии в пределах севооборотной площади агроэкосистемы (2-15 тыс. га) реализуются на каждой сельскохозяйственной культуре. В современных фитозащитных технологиях используются новые СЗР, позволяющие снизить токсикологический пресс на агробиоценозы (Долженко, Захаренко, 2011), в отношении отдельных фитофагов учтены уровни резистентности к пестицидам (Сухорученко, 2005) и предложены методы учета деградации д.в. (Новожилов и др., 2010).
Таким образом, совокупная фитосанитар-ная оценка агроэкосистем, средообразующая роль сортов сельскохозяйственных культур совместно с активными защитными мероприятиями составляет суть фитосанитарного проектирования. В этой связи повышается значимость полевых исследований на агро-биоценологических стационарах (НИИСХ ЦЧП им. В.В.Докучаева, АФИ - Меньково, НИИСХ Юго-Востока, ЛенНИИСХ - Белогор-ка и др.), в ходе которых следует продолжить уточнение количественных характеристик фитосанитарных процессов, комплексную оценку вредоносности и, в конечном счете, сформировать нормативную базу фитосани-тарного проектирования агроэкосистем.
Долженко В.И., Захаренко В.А. Результаты фундаментальных и приоритетных прикладных исследований по защите растений за 2006-2010 гг. и направления их развития // Вестник защиты растений, 2011, 1, с. 3-12.
Новожилов К.В., Сухорученко Г.И., Семенова Н.Н., Волгарев С.А., Питулько В.М. Оценка экологической опасности пестицидов для агробиоценозов. Региональная экология, 2010, 1-2 (28), с. 73-79.
Павлюшин В.А., Фасулати С.Р., Вилкова Н.А., Сухорученко Г.И., Нефедова Л.И. Антропогенная трансформация агроэкосистем и ее фитосанитарные последствия. ВИЗР, 2008, 120 с.
Сухорученко Г.И. Положение с резистентностью
Литература
вредных видов в растениеводстве России в начале XXI века // Материалы симпозиума, СПб, ВИЗР, 2005, с. 61-66.
Романенко А.А., Беспалова Л.А., Кудряшов И.Н., Аблова И.Б. Новая сортовая политика и сортовая агротехника озимой пшеницы. Краснодар, КНИИСХ, 2005, 224 с.
Шпанев А.М. Фитосанитарная обстановка на посевах проса Юго-Востока ЦЧП и ее последствия // Материалы II Всероссийского съезда по защите растений, 2005, 2, с. 586-588.
Якуткин ВИ., Таволжанский НП., Гончаров НР. Защита подсолнечника от болезней // Приложение к журналу «Защита и карантин растений», 2011, 3, с. 70-90.
PROBLEMS OF PHYTOSANITARY IMPROVEMENT OF AGROECOSYSTEMS
V.A.Pavlyushin
Problems of phytosanitary improvement of agroecosystems are analysed. Principles of phyto-sanitary designing of agroecosystems are offered. Biotechnological researches in biological protection of plants against pests and diseases are reviewed.
Keywords: plant protection, phytosanitary improvement, phytosanitary designing, agroecosystems, pesticides, biopreparations, biological protection.
В.А.Павлюшин, академик PACXH,[email protected]
