CC BY
135
УДК 632.92
Прогнозирование распространения возбудителя бактериального ожога плодовых культур
Е.В. КАРИМОВА, младший научный сотрудник ФГБУ «ВНИИКР»,
аспирант Российского университета
Дружбы народов
e-mail: [email protected]
Е.Ю. ШНЕЙДЕР,
старший научный сотрудник
И.П. СМИРНОВА,
профессор кафедры биохимии
Российского университета
Дружбы народов
В настоящее время стремительно развиваются новые компьютерные технологии анализа и прогнозирования явлений и событий, которые получают широкое применение во всех сферах и отраслях, в том числе в сельском хозяйстве. Эти технологии можно использовать и при прогнозировании распространения вредных организмов в карантине растений. Работа по сравнению методов прогнозирования проводилась на примере возбудителя бактериального ожога плодовых культур.
Бактериальный ожог является одним из наиболее опасных заболеваний плодовых культур. Болезнь вызывает бактерия Erwinia amylovora (Burrill) Winslow et al. Наряду с завозом инфицированного посадочного материала продвижению заболевания на новые территории способствует распространение бактерии ветром, дождем, птицами, насекомыми.
E. amylovora является карантинным вредным организмом (КВО) и представляет существенную угрозу для плодоводства России. В результате мониторинга, проведенного с целью уточнения наличия ожога плодовых деревьев на территории России, специалистами ВНИИКР в не-
скольких регионах впервые были выявлены очаги болезни.
Наиболее восприимчивы к бактериальному ожогу плодовые и декоративные растения из семейства Rosaceae, подсемейства Pomo-ideae. Бактерия поражает боярышник, айву, хеномелес, яблоню, рябину, иргу, мушмулу, пираканту, стран-везию, дикую грушу, розу, а самые восприимчивые культуры - груша и кизильник [3].
Ожогом поражаются все надземные части дерева: почки, цветки, листья, побеги, ветви и штамб. Заболевание начинается с соцветий, затем переходит на побеги и ветки. Почки не раскрываются, листья и цветки чернеют, засыхают, но не опадают. Молодые веточки и листья начинают чернеть с кончиков, затем скручиваются, данный симптом назван «shepherd’s crook» (пастуший посох), инфекция быстро распространяется вниз по дереву, которое производит впечатление обожженного огнем [3]. На коре образуются язвы, вызывающие быструю гибель отдельных скелетных ветвей или всего дерева. Кроме того, болезнь поражает плоды, чаще незрелые; они чернеют, но так же, как и листья, не опадают, а остаются на дереве [1].
Бактерия распространяется с посадочным и прививочным материалом, инструментами при обрезке, переносится насекомыми-опылите-лями: пчелами, осами, мухами, сосущими насекомыми - тлями. Инфекция может разноситься птицами, дождем, ветром и поливными водами. В настоящее время существует общепринятое мнение, что фрукты не представляют значительной опасности как распространители бактериоза [3]. Занос вредного организ-
ма в Российскую Федерацию может произойти с зараженным импортным посадочным материалом.
Несмотря на значительные усилия в борьбе с бактериальным ожогом во всем мире, эффективных химических препаратов против возбудителя нет, и болезнь по-прежнему вызывает большие потери урожая и гибель деревьев. Вредоносность ожога плодовых весьма велика вследствие очень быстрого его распространения. Экономический ущерб выражается в снижении или полной потере урожая, гибели плодовых деревьев, затратах на выкорчевку погибших и пораженных деревьев, закладку нового сада и др. В сильно зараженных садах возбудитель заболевания может поражать до 50 %, в отдельных случаях до 90 % деревьев, часть из которых полностью погибает через очень короткое время после обнаружения первого визуального проявления болезни [3].
В нашей стране частные и промышленные сады занимают большие площади, поэтому проникновение и акклиматизация возбудителя ожога принесет огромные убытки плодоводству и декоративному садоводству. В связи с этим особое значение приобретает прогнозирование зон возможной акклиматизации и вредоносности Е. ату1оуога.
Определение территорий, подверженных опасности акклиматизации патогена и установление зон его возможной вредоносности - важный этап в анализе фитосанитарного риска (АФР), на основании которого разрабатывают систему фитосанитарных мероприятий.
Зоной, подверженной опасности, является территория, на которой экологические факторы благоприятствуют акклиматизации вредного организма, и его присутствие в данном регионе приведет к значительному экономическому и социальному ущербу [2].
Для определения зон возможной акклиматизации карантинного вредного организма можно применить метод климатических аналогов с использованием карты климатической классификации по Кёппену. Этот
метод основан на том, что наилучшим критерием типа климата являются растения, которые произрастают на данной территории в естественных условиях. Классификация климата проводится на основании показателей температуры и влажности, в связи с чем было выделено пять климатических зон, границы между которыми проведены по изотермам самого холодного и самого теплого месяцев и по соотношению средней годовой температуры и годового количества осадков. Внутри климатических зон различают условия с сухой зимой, сухим летом и равномерно влажные. Таким обра-
зом, получают 11 основных типов климата, которые на основании показателей температуры и осадков более подробно детализируются. Сравнивая экоклиматические зоны известного ареала вредного организма с экоклиматическими зонами ареала АФР (в данном случае территория Российской Федерации), составляют карту, на которой показаны зоны его возможной акклиматизации и вредоносности.
Для построения карты с использованием метода климатических аналогов необходимо обработать, проанализировать и сопоставить огромное количество информации,
исследовательских данных, климатических, топографических карт и др. Несмотря на кажущуюся простоту данного метода, он очень трудоемкий, требует колоссальных затрат времени, кроме того, при обработке информации имеет место субъективный фактор.
Для определения зон, подверженных опасности, можно использовать более современный метод - географических информационных систем (ГИС). ГИС - это компьютерная технология для картирования и анализа объектов окружающего мира, которая объединяет традиционные операции работы с базами данных с
о
1. Чувашская Республика; 2. Республика Марий Эл; 3. Коми-Пермяцкий автономный округ; 4. Республика Алтай; 5. Еврейская автономная область; 6. Республика Хакасия;
7. Корякский автономный округ; 8. Республика Адыгея; 9. Республика Карачаево-Черкесия; 10. Республика Кабардино-Балкария; 11. Республика Северная Осетия-Алания;
12. Чеченская Республика; 13. Республика Ингушетия
Условные обозначения:
Распространение бактериального ожога плодовых (по состоянию на 25.08.10)
Территория, благоприятная для акклиматизации возбудителя бактериального ожога плодовых Территория возможной акклиматизации возбудителя бактериального ожога плодовых в отдельные годы
1. Потенциальный ареал бактериального ожога плодовых культур на территории Российской Федерации
возможностью визуализации и географического анализа.
Для создания карты зон возможной акклиматизации и распространения возбудителя бактериального ожога плодовых культур с помощью ГИС необходимо хорошо знать биологию вредного организма, факторы, влияющие на его развитие, и на основании этого четко определить критерии, по которым будет проводиться построение.
Е. ату1оуога - достаточно пластичный патоген, и наиболее значительным ограничивающим фактором его распространения на территории Российской Федерации может быть высокая устойчивость произрастающих растений-хозяев [4]. В зимний период патоген сохраняется в зара-
женных растениях-хозяевах, а именно в старых язвах на стволах и ветвях, поэтому при определении зон, подверженных опасности, необходимо учитывать среднюю многолетнюю температуру зимнего периода. Поскольку бактерия Е. ату1оуога погибает при температуре 43-50 °С, а оптимальной для ее развития считается 26-28 °С [4], при составлении карты учитываем также средние многолетние температуры безморозного периода. Таким образом, для создания карты необходимо учитывать средние многолетние суммы температуры, влажность (количество осадков), рельеф территории РФ, требование возбудителя к условиям окружающей среды, наличие растений-хозяев и их ареал (зоны индустриаль-
ного возделывания и зоны произрастания) и др. Зоны произрастания наименее устойчивых к возбудителю ожога растений семейства ЯоБасеае (табл. 1), а также зоны, где достаточно мягкий зимний период сочетается с теплым и влажным летом, являются наиболее благоприятными для его акклиматизации и вредоносности в случае заноса.
На рисунке 1 показан потенциальный ареал бактериального ожога плодовых культур на территории РФ, который был получен с помощью метода климатических аналогов, на рисунке 2 - зоны возможной вредоносности, полученные с помощью ГИС. При создании этой карты мы учитывали ареал трех ра-стений-хозяев - яблони домашней
Выявленные очаги бактериального ожога плодовых
Зона возможной вредоносности возбудителя бактериального ожога плодовых
О Распространение культур (Sorbus aucuparia, Pyrus communis, Malus domestica) по гербарным образцам Ареалы: Sorbus aucuparia Pyrus communis Malus domestica
2. Зоны возможной вредоносности возбудителя бактериального ожога плодовых культур
Таблица 1 Восприимчивость растений семейства Rosaceae к возбудителю бактериального ожога плодовых культур (по результатам диагностических экспертиз ФГБУ «ВНИИКР»)
Растение Восприим- чивость
Кизильник (Cotoneaster) +++
Пираканта (Pyracantha) +++
Боярышник (Crataegus) +++
Груша (Pyrus) +++
Яблоня (Malus) ++
Рябина (Sorbus) ++
Хеномелес (Chaenomeles) ++
Айва (Cydonia) ++
Ирга (Amelanchier) ++
Мушмула (Mespilus) ++
Странвезия (фотиния) (Stranvaesia, Photinia) ++
Роза (Rosa) +
Спирея (Spiraea) +
Пузыреплодник (Physocarpus) +
Лапчатка (Potentilla) +
+++ очень восприимчивое растение; ++ восприимчивое;
+ слабо восприимчивое.
Malusdomestica, груши обыкновенной Pyrus communis и рябины обыкновенной Sorbus aucuparia* в связи с доступностью этих данных и наиболее широким распространением этих культур среди растений - хозяев возбудителя, а также учитывали средние многолетние показатели температуры и влажности по месяцам. Места совпадения ареалов культур и территории, благоприятной для развития возбудителя по экоклиматическим показателям, являются зонами возможной вредоносности возбудителя. Следует отметить, что все выявленные очаги заболевания находятся в этой зоне.
При использовании ГИС в процессе создания карт появляется ряд преимуществ, что выделяет этот метод среди других. Благодаря ГИС на создание карты у нас потребовалось гораздо меньше времени по сравнению с методом климатических аналогов. Все необхо-
* При расширении набора растений-хо-зяев границы ареалов могут варьировать, но незначительно.
димые карты были использованы из созданной ранее базы данных, анализ материала осуществлялся с помощью программного обеспечения. При появлении новой информации или изменении данных просто вводится новый слой. При компьютерном моделировании мы задавали необходимые условия, а программа отсекала зоны, не отвечающие требуемым параметрам, что позволило систематизировать все данные и четко спрогнозировать ареал возможной акклиматизации и распространения карантинного вредного организма. Кроме того, полностью исключался субъективный фактор, так как границы ареала устанавливала программа на основании требований КВО.
При сравнении двух методов видно, что они дают сходные результаты, что свидетельствует о правильности заложенных критериев для прогноза. Метод ГИС подтверждает карту зон возможной акклиматизации и вредоносности возбудителя бактериального ожога плодовых культур, составленную с помощью метода климатических аналогов.
Таблица 2 Некоторые страны - экспортеры посадочного материала в Россию и статус бактериального ожога плодовых в этих странах (2007-2010 гг.)
Авторы выражают благодарность преподавателю школы геоинформационных систем А.Н. Афонину.
ЛИТЕРАТУРА
1. Вредные организмы, имеющие карантинное фитосанитарное значение для Российской Федерации: справочник под ред. С.А. Данкверта, М.И. Маслова, У.Ш. Магомедова, Я.Б. Мордковича. -Воронеж: Научная книга, 2009, 449 с.
2. Международные стандарты по фитосанитарным мерам МФСМ № 5. Глоссарий фитосанитарных терминов. Секретариат Международной Конвенции по карантину и защите растений. Организация по продовольствию и сельскому хозяйству ООН. - Рим. 2007.
3. Шнейдер Е.Ю. Анализ фитосанитарного риска возбудителя бактериального ожога плодовых Erwinia amylovora (Burrill) Winslow et al для территории Российской Федерации. - ФГУ «ВНИИКР», 2006.
4. Шнейдер Е.Ю., Сударикова С.В. Карантинные бактериозы для России / Фитопатогенные бактерии. Фитонцидоло-гия. Аллелопатия. Сб. статей участников Международной научной конференции. -Киев: Державний агроеколопчний ун-т (ред. В.В. Подгорский), 2005, с. 83-88.
Аннотация. В статье приводится сравнение методов прогнозирования распространения вредных организмов на примере Erwinia amylovora. Для определения зон возможной акклиматизации вредного организма были применены методы климатических аналогов с использованием классификации климатов по Кёппену и геоинформационных систем (ГИС). Были получены сходные результаты, но использование ГИС имеет ряд преимуществ, что выделяет этот метод среди других.
Ключевые слова. Бактериальный ожог плодовых культур, Erwinia amylovora, зона, подверженная опасности, проникновение, акклиматизация и распространение вредного организма, картирование, ГИС.
Abstract. The comparison of methods of pests’ spread assessment was conducted in this article for example Erwinia amylovora. We used the ^ppen Climate Classification method and method of the geoinformation system (GIS) to determine the endangered area. The results were similar but application of GIS has several advantages which distinguish this method from others.
Keywords. Fireblight, Erwinia amylovora, endangered area, entry, establishment and spread of a pest, mapping, GIS.
Страна Статус
Бельгия Присутствует, ограниченно распространен
Венгрия Присутствует, ограниченно распространен
Италия Присутствует, ограниченно распространен
Киргизия Отсутствует
Нидернланды Присутствует, широко распространен
Польша Присутствует, ограниченно распространен
Сербия Присутствует, ограниченно распространен
Узбекистан Отсутствует
Франция Присутствует, ограниченно распространен
