CC BY
25УДК 632:001
СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ ЗАЩИТЫ РАСТЕНИЙ, ИНФОРМАЦИОННОГО ИХ ОБЕСПЕЧЕНИЯ
НА РУБЕЖЕ XXI ВЕКА
В.А.Захаренко
Академик-секретарь Отделения защиты растений РАСХН, Москва
Дана характеристика фитосанитарного состояния растениеводства страны, отмечены ведущие факторы, вызывающие его дестабилизацию. Освещаются основные достижения институтов Отделения защиты растений РАСХН при проведении фундаментальных и приоритетных исследований по таким направлениям, как фитосанитарный мониторинг, иммунитет растений к вредным организмам, биологический метод, поиск экологически безопасных химических средств, разработка техники и технологий их использования и др. Рассмотрены аспекты развития информационного обеспечения в сфере защиты растений.
Особенности научных исследований в области защиты растений конца ХХ столетия связаны с экономическими условиями развития АПК страны после распада СССР: значительным спадом промышленного производства, низким обеспечением сельского хозяйства материально-техническими ресурсами, вызвавшими резкое снижение общей культуры земледелия и продуктивности растениеводства.
Россия входит в XXI век с крайне неблагоприятным фитосанитарным состоянием растениеводства, повсеместным распространением на сельскохозяйственных угодьях вредителей, возбудителей болезней и сорных растений, практически достигающим уровня чрезвычайных ситуаций. Потенциальные потери урожая от вредителей, болезней и сорняков превышают 100 млн.т продукции растениеводства в пересчете на зерно, а проводимые защитные мероприятия предотвращают лишь 20-25% потерь урожая.
В сложившихся условиях защита растений остается важнейшим направлением стабилизации сельскохозяйственного производства начала XXI столетия.
В последние десятилетия в России развивается концепция интегрированной защиты растений, ориентированная на максимальное использование природного потенциала агроценозов, нехимических методов (организационно - хозяйственные, агротехнические и биологические) и ограниченное использование химического
метода с учетом принципов экономичности и минимальной экологической опасности загрязнения окружающей среды, отрицательного влияния на человека, полезную фауну и флору применительно к конкретным зональным условиям. Лидирующее положение интегрированной защиты растений в системе устойчивого развития земледелия и общества, по данным глобальной организации по защите растений, представлено в рисунке.
Рис. Интегрированная защита растений в системе устойчивого развития растениеводства
Фундаментальные и приоритетные прикладные исследования на период 1996-2000 гг. проводятся в рамках государственной программы по научному обеспечению АПК Российской Федерации по проблеме "Разработать принципы и технологии фитосанитарной оптимизации растениеводства на основе интегрированной защиты растений и конструи-
рования агроценозов, адаптированных к зональным и ландшафтным условиям" по направлениям, связанным с развитием теории фитосанитарного мониторинга и выявлением закономерностей развития вредных организмов, развитием иммунитета и биологического метода защиты растений, целенаправленным поиском эффективных и минимально опасных пестицидов, техники и технологий их применения, оптимизации фитосанитар-ного состояния растениеводства на основе интеграции известных методов защиты растений с учетом принципов биологической и эколого-экономической эффективности".
Научное обеспечение в целом и программы фундаментальных и приоритетных прикладных исследований по защите растений в России выполняются Отделением защиты растений РАСХН, включающим 5 научно-исследовательских учреждений (ВИЗР, ВНИИФ, ВНИИБЗР, ДВНИИЗР, СНИИФС) с общей численностью работающих 935 человек, в том числе: академиков - 6, членов-корреспондентов - 4, докторов наук - 35, кандидатов наук - 225 человек. Кроме того, по тематике защиты растений работают ученые отделов и лабораторий защиты растений НИИ других отделений РАСХН, РАН, институты Минсельхозпрода России и кафедры высших учебных заведений.
По заданию изучения тенденций и закономерностей изменения фитосанитар-ной обстановки на основе мониторинга полезных и вредных организмов выявлены комплексы возбудителей болезней и вредителей по зонам страны.
Основу комплексов вредителей растений составляют многоядные вредные насекомые: саранчовые, луговой мотылек, кукурузный (стеблевой) мотылек и мышевидные грызуны; на посевах зерновых колосовых - клоп вредная черепашка, в посадках картофеля - колорадский жук. Комплекс болезней зерновых колосовых культур включает возбудителей ржавчинных заболеваний, септориоз, мучнистую росу, снежную плесень, корневые гнили, ринхоспориоз и гельминтоспори-
озные пятнистости. Представленность отдельных компонентов связана с природными условиями и особенностями агротехники в регионах. На посадках картофеля основное заболевание - фитофто-роз картофеля. Наиболее высокий уровень заболевания наблюдался в СевероЗападном, Центральном, Волго-Вятском регионах и в Приморском крае. В южных областях Западной Сибири отмечено сильное поражение посадок картофеля фузариозным вилтом. Во многих областях наблюдалось поражение клубней сухой и мокрой гнилью. В Центральном регионе выявлено широкое распространение в популяции фитофтороза новых опасных форм гриба А2 типа совместимости. Соотношение А1:А2 типов совместимости колеблется от 1:7 до 1:1. На приусадебных участках во всех зонах производства картофеля в результате интенсивного использования фениламид-ных фунгицидов при низкой культуре земледелия отмечено развитие изолятов, устойчивых к металаксилу (в среднем на 20% посадок). В случае невыполнения правил антирезистентной стратегии, разработанной ВНИИФ, реальна опасность распространения резистентных популяций фитофтороза на 90-100% площадей картофеля в ближайшие 2-3 года.
Существенную опасность для сельского хозяйства представляют карантинные объекты: на посевах подсолнечника -фомопсис, кукурузы - южный гельмин-тоспориоз, для плодовых - американская белая бабочка, для земледелия южных регионов опасны сорные растения - амброзия полыннолистная и горчак розовый.
Отделением совместно со специалистами Минсельхозпрода и Научно-технического центра по чрезвычайным ситуациям в агропромышленном комплексе разработана федеральная целевая программа "Упреждение и ликвидация эпифитотий и нашествия вредителей растений и их последствий на 1998 - 2000 годы". В программе региональные комплексы вредных организмов ранжированы по уровню их опасности. В частности, выделена группа особо опасных организ-
мов, вызывающих чрезвычайные ситуации в стране, для которых требуется система общегосударственных защитных мероприятий. В их числе многоядные вредители (луговой мотылек, саранчовые), а также клоп вредная черепашка, фузариоз колоса, септориоз, мучнистая роса, различные виды ржавчины, гнили подсолнечника, колорадский жук и фи-тофтороз картофеля, карантинные вредители, болезни и сорняки. На основе фитосанитарного мониторинга проведено картирование основных зон страны по уровню распространения и риска опасности вредных организмов.
Отделением завершены фундаментальные разработки по изучению биологии фитопатогенных бактерий различных родов, относимых к возбудителям черного и базального бактериозов, бурой пятнистости, ожога, штриховатости и др. на зерновых культурах, методов оценки ряда новых возбудителей болезней: виро-идной веретеновидности картофеля, фи-топлазм (микоплазм) различных типов (столбур томатов, круглолистность картофеля, ведьмины метлы люцерны); по фитосанитарному мониторингу природных популяций фитофтороза картофеля с целью выявления патогенов, различающихся по уровню вредоносности и типам совместимости (А1 и А2), по резистентности к фениламидным фунгицидам.
Решение научных задач XXI столетия предполагает повышение общего уровня выполнения исследовательских работ -новых методологических и методических решений по вопросам фитосанитарного мониторинга. Для более глубокого изучения внутрипопуляционных структур аг-роценозов и агроландшафтов, генетических и биохимических изменений живых организмов под влиянием пестицидов и других средств и методов, в частности трансгенеза, перспективно использование новых методов генетического анализа и анализа нуклеиновых кислот, метода по-лимеразной цепной реакции (ПЦР), им-муно-ферментных и других методов. При проведении крупномасштабного фитоса-нитарного и экологического мониторинга
перспективно использование новых информационных технологий и сети "Интернет", Географических Информационных Систем (ГИС) и Глобальных Позиционных Систем (ГПС).
Перспективное научное направление в защите растений, получившее широкое развитие в связи с необходимостью реализации концепции интегрированной защиты растений, представляет разработка биологического метода. Сохранение и поддержание популяций полезных организмов в агроэкосистемах представляет эффективный прием, позволяющий при высокой их численности отменять химические обработки. Такой прием, проводимый на основе мониторинга численности хищников и паразитов вредителей растений в 1986-1990 гг., позволил отменять ежегодно в среднем обработки посевов пестицидами на площади свыше 5 млн. га., на значительных площадях он практикуется и в настоящее время. Перспективность приема обусловлена значительными природными ресурсами страны (многообразием естественных ландшафтов, в которых на больших площадях сосредоточены сенокосные, пастбищные угодья и леса), широким распространением полезных насекомых в естественных экосистемах и в агроэкосистемах.
Значительные успехи биологической защиты растений связаны с научными исследованиями ВИЗР по вопросам разработки и реализации концепции целенаправленного поиска и создания микробиологических средств защиты растений на основе отбора в естественных условиях полезных форм, последующего их селекционного улучшения, ступенчатого скрининга, разработки препаративных форм, регламентов производства и применения. Создана и поддерживается Государственная коллекция микроорганизмов, которая служит основой для научных исследований, поддержания в чистоте культур микробных организмов, для разработки микробиологических препаратов.
По состоянию на 1998 г. зарегистрировано и разрешено для производственного применения из общего числа 410 препа-
ратов для защиты растений: 60 биологических препаратов, 26 - для защиты растений от вредителей, в т.ч. 19 препаратов на основе Bacillus thuringiensis v.dend-rolimus, B.thuringiensis v.galleria, B.thu-ringiensis v.insektus, B. thuringiensis .v.kurstaki, B. thuringiensis v.tenebrionis, B.thuringiensis v.thuringiensis, 2 - Bea-uweria bassiana, 3 - Verticillium lacanii, нематодно-бактериальный препарат не-мабакт, фунгицидные микробиологические и вирусные препараты.
Обоснованы условия эффективного применения энтомофагов и паразитов вредителей растений для защищенного грунта и для использования в полеводстве.
Разработана концепция малотоннажного производства микробиологических средств защиты растений, структура организации его в системе биолабораторий Минсельхозпрода России.
Лаборатории, имея оборудование для производства микробиологических средств и получая культуры микроорганизмов по прямым договорам с научными учреждениями или с Республиканской станцией защиты растений, производят препараты для обеспечения сельскохозяйственных предприятий. Региональные и отраслевые научно-исследовательские учреждения при разработке систем земледелия предусматривают их использование в системах защиты растений.
При существующем уровне развития биологического метода защиты растений следующие биопрепараты конкурентны в защите зерновых культур от корневых гнилей - агат-25, ризоплан, фитолавин; при защите технических культур от лугового мотылька, подгрызающих совок -баксин, битоксибациллин, бикол, лепидо-цид, дендробациллин; картофеля от колорадского жука - битоксибациллин, би-кол, дицимид, колорадо, от фитофтороза - ризоплан, агат; овощных культур от слизистого и сосудистого бактериозов -ризоплан, фитолавин, от черной ножки -триходермин, от листогрызущих вредителей -лепидоцид, дендробациллин, би-токсибациллин, бикол, гомелин, а также
энтомофаг трихограмма; плодовых от мучнистой росы и парши - бактофит, от бактериального рака штамбов - пента-фаг, от листогрызущих вредителей -астур, лепидоцид, баксин, бикол, биток-сибациллин и лепидоцид.
В защищенном грунте сопоставимую с химическими препаратами биологическую эффективность обеспечивали: в борьбе с корневыми гнилями - бактофит, триходермин, агат - 25, ризоплан, с мучнистой росой - бактофит, с угловатой пятнистостью - пенафаг, с бактериозами - фитолавин, против белокрылок - вер-тициллин, боверин, энтомофаг энкарзия; паутинного клеща - энтомофаг фитосей-улюс, бицикол, битоксибациллин; паутинного трипса - амблисейулус, боверин; тли - златоглазка, хищная галлица, ци-клонеда, афидиус.
Экономическая и экологическая сравнительная оценка биологического и химического методов позволяет определить преимущества первого при выращивании овощных, плодовых и ягодных культур, при производстве продукции растениеводства для комбинатов детского и диетического питания, возле крупных промышленных центров, в водоохранных и санитарных зонах, в районах радиоактивного загрязнения.
Новые перспективы биологического метода защиты растений связаны с созданием методами биотехнологии и генной инженерии более эффективных полезных организмов, например, бактериальных препаратов на основе бактерии B.thuringiensis (Bt), продуцирующей в период спорообразования "эндотоксин-ный белок" в форме кристаллических включений, которые классифицируются на 3 группы - Cryl I, II, III, а также по подгруппам A, B, C. Введение гена, кодирующего синтез эндотоксинного белка Bt.kurstaki, в геном Pseudomonas fluores-cens позволяет получать по существу биологическую капсулу, длительно сохраняющуюся и не подверженную действию света, проявляющую активность после отмирания бактерии. Введение гена, контролирующего синтез соответствую-
щего белка у африканского скорпиона, в геном бакуловируса существенно повышает скорость его действия на чешуекрылых насекомых.
Разработаны принципы регулирования биотических механизмов для стабилизации и улучшения фитосанитарного состояния агроэкосистем. Важнейшим принципом стабилизации фитосанитарно-го состояния агроценозов является научно обоснованное управление абиотическими (приемы агротехники) и биотическими факторами (приемы сохранения и поддержания популяций полезной биоты и использование биологических средств защиты растений, а также воздействие на вредные организмы и сокращение их численности путем создания и использования иммунных и комплексно устойчивых сортов культурных растений к вредным организмам) с целью снижения плотности популяции до уровня ниже экономического порога вредоносности. Вторым принципом является обеспечение минимальной экологической опасности применяемых приемов управления фито-санитарным состоянием агроэкосистем -предотвращение загрязнения окружающей среды химическими и биологическими загрязнителями до уровня ниже порогового (ПДК, ОДК), а также недопущение формирования резистентных к пестицидам популяций вредных организмов.
Указанные принципы используются в качестве обязательных при разработке современных систем защиты растений и уже реализованы в региональных системах защиты растений, в антирезистентных технологиях, при создании устойчивых сортов к вредным организмам, создании химических и биологических средств защиты растений и техники для их внесения.
С целью изучения и отбора исходного материала для селекции устойчивых сортов на основе полевой оценки в естественных условиях сортов и гибридов культурных растений обоснованы приемы создания инфекционных фонов фито-патогенов. Создана и пополняется Государственная коллекция фитопатогенных
организмов ВНИИФ, в которую входят более 1000 штаммов и рас, относящихся к 20 видам фитопатогенных грибов, более 600 штаммов фитопатогенных бактерий, 13 вирусов, 10 географических изолятов вироида веретеновидности клубней картофеля (ВВКК). НИУ Отделения не только осуществляют обеспечение научно-исследовательских и селекционно-семеноводческих учреждений биологическим материалом, но и проводят работы по изучению иммунных свойств и комплексной устойчивости селекционного материала. Только в 1998 г. сотрудниками ВИЗР изучена устойчивость к комплексу болезней более 2000 сортообразцов пшеницы, ржи и ячменя, полученных из мировой коллекции ВИР, международных питомников СИММИТ, ИКАРДА, национальных питомников Кении и других стран, а также из селекционных учреждений РФ. ВНИИФ совместно с сотрудниками лаборатории генетики НИИСХ ЦРНЗ проведена оценка свыше 1500 гибридных форм яровой и озимой пшеницы на различных этапах селекционного процесса, полученных в результате межвидовой (Тriticum militinae, T.timopheevi, T.kichare) и межродовой (Ae.speltoid.es, Ag.intermedium) гибридизации на устойчивость к бурой ржавчине и мучнистой росе. Выявлены сорта, характеризующиеся групповой устойчивостью, для передачи селекционно-семеноводческим учреждениям.
На новом методическом уровне, с использованием методов биотехнологии и генной инженерии, предусматриваются исследования и разработки новых биологических средств защиты растений (хищников и паразитов вредителей растений, микробиологических препаратов на основе микроорганизмов - энтомопато-генов и антагонистов - возбудителей болезней, а также метаболитов микроорганизмов).
Новые возможности открываются в связи с получением гибридных растений, устойчивых к вредителям и возбудителям болезней, связанные с успехами в области биотехнологии и генной инженерии.
Ведущее место в этом направлении занимают США и страны Западной Европы (Франция, Великобритания, Голландия), в Азии - Китай. Наряду с исследованиями академической и университетской науки, имеющими, как правило, фундаментальный характер, к работам по генетической модификации растений подключились мощные коммерческие фирмы: Монсанто, АгрЭво, Новартис, Калген и др. Это привело к вливанию значительных капиталов для развития биотехнологических исследований. К началу 1998 г. в 45 странах мира проведено более 25 тыс. полевых опытов с трансгенными растениями, причем более 75% в США и Канаде, и только около 30 опытов - в России. Исследования проводятся на широком спектре сельскохозяйственных культур. Наиболее интенсивно исследуются кукуруза, соя, хлопчатник, рапс, табак, картофель, овощные (томаты, дыня).
Основной задачей, реализованной в ходе исследований по созданию трансгенных растений, является защита растений от гербицидов, вредителей и болезней. Именно это направление трансге-неза рассматривается в мире в качестве первой волны новейшей биотехнологической революции, которая ориентирована на увеличение в 2-3 раза производства продукции земледелия к 2025 году.
Следует отметить также стремительные темпы освоения трансгенных растений в практике защиты растений. В 1996 г. в мире они высевались на площади 2.8 млн. га, в 1997 г. - на 12.7 млн. га, в 1998 г. - на 30.5, в том числе в США на 24.7 млн. га, в Аргентине - на 4 млн. га, в Канаде - на 1.4 млн. га. В целом в 62 странах мира выращивается 48 трансгенных сортов и гибридов 12 различных культур. В основном трансгенные растения включают в себя 6 целевых генов, причем наиболее распространены трансгенные конструкции устойчивости к гербицидам (глифосат, глюфозинат) и устойчивости растений к вредителям отрядов чешуекрылых (Lepidoptera) и жесткокрылых (Coleoptera) на основе генов Bacillus
thuringiensis. Перспективны работы по получению трансгенных растений, устойчивых к ряду вредителей, путем включения в геном генов, контролирующих активность протеаз, лектина, а-амилазы, вторичные растительные метаболиты, специфичные токсины насекомых.
В нашей стране также проводятся работы по созданию трансгенных сортов, устойчивых к вредным организмам и гербицидам, во ВНИИ сельскохозяйственной биотехнологии, ВИЗР, ВНИИФ и отдельными отраслевыми НИИ, подведомственными РАСХН, а также Центром биоинженерии РАН, учеными Московской сельскохозяйственной академии им. К.А.Тимирязева, Московского государственного университета.
Имеются реальные предпосылки производственного освоения в России уже к 2003 г. трансгенных гибридов и сортов картофеля, устойчивого к колорадскому жуку, на основе генных конструкций с геном B.thuringiensis; к 2005 г. - кукурузы, риса, технических культур - к вредителям; различных культур - к грибным, бактериальным и вирусным болезням на основе отечественных генных конструкций, контролирующих синтез белков, обеспечивающих неспецифичную устойчивость к болезням.
Получение трансгенных растений, устойчивых к гербицидам, в стране предполагается осуществлять с учетом перспектив развития отечественной промышленной химии пестицидов и возможностей зарубежных их закупок.
Для оценки в лабораторных и полевых опытах в различных зонах страны трансгенных растений в связи с возможностями их использования в зональных системах интегрированной защиты растений предусматривается создание во ВНИИФ Центра оценки биобезопасности трансгенных растений с периферийной сетью испытательных участков в институтах Отделения защиты растений, Отделения растениеводства и селекции и других отделений и ведомств.
Изучение механизмов взаимодействия структурных элементов агроэкосистем
(трофические связи хозяин-паразитные, конкурентные аллелопатические взаимодействия и др.) позволило определить направления создания нового поколения экологически безопасных химических средств защиты растений и методов подавления вредных организмов.
Скрининг диких и сорных растений позволил ВИЗР выделить биологически активные вещества: экстракты из хвойных растений (препарат "комплексный"), весьма перспективные в борьбе с паутинными клещами (90%-е снижение численности вредителя на протяжении более 20 суток), метанольные экстракты амброзии, показавшие наибольшую активность (100% смертности мух сем.Sciaridae), одуванчика (активность на полужесткокрылых).
Изучение соединений органического синтеза, относящихся к различным классам химических соединений, - феназины, изоаллаксазины, ненасыщенные жирные кислоты, элиситины, салицилаты, брас-синолиды, бензтиодиазолы, поли- и оли-гоаминосахара (хитин, хитозан), фосфо-рилированные бензимидазолы и др., показало возможность повышения устойчивости растений к грибным, бактериальным и вирусным заболеваниям.
Разработаны химические индукторы устойчивости растений к болезням на основе принципиально новой группы химических средств защиты - производных четвертичных аммонийных оснований -вещества Ф-760 и Ф-1173, смесевой препарат Ф-1225 на основе индуктора Ф-760 и протравителя диниконозола. Получены положительные данные на пшенице, ячмене, овсе и рисе. Проведены углубленные исследования этилового эфира ара-хидоновой кислоты (препарат иммуноци-тофит), хитозана (нарцисс), кремнеорга-нических соединений атранового ряда (черказ), продуктов метаболизма P.aure-faciens - Н-16 (агат-25). Показано наличие дифференцирующей отзывчивости сортов на иммунизацию и активацию ростовых процессов.
На основе оценки биологически активного хитозана и добавок к нему создан и
испытан ряд препаратов для защиты зерновых, овощных культур, предложен новый препарат, защищающий клубни картофеля от поражения ризоктониозом, а при обработке вегетирующих растений предотвращающий развитие альтерна-риоза. По результатам экспериментов 1998 г. из ассортимента фитоактиваторов болезнеустойчивости выделены также 3 препарата, эффективные против фуза-риозной корневой гнили на яровой пшенице, 4 препарата против фузариозной гнили сои, 8 - против ризоктониоза сои; на основе хитозана и БАВ создан препарат (хитозар Э-24), который оказался эффективным против вируса табачной мозаики ВТМ.
Индукторы устойчивости растений испытаны в системе защиты зерновых культур от комплекса биотических и абиотических стрессовых факторов, определена эффективная схема их практического использования: стимулятор - фазы 25-29 + фунгицид - фаза 51. На основании проведенных исследований предложены оптимальные композиции для предпосевной обработки семян, опрыскивания вегетирующих растений иммуно-корректором (активатором) и защитной обработки фунгицидом. Применение композиций позволяло существенно увеличивать эффективность как составляющих ее компонентов, так и системы мероприятий в целом. Прибавки урожая варьировали от 10 до 23%.
В результате оценки эффективности и селективности действия новых регуляторов роста насекомых из группы ювенои-дов, ингибиторов синтеза хитина и феромонов насекомых выявлена высокая биологическая активность нового ювеноида -пирипроксифена для чешуекрылых из семейств Tortricidae и Geometridae, ба-хромчатокрылых, червецов и щитовок. Аналогичные эффекты проявляют новые ингибиторы синтеза хитина - каскад и матч. Все препараты рекомендованы для передачи на полевые испытания в борьбе с калифорнийским и табачным трипсами.
Региональные полевые испытания в группе гербицидов позволили выявить перспективность разработанных ВНИИФ
совместно с НИИХСЗР отечественных гербицидов дифезан-супер и дифезан-плюс. Во всех зонах испытаний названные гербициды по уровню эффективности превосходили такие известные препараты, как ковбой, дифезан и диален.
Несмотря на достижения в области разработки методов защиты растений, пестицидов с новым механизмом действия, химический метод на основе уже выпускаемых традиционных препаратов в обозримом будущем будет основным в системе интегрированной защиты растений. В настоящее время на приобретение пестицидов и других средств в мире затрачивается более $30.5 млрд., в т.ч. на пестициды - $30 млрд., микробиологические препараты на основе B.thuringiensis, ботанические пестициды растительного происхождения - $120 млн., феромоны -$55 млн.
В связи с химическим методом защиты растений остаются проблемы их побочных эффектов загрязнения пищевых продуктов и элементов окружающей среды, развития устойчивости вредных организмов к пестицидам. Научно-технический прогресс создает предпосылки для более точной оценки уровня опасности пестицидов для окружающей среды, разработки методов ее предотвращения.
Для оценки опасности загрязнения сельскохозяйственной продукции и объектов окружающей среды пестицидами ВНИИФ разрабатываются высокочувствительные методы определения микроколичеств действующих веществ пестицидов в растениях, почве и воде. В 1998 г. завершена разработка методов анализа остаточных количеств металаксила-М (действующее вещество протравителей апрон фло 350 и максим АП, а также фунгицида ридомил голд МЦ), гербицида кломазола (д.в. комманд) и других пестицидов в растительных образцах, почве и воде, основанные на газовой хроматографии. С помощью разработанных методов изучается динамика остаточных количеств пестицидов в урожае и объектах окружающей среды.
Обоснованы приемы предотвращения
опасности загрязнения почв путем использования препаратов в качестве де-токсикантов остатков ксенобиотиков в почвах, предназначенных для выращивания овощных культур (огурцы, томаты, свекла, редис). Выявлены сорбенты на основе чистых (без примесей) активных углей (АУ) или их модификаций с включением искусственного цеолита-NaX или соответствующего исходного природного цеолита. При этом установлено, что наиболее эффективными средствами, восстанавливающими плодородие почв, загрязненных токсикантами (хлорсульфу-рон, пиклорам, симазин), являются препараты на основе чистых АУ или АУ с добавками искусственного цеолита-NaX. Препараты АУ в дозе, эквивалентной 100 кг/га, практически полностью нейтрализуют токсиканты, сохраняют урожай даже самых чувствительных к фитоток-сикантам тест-культур (например, свеклы и томатов на фоне загрязнения хлор-сульфуроном).
Оценена возможность использования цеолитсодержащих пород (ЦСП) в качестве носителей бактериальных штаммов-антагонистов фитопатогенов. В рамках совместных работ с ИБФМ РАН исследовано 5 бактериальных штаммов, являющихся активными антагонистами грибов. Установлено, что ЦСП, бактеризованная штаммом Pseudomonas aureofacieus BS 1393, эффективно сдерживает рост фитопатогенных грибов Gaeumannomyces graminis v.tritici.
В связи с проблемой резистентности организмов к пестицидам проводятся исследования по выявлению количественных ее показателей и влиянию их на природные популяции как вредных, так и полезных организмов, опасности развития рас вредных организмов, устойчивых к пестицидам.
Значительный рост устойчивых к инсектицидам популяций вредителей отмечен в 50-е годы (первое сообщение относится к 1914 г.), фунгицидам - в 60-е и гербицидам - в 80-е годы (первое сообщение относится к 1968 г. и связано с устойчивостью к триазинам крестовника).
В начале 90-х годов отмечена устойчивость более чем 500 видов вредных организмов, в том числе 50 видов грибных фитопатогенов, 113 биотипов сорных растений. Наиболее часто встречаются популяции Mizus persicae, устойчивые к инсектицидам, фитопатогенных грибов Pseudocercosporella herpotrichoides, Ery-siphe graminis f.sp.hordei, Phytophthora infestans - к фунгицидам, сорных растений Alopecurus miosuroides, Lamium multiflorum - к гербицидам (Clarke е! а1., 1997).
В Северокавказском регионе в последние годы выявлены популяции хлопковой совки с 15-39-кратной устойчивостью к суми-альфа, популяции колорадского жука с 19-48- кратной устойчивостью к фастаку и каратэ, клопа вредной черепашки со 107-кратной устойчивостью к фьюри, 41-кратной - к арриво и 13-кратной к каратэ, несмотря на существенное сокращение объемов применения пестицидов в стране.
В связи с отмеченным важны исследования по методам выявления устойчивых к пестицидам популяций вредных организмов, их распространению в различных регионах страны, по разработке мероприятий, сдерживающих развитие устойчивости вредных организмов. Для рационального сочетания химических и биологических средств защиты растений важна также оценка устойчивости полезных организмов к пестицидам. В решении поставленных задач уже получены некоторые положительные результаты.
В защищенном грунте изучено действие 6 препаратов (адмирал, фитоверм, моспилан, полихом, купроксат, поаст супер) на 4 вида жужелиц: Pterostichus melanarius, Poecilus cupreus, Pseudoopho-nus rufipes, Bembidion properans, доминирующих в большинстве агроценозов европейской части России и, кроме того, являющихся энтомофагами колорадского жука и других вредителей сельскохозяйственных культур. Ингибитор синтеза хитина - препарат адмирал - оказался нетоксичен для Pseudoophonus rufipes и
Pterostichus melanarius, среднетоксичен для Bembidion properans и высокотоксичен для Poecilus cupreus; биопрепарат фитоверм нетоксичен для P.rufipes и P.melanarius, среднетоксичен для P.cup-и B.properans; препарат моспилан нетоксичен для P.rufipes, P.melanarius и P.cupreus, среднетоксичен для B.prope-rans.
Из числа многих испытанных фунгицидов полихом оказался нетоксичен для P.rufipes и P.melanarius, малотоксичен для P.cupreus и токсичен для B.prope-rans; купроксат нетоксичен для P.rufipes, B.properans, слаботоксичен для P.melana-тш и высокотоксичен для P.cupreus.
Гербицид поаст супер был безопасен для P.cupreus, P.rufipes, слаботоксичен для P.melanarius и B.properans.
Из крупных видов карабид нечувствительным ко всем видам испытанных препаратов оказался P.rufipes, а P.cup-и B.properans были наиболее уязвимы. Таким образом, можно отметить, что у облигатных зоофагов чувствительность к препаратам увеличивается.
В целях экономичности и экологично-сти использования пестицидов и биологических средств защиты растений институтами проводятся перспективные исследования по разработке новых технических средств и технологий применения пестицидов и биологических средств защиты растений (ВИЗР, ВНИИФ). Обоснована и реализуется концепция мало- и ультрамалообъемного применения пестицидов с контролируемым размером капель для опрыскивателей, целевым нанесением капель на обрабатываемые объекты. Учитывая, что существующая техника отстает от требований применения новых пестицидов по экономическим, а тем более по экологическим критериям, разрабатываются новые требования и новая техника для внесения пестицидов. Техника для применения новых биологически активных пестицидов должна отличаться от традиционной техники, предназначенной для применения пестицидов, используемых в высоких нормах
расхода на гектар. Институтами Отделения разработана и уже осуществляется программа создания на конверсионных предприятиях оборонной промышленности ультрамалообъемных протравливателей (ПУМ-30 МИП) и облегченной техники для мало- и ультрамалообъем-ного опрыскивания (0МП-601 - ПЭМЗ). В целях сокращения гектарных расходов жидкости и пестицидов, повышения эко-логичности разработаны макетные образцы техники для опрыскивания с сепарацией и электрической зарядкой капель для точного (с минимальными потерями) нанесения капель на обрабатываемые объекты. Разработан и освоен в производстве на принципах ультрамалообъ-емного опрыскивания ручной опрыскиватель ДЭР-1 для мелких крестьянских (фермерских) хозяйств и для применения на дачных и приусадебных участках. Созданы конструкции легких и сверхлегких летательных аппаратов СЛА и новые опрыскивающие устройства для них, отвечающие более высоким требованиям экономичности и экологичности применения новых пестицидов и биопрепаратов.
В плане экономических исследований институтами Отделения кроме разработок методических вопросов, оценки экономической эффективности применения средств защиты растений и в целом систем интегрированной защиты растений разрабатываются новые подходы оценки энергетической эффективности защитных мероприятий. ВИЗР разработаны комплексные нормативы энергетических эксплуатационных затрат (мДж/га) на химическую обработку сельскохозяйственных растений от вредителей, болезней и сорняков наземными машинами. Они включают в себя энергетические нормативы общих затрат на 1 га однократно обработанной площади, затраты труда, затраты на топливо и технические средства, которые дифференцированы по типам машин, составу машинно-тракторных агрегатов и нормам расхода рабочих растворов. Предназначены для оценки энергетической эффективности применения средств защиты растений, выбора вариантов с наименьшими энер-
гетическими затратами.
Данные об эффективности средств защиты растений и их побочных эффектах в экосистемах, в частности устойчивости вредных и полезных организмов к пестицидам, создают предпосылки для определения принципов конструирования оптимизированных по фитосанитарным и экотоксикологическим характеристикам агроэкосистем, адаптированных к природно-климатическим и ландшафтным условиям в системах зонального растениеводства. На их основе разрабатываются системы защитных мероприятий и технические средства для применения препаратов, обеспечивающих экономичность мероприятий и поддержание экологической стабильности, получение биологически полноценной и экологически безопасной продукции растениеводства.
Основные направления исследований по проблеме фитосанитарной оптимизации растениеводства получат дальнейшее развитие в программах фундаментальных и приоритетных прикладных исследований в начале XXI века. Однако, в связи с требованиями ресурсо-энерго-сбережения при низком уровне материально-технического обеспечения сельскохозяйственного производства России в рамках систем интегрированной защиты растений целесообразна разработка мероприятий по максимальному использованию природного потенциала в целях подавления вредных организмов, обеспечения условий выращивания здоровых растений и стимулирования деятельности полезных организмов в агроэкоси-стемах и агроландшафтах. Перспективны исследования по разработке предупредительных защитных мероприятий: ландшафтного принципа использования территорий в системах земледелия и севооборотов, пространственной изоляции сельскохозяйственных угодий и полей, посева растений, привлекающих полезных насекомых, промежуточных и покровных культур, повышения роли механических обработок почвы и ухода за посевами, системы удобрений и мелиорации, селекции и семеноводства сортов и гибридов культурных растений, иммунных
и комплексно устойчивых к вредителям и болезням.
Концепция интегрированной защиты растений, отвечающая целям и принципам адаптивного растениеводства, ландшафтного земледелия, экономической и экологической стабилизации сельскохозяйственного производства, предполагает разработку принципиально новой системы информационного обеспечения, более высокий уровень научного информационного обеспечения по сравнению с аналогичным для традиционной химической защиты по схемам календарных обработок.
Важна оценка влияния применяемых средств защиты растений на живые организмы в агроэкосистемах с учетом их многообразия и необходимости их сохранения. Для применения более прогрессивных и экологичных систем защиты растений в перспективе потребуется получать более объемную информацию о вредных и полезных организмах.
Следует учитывать, что в отечественной фауне известны 30 тыс. видов энто-мофагов, в том числе на зерновых - 150300 видов, плодовых - 170 видов (Воро-нин,1984). Эти виды подвержены в определенной степени действию значительного количества пестицидов. В 1998 г. разрешено для применения 397 пестицидов, в том числе инсектицидов 103 против 356 объектов на 64 культурах; фунгицидов 101 против 440 болезней на 124 культурах и гербицидов 138 против 143 сорняков на 70 культурах; биологических средств 46, в том числе 33 препарата против 42 вредителей на 57 культурах; 13 препаратов против 21 болезни на 21 культуре (Список пестицидов и агрохи-микатов, разрешенных к применению в Российской Федерации в 1998 г., 1998).
Создаваемое информационное обеспечение ориентировано на упорядочение и доступность знаний по биологии и биоце-нотическим взаимоотношениям в агроце-нозах, агроэкосистемах и агроландшаф-тах для значительного количества вредных и полезных организмов (для научных целей порядка нескольких тысяч и для практических - нескольких сотен), о методах их учета и оценке вредоносно-
сти. Информация в части защитных мероприятий должна содержать данные о комплексной устойчивости к вредным организмам сортов и гибридов; о физико-химических, биологических, технико-экономических, санитарно-гигиенических и экотоксикологических параметрах более тысячи действующих веществ (более 5000 пестицидных препаратов и биологических средств защиты растений), а также эколого-экономическое обоснование целесообразности применения и выбора средств защиты растений. Кроме такой общей информации для принятия решений применительно к конкретным агро-экосистемам и ландшафтам при проведении интегрированной защиты растений требуется информация о состоянии растений, природной среды конкретной защищаемой территории на определенную дату и в динамике в течение года (табл.1).
Объем информации для защиты растений по схемам календарных обработок: на зерновых - 2-5 обработок, на технических - 5-15, картофеле и овощных - 710, плодовых и ягодных - 16-20, в защищенном грунте - 15-20 обработок.
Агрохимическая информация: агрохимические характеристики почвы (^ Р, К, Са, М^, гумус, рН, микроэлементы) -5-7 раз в 4 года; минеральные, органические удобрения и химические мелиоранты - ежегодно.
Агрономическая информация: основная, предпосевная обработка почвы, уход за посевами, севооборот, система удобрений, система семеноводства, система мелиоративных мероприятий, система защиты растений.
Наиболее приемлемой формой представления общей и нормативной информации, а также информации о состоянии конкретных агроэкосистем и ландшафтов, которую предстоит разрабатывать, представляют банки и базы данных на полиграфических и новых формах электронных носителей, полученные по результатам обобщения литературных источников фондов научных библиотек, в частности ЦНСХБ, и экспериментальных данных научно-исследовательских учреждений. В связи с новыми возможностями
обработки баз данных на компьютерах такую информацию экономично и удобно
записывать на гибких (3.25-дюймовых) и лазерных (CD-ROM) дисках (табл.2).
Таблица 1. Объем информации при различных системах защиты растений для сельскохозяйственного предприятия
Система Информация на поле, участок Общее количество информации Средства сбора и обработки информации
Преобладание химической 1 система календарных обработок по культуре 20-50 (по числу культур в хозяйстве) Полевой журнал
Интегрированная 300 (10 объектов х 10 препаратов х 3 срока) 30000 Полевой журнал, гибкий диск, компьютер более 286
Система управления фитосанитарным состоянием Точечная информационная
18000 (15 объектов, 1800000
включая полезные, х 400
препаратов х 3 срока) 1500000 (10 объектов х 3 150000000
срока х 1000 участков/га х 50 га/ поле)
Полевой журнал, лазерные диски, компьютер не менее 586 Лазерные диски, компьютер не ниже 586, система Интернет, спутниковая связь, ГПС, ГИС и др. системы
Примечание : хозяйство с площадью пашни 5000 га, поля (участка) - 50 га.
Таблица 2. Информационные технологии
Технология Носитель информации Технические средства Средства передачи информации
Полиграфическая, библиотечная Печатная продукция Почта, транспорт
Электронная Гибкие диски - 5.25 дюйма - 0.38-1.2; 3.5 дюйма -0.7-1.4, CD-ROM - 600 Мбайт ПЭВМ 286 и выше ПЭВМ 486 и выше Почта, телефон, модем, электронная почта
Телекоммуникационная с сетью Интернет Серверы, оборудование, информационные ресурсы для сети Интернет ПЭВМ 586 и выше Телефон, модем, Интернет
Информационная и Интернет для отражения фитосанитарной ситуации, точечной защиты и АСУП
То же + приборы для записи фитосанитарной информации на электронных
носителях, отображения _в сети Интернет_
ПЭВМ 586 и выше, управляющие системы
Телефон, модем, Интернет, спутниковая связь
В настоящее время сотрудниками ЦНСХБ созданы емкие электронные каталоги, включающие 31.5 тыс. публикаций по вопросам защиты растений, базы литературных данных на лазерных дисках - БД САБ - 193.5 тыс. наименований, в том числе за 1996-1998 гг. - 72.4 тысяч наименований, позволяющие практически полностью удовлетворять информационные запросы различных групп пользователей в области защиты растений. Для формирования баз данных Отделением защиты растений РАСХН под-
готовлены и изданы методические указания "Разработка баз данных с использованием пакета Access в защите растений", организовано обучение специалистов. Во ВНИИФ разработано 26, в ВИЗР - 11, во ВНИИБЗР - 5 фитосанитарно-советующих программ и связанных с ними баз данных для оптимизации защиты от вредных организмов, прежде всего зерновых культур и картофеля. Важность развития новых информационных технологий, основанных на использовании лазерных и гибких дисков, передачи
ее, считывания и обработки на ПЭВМ обусловлена тем, что они будет функционировать в течение ближайших 5-10 лет.
Предусматривается дальнейшее развитие более прогрессивной идеологии информационного обеспечения защиты растений на основе использования сетевых технологий, включая Интернет. При этом рассмотренный этап создания баз данных составляет важнейший элемент в сетевых технологиях.
Разработки информационных технологий и использования сети Интернет, а также создание Центра информации интегрированной защиты растений на базе ВНИИФ, позволяют Отделению решать на новом методическом уровне задачи научного обеспечения фитосанитарного мониторинга, получения конкретной информации республиканского уровня от Российской лаборатории диагностики и прогнозов МСХП, а также региональных уровней от областных и районных станций защиты растений, обобщения информации и прогнозирования фитосани-тарных ситуаций, размещения результатов на сервере Центра подобно информации о состоянии погоды и по аналогии с данными фитосанитарного состояния посевов отдельных культур зарубежными странами (США, Финляндия, Голландия, Дания и др.). Центр сможет формировать и периодически выдавать на страничку Интернет информацию в виде карты с показателями распространения и вредоносности вредных организмов, помещать информацию для принятия решения о целесообразности проведения защитных мероприятий, условиях использования пестицидов и других средств защиты растений. Такая информация будет доступна для каждого землепользователя, имеющего связь Интернет.
Для решения задач прецизионной защиты растений в адаптивном растениеводстве с учетом данных об абиотических и биотических факторах на элементарных участках полей (размером 1-10 м). Отделением начаты и в последующем будут продолжены работы по использованию ГПС (глобальных позиционных систем) для картирования распростра-
ненности вредных организмов, картографической основы для работы технических средств по прецизионной защите растений с учетом фитосанитарного состояния на точечных (элементарных) участках поля. В случае решения более общих задач и на больших площадях (при разработке защитных мероприятий против мобильных и карантинных организмов на территориях агроландшафтов) перспективна оценка новых направлений исследовательских работ с использованием ГИС (географических информационных систем).
В разработке химического метода защиты растений перспективные направления связаны с созданием биологически активных соединений, получаемых из растений, и процессе деятельности микроорганизмов, феромонов и других аналогов природных соединений, целенаправленного органического синтеза высокоэффективных в минимальных дозах химических иммунизаторов и стимуляторов защитных реакций растений, регуляторов роста и развития насекомых, минимально опасных для окружающей среды пестицидов, активных в граммовых гектарных нормах.
Принципиально новые технологии создания пестицидов уже в настоящее время позволяют перейти на малотоннажные модульные производства и в целом обеспечить потребности сельского хозяйства страны даже при максимальном объеме химических обработок порядка 50-70 млн. га при использовании в стране 500-700 т пестицидов. Соответственно упростится решение проблемы хранения, транспортировки и использования химических средств.
Новые технологии использования пестицидов ориентируются на автоматизированные комплексы опрыскивающей техники для прецизионного и целенаправленного нанесения пестицидов и биологических средств на вредные объекты с учетом фитосанитарного состояния полей на отдельных элементарных их участках.
Разрабатываемые информационные технологии направлены на решение за-
дач обеспечения информации о фитоса-нитарном состоянии сельскохозяйственных угодий и в целом для фитосанитар-
ной оптимизации агроэкосистем и агро-ландшафтов.
Литература
Воронин К.Е. Насекомые-энтомофаги в интегрированной защите растений. /Труды ВАСХНИЛ "Научные основы защиты растений". М., Колос, 1984, с.152-174.
Научное обеспечение и организация системы управления фитосанитарным состоянием агроэкосистем. М., 1993, 58 с.
Программа фундаментальных и приоритетных прикладных исследований по научному обеспечению развития агропромышленного комплекса Российской Федерации на 19962000 гг. М., 1996, 256 с.
Отчет Отделения защиты растений за 1992-1996 гг. М., 1996, 155 с.
Отчет Отделения защиты растений за
1997 г. СПб, 1997, 102 с.
Отчет о работе Отделения защиты растений за 1998 г. СПб, 1998, 124 с.
Проблемы оптимизации фитосанитарного состояния растениеводства. Сб. трудов Всероссийского съезда по защите растений. СПб, 1997, 372 с.
Список пестицидов и агрохимикатов, разрешенных к применению в Российской Федерации в 1998 г. М., Колос, 1998, 238 с.
Clarke J.H., Clarke W.S., Hancock M. Strategies for prevention of Development of Pesticide Resistance in UK - Lesson for and from Use of Herbicides, Fungicides and Insecticides. /Pest Sci., 51, 1997, p.391-397.
STATE AND PROSPECTS OF PLANT PROTECTION SCIENTIFIC SUPPORT AT THE BEGINNIG OF XXI CENTURY V.A.Zakharenko
The analyzed modern state of plant protection and its place in the domestic plant cultivation optimization accent the necessary of subsequent realization of the integrated pest management conception. The results of the research in the plant protection the field according to the parts of state scientific support program of the agricultural production and institute contributions to working out varions phytosanitary problems are represented. The most important pras pects for future fre outlined.
