Особенности методологии адаптивноинтегрированной системы защиты растений

17.12.2015

В современном мире экономика, охрана окружающей среды и здоровье человека настолько взаимосвязаны, что односторонний подход, основанный на использовании только средств химической защиты агроценозов, неперспективен. Применение средств техногенной оптимизации условий внешней среды (орошение, удобрения), а также переход к монокультуре или севооборотам с короткой ротацией, хотя и являются важными факторами реализации потенциальной продуктивности техногенно-интенсивных сортов и гибридов, в не меньшей (а иногда и в большей) степени благоприятствуют массовому распространению некоторых видов патогенов, вредителей и сорняков. Кроме того, некоторые агротехнические приемы (высокие дозы азотных удобрений и орошение, загущенные посевы) существенно снижают устойчивость агроценозов к действию абиотических и биотических стрессоров. Что касается применения пестицидов, то вследствие неизбирательности большинства из них, как правило, в агроэкосистемах существенно нарушается экологическое равновесие, причем восстановление численности полезных видов фауны происходит значительно медленнее, чем вредных. Так, Дмитриевым и Лобачевым отмечен стремительный рост популяций 50 видов насекомых в результате того, что применение инсектицидов и акарицидов резко снизило численность их естественных врагов. В целом, в условиях преимущественно химико-техногенной интенсификации растениеводства значительно уменьшается вклад в формирование урожая других, традиционно «работающих» на него биологических компонентов агроценоза (почвенной микрофлоры, зоо-, орнито- и энтомофауны и др.).
Рассматривая эпифитотию как результат появления новой, лучше приспособленной к системе «растение - среда» физиологической расы патогена, степень вирулентности и агрессивности которой, в первую очередь, зависит от ее адаптивности и распространенности в общей популяции, можно наметить целый ряд мер, предотвращающих или хотя бы сдерживающих развитие критической фитосанитарной ситуации. Очевидно, что главной задачей таких мероприятий должно быть управление процессами онтогенетической и филогенетической адаптации растения-хозяина и патогена с целью сдерживания темпов создания новых биотипов патогена. Последнее может быть достигнуто за счет увеличения генотипической и модификационной гетерогенности посевов, периодической смены типов технологий возделывания сельскохозяйственных культур, адаптивной системы семеноводства и т.д. Как справедливо замечает Nelson, маловероятно, чтобы патоген в условиях широкой вариабельности растения-хозяина располагал бы всеми необходимыми генами для паразитизма в момент появления. Причем, согласно модели Hedrick, для сохранения генетической вариабельности патогена, как правило, циклическая изменчивость среды по сравнению со стохастической более эффективна. Поэтому для повышения устойчивости культивируемых растений к патогенам необходим комплекс мер, направленный, с одной стороны, на разрушение обычного процесса формирования более вирулентных и агрессивных популяций вредных видов, т.е. на увеличение периода формирования его новых адаптивных биотипов, а с другой - на повышение гетерогенности биотических и абиотических компонентов агроценозов и агроэкосистем во времени и пространстве.
Управление адаптивными реакциями в онтогенезе компонентов системы «хозяин - паразит» с целью регулирования численности популяций вредных видов должно быть направлено, в первую очередь, на прерывание обычных циклов развития и репродукции последних, разрушение их пищевой ниши и благоприятной среды обитания за счет возделывания видов растений, обладающих конститутивной устойчивостью к паразитам, создания энтомо- и фитоиммунных сортов и гибридов, повышения видовой гетерогенности и агротехнической мозаичности в агроэкосистемах, усиления средоулучшающей роли культивируемых видов, а также механизмов и структур саморегуляции в агробиогеоценозах и агроландшафтах.
Другой и, быть может, даже более важной задачей в регуляции динамики численности популяций полезной и вредной фауны и флоры является управление процессом их филогенетической адаптации, в основе которой лежит двухэтапный процесс - генотипическая изменчивость паразита и естественный отбор его новых биотипов. Поскольку разные виды обладают различным потенциалом не только онтогенетической, но и филогенетической адаптации, в интегрированной системе защиты растений важно одновременно оценивать потенциал генотипической изменчивости растения-хозяина и паразита. Связано это с тем, что устойчивость растений к биотическим стрессорам зависит как от реализованного в процессе селекции потенциала генотипической изменчивости культивируемого вида, так и темпов микроэволюции соответствующих паразитов. Сорта томата, обладающие одиночными генами устойчивости к Fusarium и Verticillium, использовались в течение 10-20 лет, тогда как устойчивость к Cladosporium fulvum и ВТМ сохранялась не более двух лет. Известны факты и разного влияния растения-хозяина (особенно промежуточного) не только на плодовитость паразита, но и на темпы его генотипической изменчивости. Показано, например, что барбарис (промежуточный хозяин стеблевой ржавчины злаков) способствует формообразовательным (за счет гибридизации) процессам гриба, из-за чего скорость появления более агрессивных рас значительно возрастает. Важно учитывать, что сорта и гибриды с вертикальной (расоспецифической) устойчивостью обладают значительно большим селектирующим действием на популяции фитопатогенных грибов по сравнению с сортами с полевой (горизонтальной) устойчивостью.
Влияние факторов внешней среды на массовое распространение рас грибных болезней, их агрессивность и вирулентность оказывается специфичным для каждого вида возбудителя. К числу наиболее известных примеров быстрого распространения фитопатогенных микробов воздушным путем относятся стеблевая ржавчина (Puccinia graminis), фитофтороз картофеля (Phytophthora infestans) и др. Еще в 1939 г. было установлено, что споры Puccinia graminis в Северной Америке переносятся южными ветрами в меридианальном направлении на расстояние до 970 км. В результате на посевы яровой пшеницы в США и Канаде ежегодно обрушиваются «споровые ливни» Puccinia graminis, сформировавшиеся на пораженных этим же патогеном массивах озимой пшеницы в Мексике и штате Техас. Аналогичная ситуация складывается и в Западной Сибири, куда заносится огромное количество уредоспор ржавчинных грибов пшеницы из Болгарии и южных областей Украины. При этом рано созревающие посевы озимой пшеницы (около 100 тыс. га) оказываются источником массового поражения стеблевой ржавчиной посевов яровой пшеницы.
Очевидно, что стратегия и методы борьбы с почвенными и переносимыми по воздуху фитопатогенными грибами будут принципиально отличаться. Так, если практически невозможно удержать в каких-то границах новые расы Phytophthora infestans и Puccinia recondita, то сравнительно легко ограничить распространение Sclerotium cepivorum и Synchytrium endobioticum. В то же время, поскольку рассеивание спор и других микробных организмов вокруг источника инфекции при помощи ветра не подчиняется закону нормального распределения и графически изображается вогнутой кривой, даже невысокая пространственная изоляция очага заболевания (кулисы или полосы из высокорослых растений, лесополосы и др.) обеспечивает надежную защиту от заражения других посевов. Этот же прием, препятствуя перелету тлей, является эффективным и при защите посадок картофеля от вирусных заболеваний. Учитывая важность знаний закономерностей миграции фитопатогенных микроорганизмов (грибов, бактерий, вирусов), все большее развитие получает патогеография растений.
Считая бесперспективной одностороннюю ориентацию на крупномасштабное использование химических средств защиты растений, мы не разделяем и призывов к полному отказу от них. При переходе к адаптивной интенсификации растениеводства снижение пестицидной нагрузки в агроэкосистемах должно быть увязано с реальной возможностью повышения их экологической устойчивости за счет использования энтомо- и фитоиммунных сортов, сохранения механизмов и структур биоценотической саморегуляции в агробиогеоценозах, конструирования агроэкосистем и агроландшафтов и других возможностей биологизации и экологизации интенсификационных процессов. Особого внимания в адаптивно-интегрированной системе защиты агроэкосистем заслуживают фитосанитарные мероприятия, обеспечивающие предупреждение возникновения и распространения заболеваний путем прямого и косвенного исключения или подавления первичной и вторичной инфекции (с помощью карантинных, химических, физических и биологических средств), сокращения числа генераций вредных видов (изменением сроков посева и агротехники культуры, подбора генотипической «мозаики» сортов, формированием фитомикроклимата, мелиорацией почвы и пр.) и т.д. В целом же система защиты растений должна рассматриваться как многовариантная составная часть адаптивной интенсификации растениеводства, интегрирующая все возможные уровни и факторы управления адаптивными реакциями в системе «хозяин - паразит - среда». При этом от «борьбы с вредными видами» переходят к «контролю численности популяций вредных видов фауны и флоры» с учетом экономического и экологического порога их вредоносности.