Защита растений в биологическом земледелии. Учебное пособие

снижены процессы метаболизма и они имеют специально запасенные на время диапаузы пластические вещества.

Этиологическая (поведенческая) резистентность обусловлена поведенческими реакциями организма, связанными со способностью особей избегать прямого действия пестицида. Например, бабочки и другие летающие насекомые при шуме тракторного агрегата с опрыскивателем могут улететь с обрабатываемого участка. Жуки малинно-земляничного и яблонного долгоносиков-цветоедов, обладающие танатозом (способностью складывать ноги при опасности и падать вниз в под стилку), могут также остаться невредимыми после инсектицидной обработки. При похолоданиях или, наоборот, жаркой погоде особи могут забиваться в щели или прятаться под комочками почвы, что также может спасти их от отравления и гибели.

Наконец, можно выделить физиологическую резистентность в том понимании, что разные особи одной стадии развития, одного пола и одной популяции имеют разную устойчивость вследствие разных условий питания или, в целом, разных условий существования. Например, перезимовавшие взрослые особи клопов-черепашек, сильно потратившие свои жировые и иные энергетические запасы во время перезимовки, менее устойчивы к действию инсектицида, чем взрослые особи, нагулявшие подобные запасы перед уходом на зимовку. Особи, обитавшие в перенаселенных колониях при скудном питании, чувствительнее к пестициду, чем особи, имевшие хорошую пищевую базу.

Приобретенная резистентность возникает в ограниченном пространстве или в изолированной популяции при многократном применении одних и тех же препаратов. Ее проявлению содействуют следующие причины:

1)частое применение одного препарата или препаратов одной химической группы в борьбе с вредными организмами; при этом сами препараты не становятся причиной появления устойчивости, они выполняют роль отбора;

2)биологические особенности организма, выражающиеся в биотическом потенциале и числе поколений в сезон; в частности, скорость появления резистентных популяций выше у высокоплодовитых и поливольтинных (с большим числом поколений в сезоне) видов;

3)частота встречаемости генов резистентности в популяциях организмов;

4)характеристика генов резистентности в геноме, выражающаяся в количестве генов, контролирующих строение структур, на которые действует пестицид; чем меньшее число генов управляет процессами, на которые воздействует препарат, тем быстрее формируются резистентные популяции;

5)избирательность действия пестицидов, пути действия пестицидов на организм; особенно быстро возникает резистентность к антибиотикам и системным препаратам; наоборот, контактные препараты сильно ингибируют многие биохимические процессы, и устойчивость к ним развивается медленнее в 3-8 раз, чем к системным препаратам.

51

Выяснено, что достаточно быстро образуется резистентность к фунгицидам из групп фениламидов, бензимидазолов, триазолов, пиримидинов, ацилаланинов и фосфорорганическим инсектицидам.

Она связана с характеристикой генов устойчивости. При применении системных фунгицидов достаточно быстро накапливаются высокорезистентные формы грибов. Это объясняется тем, что устойчивость к этим фунгицидам контролируется одним или малым числом генов, поэтому достаточно одной мутации в пределах данного гена, чтобы образовался резистентный штамм гриба.

Приобретенная резистентность подразделяется на групповую и множественную.

Групповая резистентность – это устойчивость к двум или нескольким пестицидам, родственным по строению и механизму действия, относящимся к одной химической группе, например к пиретроидам. Она обусловлена одним и тем же генетическим фактором.

Множественная резистентность – это устойчивость к двум или нескольким веществам разных химических групп, контролируемая разными генетическими факторами. Популяции с множественной устойчивостью состоят из смеси особей, устойчивых к разным химическим соединениям. При этом одна особь может нести гены устойчивости к разным химическим веществам. В Нидерландах, например, были зарегистрированы популяции красного плодового клеща, устойчивые одновременно к 19 акарицидам.

Количественной мерой приобретенной резистентности является показатель резистентности (ПР):

Методика определения резистентности вредного организма к любому соединению включает два этапа: выявление устойчивых особей в популяции с помощью диагностической концентрации препарата на полях, где отмечено снижение эффективности химических обработок; установление уровня устойчивости популяции путем постановки специальных опытов.

Диагностическая концентрация препарата подбирается с таким расчетом, чтобы от ее применения погибло 100 % нормальных чувствительных особей. Это соответствует дозе, которая в 2 раза больше СД95. Выжившие после такой обработки особи считаются потенциально резистентными.

При проведении подобного опыта тестируемая колония насекомых, например, должна включать не менее 100 особей. Развернутые опыты по определению уровня резистентности вредителей целесообразно ставить, по мнению специалистов, в том случае, если обнаруживается 20-30 % устойчивых к пестициду особей.

Для вычисления уровней резистентности чаще всего используют графический метод «пробит-анализа» Миллера-Тейнтнера.

Если в опыте СД50 резистентной популяции составила 100 мг/мл, а чувствительной – 25 мг/мл, то ПР равен 4,0. Специалисты считают, что при ПР выше 3-4 уже следует проводить противорезистентные мероприятия.

Различают также полевую и лабораторную резистентность.

52

Полевая резистентность образуется при воздействии на популяцию организма факторов в природных условиях.

Лабораторная резистентность – это искусственно созданная устойчивость популяции в результате, например, сильного облучения, применения химических и других веществ мутагенного характера. В принципе не исключено, что и в ограниченных агроценозах, где использовались особенно «жесткие» химические препараты, может возникнуть лабораторный тип устойчивости.

Логично задать вопрос: возможно ли создать пестициды, к которым у вредных организмов не формируется резистентность?

С теоретической точки зрения – возможно. Такие препараты должны обладать очень сильным действием на основные жизненные процессы организмов, влиять на весь набор генов, управляющих резистентностью. В настоящее время считается, что, например, среди популяций насекомых (тлей, колорадского жука, чешуекрылых) практически отсутствуют устойчивые популяции к препаратам, полученным на основе индийской сирени (Azadirachta indica), – к так называемым Neem-ingredients. Однако следует иметь в виду, что популяции многих биологических видов прошли такую длительную эволюцию и при этом подвергались столь жестким воздействиям со стороны различных факторов среды, что трудно предположить, что они не реализуют механизмы устойчивости к пестицидам.

Предотвращение резистентности. Прежде чем начать борьбу с резистентными к пестицидам популяциями, необходимо провести тщательный мониторинг резистентности, а также учитывать этапы формирования резистентности.

Различают следующие этапы формирования резистентности.

Первый – период низкой (толерантной) резистентности (ПР = 5-10), второй – период быстрого роста резистентности (ПР = 11-50 и более), третий – период стабилизации резистентности на уровне, предельном для вида организма или для препаратов данной химической группы.

Если частота резистентных особей невелика и резистентность находится в пределах толерантного уровня, при котором эффективность пестицидов еще высока, то возможно заменить используемый препарат другим, более токсичным родственного класса или использовать этот препарат в смеси с другими соединениями. Если эта частота начинает увеличиваться и приближаться к 50 % и ПР соответствует 11-50, то скорее всего в этих условиях проявляется групповая резистентность - в этом случае оправдана замена применяемых препаратов токсикантами другого химического класса, чередование пестицидов разного механизма действия и спектра активности. Например, пиретроиды при установлении к ним резистентности у колорадского жука целесообразно чередовать с неоникотиноидами: моспиланом, или актарой, или конфидором либо обрабатывать ими разные поля. Когда же частота резистентных особей значительно превышает 50 %, а ПР становится более 50, то в таких

53

популяциях обнаруживается множественная резистентность и преодолеть ее можно только отказом от использования пестицидов, заменяя их другими средствами и методами борьбы (устойчивые сорта, трансгенные растения, биологический и др.).

Не рекомендуется использовать смеси инсектицидов, например пиретроидов и фосфорорганических препаратов, в неполных, относительно от рекомендованных, дозах. При их неоднократном применении разовьется резистентность к каждому компоненту смесей, и сразу два препарата будут потеряны для производства. При высоких уровнях резистентности к одному из компонентов применение смеси вообще малоэффективно. Против резистентных возбудителей заболеваний смеси фунгицидов допускаются. Например, для ограничения развития резистентности возбудителей мучнистой росы к бензимидазолам или фитофтороза к фениламидам эффективны смеси системных и контактных фунгицидов.

Для предотвращения резистентности организмов к пестицидам и продления срока использования препарата фирмам-производителям желательно отслеживать ситуации, связанные с проявлением резистентности, и рекомендовать созданные на научной основе схемы ротаций препаратов. В принципе нелишне уже сейчас пестицидным фирмам иметь группы исследователей по мониторингу резистентности к производимым ими пестицидам. Эти группы могли бы давать точный диагноз возникающим проблемам и, в конечном счете, продлевать «жизнь» тех или иных пестицидов. Подобные группы должны составлять такое научно обоснованное чередование пестицидов, чтобы в размножающихся популяциях вредных организмов не появлялись формы с множественным типом резистентности.

При прекращении применения пестицидов популяция организмов с течением времени вновь насыщается чувствительными особями и, в конце концов, становится нерезистентной. Данный процесс носит название

реверсии резистентности.

Популяции возвращаются к исходному уровню резистентности за сравнительно продолжительное время (до 15 лет и более), при этом скорость замещения резистентных особей чувствительными зависит от уровня организации организма, его биологических свойств, типа стабильности резистентности. Нередко популяции так и не достигают первоначального уровня чувствительности (например, персиковая тля, оранжерейная белокрылка). Но даже если популяции сильно снижают резистентность, они достаточно быстро формируют ее при повторном применении пестицидов близкого химического класса.

Контрольные вопросы

1.Выбор инсектицида для проведения химической защиты

культуры.

2.В

3.ыбор фунгицида для проведения химической защиты культуры.

4.Выбор гербицида для проведения химической защиты культуры.

54

Тема 8: ОРГАНИЗАЦИЯ И ОСВОЕНИЕ СИСТЕМЫ ЗАЩИТЫ РАСТЕНИЙ, ИХ РЕАЛИЗАЦИЯ В ХОЗЯЙСТВЕ Практическое занятие 11. Основные направления развития природоохранной технологии защиты растений

Сельскохозяйственная организация территории должна осуществляться с учетом ее ландшафтно-типологических и региональных различий. Одной из важнейших задач рациональной организации территории является формирование такого морфологического облика агроландшафта, который отличался бы не только высокой продуктивностью, но и экологическим разнообразием, эстетической привлекательностью и, кроме того, удовлетворял бы санитарно-гигиеническим требованиям.

Такая организация сельскохозяйственной территории может быть достигнута на основе глубокого изучения, анализа и учета ландшафтной неоднородности земельного фонда, разработки конкретных землеустроительных, лесовосстановительных, мелиоративных и других проектов, которые должны предусматривать оптимальное сочетание параметров хозяйственной нагрузки в конкретном ландшафте. Важнейшим нормативным критерием здесь является уровень допустимого однообразия агроландшафтов: оптимальное сочетание технологических условий территории (размеры и конфигурация полей и т. д.) и биотических составляющих (участки лесов, полей, лугов, кустарников, болот и т. д.).

С экологической точки зрения современный ландшафт – это целостная система взаимосвязанных и взаимодействующих компонентов. Необходимой предпосылкой для грамотного управления процессами использования ландшафта является разработка теоретико-методологических основ решения конкретных практических задач. При этом к вопросам первоочередной важности относится оценка устойчивости современного ландшафта (в том числе и аграрного) и его оптимизации.

В соответствии с приводившейся ранее общей трактовкой понятия «устойчивость», по отношению к ландшафту можно рассматривать как способность сохранять свои структуру и функции при внешних воздействиях.

Под оптимальным понимают ландшафт, структуры и функции которого максимально соответствуют возможностям и потребностям нормального сбалансированного развития отдельных его компонентов или определенным целям его использования. В соответствии с этим, оптимизация ландшафта – это комплекс мероприятий по сохранению или модификации существующих и формированию новых связей между различными составляющими ландшафта в целях его рационального использования, сохранения полезных свойств (в том числе и природных ресурсов) и предупреждения их возможной утраты, установление максимально полного соответствия природного потенциала ландшафта социально-экономическим

55

функциям, задаваемым ему человеком. В оптимизации техногенных ландшафтов главное место занимает целенаправленное восстановление или реконструкция природно-техногенных комплексов, обеспечивающая возобновление и повышение их продуктивности, природоохранной, хозяйственной, санитарно-оздоровительной и эстетической ценности.

При оценке экологической устойчивости и оптимизации ландшафта рекомендуется учитывать следующие соображения.

1.Оценка состояния и прогнозирование изменений в ландшафтах должны осуществляться на основе системного изучения, так как научно доказано наличие биотической саморегуляции и самоорганизации (в той или иной степени) ландшафта как системы, обладающей территориальной устойчивостью и четкой ограниченностью в пространстве.

2.Системный подход к ландшафту позволяет выявить его структуры, а также существенные связи компонентов в пространстве и во времени, отсюда вытекает возможность поиска вариантов, принципов и методов согласования взаимоотношений для различных типов ландшафта.

3.Экологическая стабильность и продуктивность экосистем (агроэкосистем) тесно связана с разнообразием абиотических и биотических элементов ландшафта, поэтому особенно важно грамотно оценить сложившиеся ландшафтные структуры и предполагаемые их модификации на основе учета коэффициентов экологического разнообразия.

4.Экологическая устойчивость ландшафта включает как устойчивость

кантропогенным нагрузкам, так и гибкость системы в ее реакции на то или иное нарушение, поэтому при оценке вещественно-энергетических и других связей между компонентами необходимо определять потенциальные нагрузки на ландшафт.

5.Для определения оптимальной структуры и функциональных связей

отдельных агроэкосистем в соответствии с эколого-экономическим потенциалом агроландшафта следует принимать во внимание первичную биологическую продукцию, пространственно-временное распределение популяций организмов по трофическим цепям, биоразнообразие.

Диагностируя фактическое состояние конкретных ландшафтов и оценивая возможности их использования и развития, нельзя не учитывать (по определению) как особенности состояния природно-территориального комплекса, так и наличествующие техногенные системы. Соотношение тех и других можно рассматривать в качестве критериальной основы для характеристики степени пригодности ландшафта к использованию в сельскохозяйственных целях (для формирования агроландшафта той или иной направленности). При этом требуется располагать разносторонней обстоятельной информацией, сбор и систематизация которой являются первоочередным этапом последующих разработок.

Агроландшафты являются целостными генетически однородными пространственно-временными единицами, несмотря на то, что определенная часть их естественного растительного покрова заменена агроценозами.

56

Характеристика агроландшафтов должна содержать объективные сведения об особенностях геологического строения территории и современных геоморфологических процессах (карст, оползни, суффозия); о рельефе и составе почвенных разностей; об агроклиматических и агрометеорологических условиях, о водном балансе, состоянии растительного и животного мира.

Например, для анализа и оценки почвенно-мелиоративных условий необходимы данные о площади почв по их основным классификационным единицам, агрохимических характеристиках, площадях, подверженных эрозии и дефляции, оползням, вторичному засолению, заболачиванию и т. д. Должна быть раскрыта причинная обусловленность отрицательных природных процессов и тенденций их развития, разработана система мер борьбы с неблагоприятными явлениями. Очень важно определить перспективные площади для сельскохозяйственного освоения и необходимые для этого мелиоративные работы. Необходимо также оценить потери земельных угодий, вызванные необоснованным отводом земель.

Столь же подробные характеристики должны быть даны и по другим компонентам ландшафта. При этом весьма существенно, чтобы при покомпонентном анализе как основе последующих интегральных обобщений получили должное освещение наиболее значимые особенности компонент, оказывающие как прямое, так и косвенное воздействие на состояние и развитие ландшафта, целесообразные направления его хозяйственного использования, пути и способы модификации и т.д. Так, при рассмотрении морфологической структуры уместно обратить внимание на состав и соотношение урочищ, степень нарушенности пространственной структуры, а также на межэкосистемные абиотические связи в агроландшафте.

Для соответствующих практических решений представляет интерес индекс антропогенной преобразованности конкретной территории (Иа.т), который определяют по формуле:

Иа.т = rgmg

где r – ранг антропогенного преобразования в баллах;

gm – площадь исследуемой территории, % от общей земельной площади;

g – общая земельная площадь.

Равновесное состояние агроландшафтов достигается путем оптимизации круговорота веществ и потоков энергии. Оценка тенденций изменения геохимической активности среды дает достаточно репрезентативный показатель для прогнозирования ее возможной самоочистки. Основную роль в стабилизации биогеоценотического процесса играют почвы, выступающие в качестве своеобразного связующего звена, регулятора и преобразователя различных вещественно-энергетических потоков. Отсюда вытекает первостепенное значение сохранения и поддержания саморегулирующихся свойств почв. Несомненно, что и устойчивость агроландшафтов к антропогенным воздействиям в

57

значительной мере зависит от степени устойчивости обрабатываемых пахотных земель к разнообразным нагрузкам техногенного происхождения.

Регулируя скорость геохимических превращений и интенсивность выноса токсичных веществ из агроэкосистем, можно управлять их устойчивостью, т. е. способностью к самоочищению. При этом доминирующее значение принадлежит узловым звеньям миграционной структуры территории. Это те геохимические барьеры, от которых в основном зависит степень накопления и выноса техногенных веществ. Так, количественная оценка влияния лесных фитоценозов на окружающую среду позволила выявить их роль как биогеохимического барьера, значимость в борьбе с вредителями сельскохозяйственных культур, способность к воспроизводству чистой воды и кислорода, восстановлению деградированных почв и т. д.

Конечно, нельзя упускать из виду, что устойчивость ландшафта (агроландшафта) в первую очередь зависит от метеорологических и климатических условий. В этой связи особенно важен учет факторов, определяющих энергетические процессы в ландшафте. В частности, энергетику основных абиогенных и биогенных процессов в ландшафте, а также скорость и направление геохимических превращений техногенных продуктов определяет радиационный баланс. Нельзя также недооценивать значение режима увлажнения и т. д.

Только комплексный подход, интегрирующий многообразие факторов, взаимосвязей и взаимозависимостей, позволяет грамотно и конструктивно решать задачи формирования устойчивых и оптимальных ландшафтов.

Для характеристики состояния, устойчивости и некоторых других аспектов ландшафтов рекомендуется применять следующие комплексные оценки.

1.Технологические оценки, определяющие степень пригодности агроландшафта для конкретного вида хозяйственной деятельности. Здесь целесообразно учитывать природно-ресурсный потенциал и экологохозяйственное состояние территории, кадастровые данные о ландшафтах, экспертные и прогнозные оценки, стоимостные показатели.

2.Оценки, отражающие степень понижения устойчивости агроландшафта в зависимости от различных воздействий, в том числе: биоэкологические (по степени неблагоприятных изменений биотической компоненты и ее генофонда); демэкологические (по степени природных изменений, неблагоприятных для здоровья человека и его социального статуса), устанавливаемые посредством использования биоиндикационных методов, различных норм с учетом предполагаемого развития конкретных территорий.

3.Оценки, характеризующие степень изменения агроландшафтов путем сравнения показателей фактических или прогнозируемых состояний с показателями нормативов как для абиотической, так и для биотической составляющей (ГОСТы, ПДЭН, региональные и местные нормы, индикаторы

идр.).

58

С позиций системного подхода, учитывающего особенности формирования и функционирования ландшафтов, представляются возможными следующие предпосылки оптимизации агроландшафтов.

Во-первых, формирование и поддержание на оптимальном уровне структуры и функционирования земельных угодий, обеспечивающих необходимое разнообразие и устойчивость агроландшафта. При этом необходимо основываться на геоэкологическом мониторинге ландшафтного фонда, что позволяет объединить различные типы агроэкосистем, урочищ и фаций в гомогенные по утилитарно-экологическим функциям группы.

Во-вторых, экологическая оптимизация агроландшафтов должна обеспечивать восстановление и сохранение местного генетического фонда живой природы, а также восстановление и сохранение естественных ценозов.

В-третьих, восстановление и сохранение обводненности территории, которая должна соответствовать естественному фону данного ландшафтного образования. В этом отношении важны стабилизация и поддержание природно-обусловленного уровня поверхностных и грунтовых вод, возрождение утраченных водотоков и родников. Достаточно значимы экспертиза проводимых водохозяйственных мероприятий и функционирующих гидротехнических сооружений, установление экологических критериев регулирования и использования местного и транзитного стока поверхностных вод.

В-четвертых, экологическая оптимизация агроландшафтов обеспечивается целенаправленным развитием сети охраняемых природных территорий различных рангов и статуса (от микрозаказников до заповедников). При этом необходимо учитывать как ландшафтногеографические (уровни организации и иерархию ландшафтов), так и биоэкологические (наличие природно-миграционных русел, транзитных коридоров, очагов выживания) предпосылки.

Учету и сохранению подлежат также эстетические и этические ценности, рекреацинно-культурные ресурсы агроландшафта.

Рассматривая вопросы устойчивости и оптимизации ландшафтов, очень важно располагать системой количественных оценок и характеристик изучаемых процессов. В этой связи заслуживает внимания возможность оценивать степень экологической устойчивости ландшафта с помощью коэффициента экологической стабилизации (КЭСЛ), интегрирующего качественные и количественные характеристики абиотических и биотических элементов ландшафта.

Первый метод оценки с помощью этого коэффициента основан на определении и сопоставлении площадей, занятых различными элементами ландшафта, с учетом их положительного или отрицательного влияния на окружающую среду. При этом используются следующие показатели: Fст – площади, занятые стабильными элементами ландшафта – сельскохозяйственными культурами и растительными сообществами, оказывающими на него положительное влияние (леса, зеленые насаждения, естественные луга, заповедники, заказники и пахотные земли, занятые

59

многолетними культурами: люцерной, клевером, травосмесями); FHCT – площади, занятые нестабильными элементами ландшафта (ежегодно обрабатываемые пашни, земли с неустойчивым травяным покровом, склонами, площадями под застройкой и дорогами, зарастающими или заиленными водоемами, местами добычи полезных ископаемых, другими участками, подвергшимися антропогенному опустошению).

Оценку ландшафта производят по следующей шкале:

Биотические элементы ландшафта оказывают неодинаковое влияние на его стабильность. Для оценки необходимо учитывать не только их площадь, но и внутренние свойства, а также качественное состояние (влажность и профиль биотопа, структура биомассы, геологическое строение, местоположение и морфология поверхности). Оценку ландшафта производят

Расчеты по КЭСЛ1 и КЭСЛ2 дают основную информацию о степени экологической устойчивости исследуемого ландшафта, необходимую для выбора соответствующих мероприятий по его защите и переформированию.

Контрольные вопросы

1.Комплексное применение пестицидов.

2.Организация работ по защите растений на с.-х. предприятии.

3.Задачи и принципы районирования при использовании пестицидов.

60