Методи контролю розповсюдження шкідників та збудників захворювань сільськогосподарських рослин

2.1 Екологічні проблеми використання пестицидів

Інтенсифікація сільського господарства висуває низку важливих завдань. Це не лише раціональне використання природних ресурсів і матеріально-технічних засобів, але й здійснення комплексу заходів, спрямованих на захист навколишнього середовища від забруднення.

Одним з важливих факторів впливу людини на навколишнє середовище є широке застосування пестицидів. За допомогою їх вдалося запобігти катастрофічному впливу багатьох шкідливих об'єктів на стабільність сільського і лісового господарства. Разом з тим, широке використання призвело до цілого ряду негативних наслідків.

Для охорони здоров'я населення і попередження циркуляції пестицидів у природі встановлені гігієнічні нормативи гранично допустимих концентрацій (ГДК) пестицидів у повітрі робочої зони, атмосферному повітрі, у воді відкритих водоймищ і в ґрунті, а також гранично допустимі залишкові кількості (ДЗК) пестицидів у різних харчових і кормових продуктах та допустимі строки останніх обробок культур до збирання урожаю (час очікування) - період, протягом якого застосований пестицид руйнується цілком або до допустимих залишкових кількостей. Усі ці нормативи вказані в Списку і їх перевищення неприпустиме.

Для попередження можливого отруєння людей при проведенні робіт на ділянках, оброблених пестицидами, регламентовані строки виходу робітників на такі ділянки і ці строки вказані в Списку, вказівках щодо застосування препарату та Інструкції з техніки безпеки при зберіганні, транспортуванні та застосуванні отрутохімікатів у сільському господарстві.

У зв'язку з негативним впливом агрохімікатів на навколишнє середовище в світовій науці та практиці систематично вивчається вплив хімічних засобів і їх метаболітів на різні об'єкти навколишнього середовища.

При застосуванні пестицидів виникають наступні екологічні проблеми:

1. Поява нових шкідників. Вона спостерігається, коли розповсюдження виду шкідливих комах, яких раніше стримували ентомофаги, набуває загрозливих розмірів після різкого скорочення останніх унаслідок хімічного захисту рослин. Класичний приклад - масове розмноження червоного павутинного кліща після загибелі його природних ворогів, що викликане застосуванням ДДТ.

Сади є складними екосистемами, які легко порушити використанням пестицидів. Відомо багато випадків збільшення чисельності шкідників у плодових насадженнях після припинення дії обробок. Повідомлялось, зокрема, про масове розповсюдження в садах яблуневої плодожерки, листокруток, попелиць, червеців.

Використання фунгіцидів беноміла і метилтіофаната проти парші яблунь призводило до розповсюдження вогнищ хвороби і в кінцевому результаті зменшило врожай. Причина тому - токсичність пестицидів по відношенню до земляних черв'яків, які перешкоджають розповсюдженню парші, видаляючи більшу частину ураженого листя з поверхні ґрунту.

Розвиток резистентності. При регулярному застосуванні пестицидів може виникнути необхідність у поступовому збільшенні норм витрати для забезпечення певного рівня ефективності, до того ж у деяких випадках навіть це не призводить до бажаних наслідків. Причиною є селекція резистентних особин у кожному поколінні шкідників. За даними V Міжнародного конгресу по пестицидах, зафіксовано біля 420 видів комах і кліщів, які мають популяції, що резистентні до інсектоакарицидів різної хімічної будови.

Поява в харчових продуктах залишків пестицидів, що перевищують допустимі норми, загальне забруднення навколишнього середовища. Необхідно зазначити, що залишки пестицидів виявляються навіть у тих областях, де їх не використовували, наприклад, в Антарктиці. Це пояснюється тим, що пестициди можуть досягати верхніх шарів атмосфери, переноситись вітром і опадами та випадати на значній відстані від місць застосування.

4. Знищення дикої фауни і флори. Пригнічуючи певні види комах, інсектициди впливають на ланцюг живлення. Зазначалось, наприклад, що інтенсивне використання пестицидів на зернових призводить до різкого скорочення чисельності куропаток унаслідок зменшення кількості комах, якими птахи живляться. Гербіциди завдають шкоди дикій фауні, знищуючи рослини, що служать кормом для того чи іншого виду тварин.

Отже, застосування хімічних засобів призводить до цілого ряду негативних наслідків, але відмовитись від їх використання в теперішній час просто неможливо, оскільки воно є складовою частиною сучасних технологій вирощування сільськогосподарських культур.

Учені всього світу наполегливо працюють над розробкою більш безпечних засобів захисту рослин, але використання хімічних засобів на найближчий час залишається одним з головних у захисті рослин від шкідливих організмів. Тому в таких умовах важливим завданням спеціалістів аграрного профілю є опрацювання усіх можливих прийомів, спрямованих на запобігання і зменшення негативної післядії препаратів, які застосовуються у сільському господарстві. Необхідно дотримуватись регламентів їх використання, категорично забороняється використовувати препарати, які не дозволені відповідними державними установами. Таким чином, запобігання забрудненню навколишнього середовища хімічними засобами є однією з важливих проблем сучасного інтенсивного землеробства.

При наявній можливості необхідно обмежувати площі, оброблювані хімічними засобами з урахуванням економічних порогів чисельності шкідників, поширення бур'янів і прогнозу розвитку хвороб, для чого обов'язково слід проводити попереднє обстеження і визначати поля, де є реальна загроза втрати урожаю. Проти шкідників доцільно, насамперед, проводити обробки крайових смуг полів, не чекаючи, поки вся площа буде заселена ними. Гербіциди теж бажано вносити локально. Визначаючи норму витрати препарату, потрібно вибрати найменшу з рекомендованих, яка в конкретних умовах може забезпечити достатню біологічну ефективність. Необхідно уникати багаторазових обробок поля одним і тим самим препаратом, бо це призводить до накопичення його діючої речовини в ґрунті та рослинах. З метою недопущення використання забруднених харчових продуктів необхідно дотримуватись строків очікування. При плануванні агротехнічних робіт у сівозміні необхідно враховувати також вміст пестицидів в орному шарі ґрунту. При надмірних залишках хімічних речовин у ґрунті можна вирощувати тільки технічні та зернові культури.

2.2 Історія розвитку біологічного захисту рослин

Біологічний метод захисту рослин базується на використанні живих організмів (зоофагів, ентомопатогенних мікроорганізмів, гербіфагів), продуктів їх життєдіяльності та біологічно активних речовин.

Історія використання біологічних методів для захисту рослин нараховує сотні років. Спроби використання одних організмів для боротьби з іншими здійснювалися з давніх часів. Понад тисячу років тому почали застосовувати мурашок для знищення шкідливих комах на цитрусових рослинах. Першим згадуванням про використання препарату біологічного походження можна вважати використання подрібнених хризантем для захисту від комах-шкідників за 100 років до н.е. в Китаї. Була одомашнена дика кішка для боротьби з мишами та іншими гризунами, що шкодять запасам. Ще у 1772 році для боротьби з червоною сараною на острові Маврикій успішно застосовували птицю майну, завезену з Індії.

На початку минулого століття у результаті досліджень багатьох учених (Ф. Кеппен, І.А. Порчинський, Н.А. Холодковський та ін.) був накопичений великий матеріал по паразитизму і хижацтву серед комах і визначені шляхи використання ентомофагів у біологічному захисті рослин.

Використання мікроорганізмів у захисті рослин пов'язане насамперед з ім'ям І. І. Мечникова та його науковими дослідженнями в 70-ті роки ХІХ сторіччя. Саме в цей період у південних регіонах Росії спостерігалися спалахи розмноження хлібного жука. Вивчаючи шкідника, Мечников спостерігав загибель його личинок від мікроскопічного гриба, якого він назвав у 1878 році зеленою мускардиною (Metaerhizium anisopline). Незабаром І. І. Мечников спільно з Ценковським, Шабельським, а згодом і з Ковалевським розробляє методи напрацювання зазначеного мікроорганізму для практичного використання як засобу боротьби.

Широкого розголосу набули багаторічні досліди боротьби з травневим хрущем, які здійснював у Франції ле-Муль. Він досліджував гриб Botrytis tenella, збудник білої мускардини комах. У 1923 році ле-Муль повідомив про вдале застосування проти личинок травневого хруща цього збудника. Культуру Botrytis tenella ле-Муль рекомендував для боротьби з виноградними листовійками. Для масового виробництва гриба було навіть збудовано фабрику.

З 1870-1890 років в рослинництві для збільшення врожаю використовують препарати на основі азотфіксувальних бактерій.

У 1928 році розпочалися випробування біоінсектициду на основі Bacillus thuringiensis для боротьби з кукурудзяним метеликом. Промисловий випуск препаратів на основі B. thuringiensis було розпочато 1938 року у Франції. У 1961 році перший біопестицид Bacillus thuringiensis отримав офіційну реєстрацію. Необхідно зазначити, що препарати, які містять B.thuringiensis і до сьогодні успішно використовуються для захисту від комах-шкідників.

Bacillus thuringiensis знайшли застосування у захисті рослин не лише для створення біоінсектицидів, а й дуже успішно використовується в біотехнології рослин для створення нових трансгенних рослин, стійких до комах.

У різних країнах світу проводилось багато дослідів із застосування грибів для боротьби з комахами шкідниками, але й до нині використовуються лише одиничні види збудників мікозів. Грибкові хвороби не є гострозаразними і уражають ослаблених комах. Успішні результати одержані при використанні ашерсонії для боротьби з цитрусовою білокрилкою і боверину проти колорадського жука та деяких інших видів шкідників.

Перші описи вірусних хвороб комах (гусениць тутового шовкопряда) з'явились у літературі в середині XIX століття. Однак ще протягом багатьох наступних десятиліть вірусні захворювання не відрізняли від бактеріальних, протозойних та інших інфекційних захворювань, тому що в той час нічого не було відомо навіть про саме існування вірусів.

Віруси були відкриті російським ученим Д. І. Івановським у 1892 році при вивченні мозаїчної хвороби тютюну. Зараз відомо багато вірусів, що викликають захворювання різних рослин, тварин і людини.

Найбільше число вірусних хвороб комах (понад 200) відомо у лускокрилих. Захворювання, що викликаються цими дрібними збудниками, виявлені також у деяких видів перетинчастокрилих, двокрилих і одного виду твердокрилих.

Досліди, проведені в різних країнах, показали, що штучне зараження комах вірусами в природних умовах може бути дуже ефективним методом боротьби.

В арсеналі захисників урожаю є вірусні препарати, що застосовуються для боротьби зі шкідливими комахами. Усі вірусні препарати виробляються шляхом культивування вірусів у живих комахах тих видів, проти яких їх застосовують.

Паразитичних і хижих комах звичайно називають ентомофагами, хоч такими є і багато інших організмів, що живуть за рахунок комах (хвороботворні мікроби, нематоди, кліщі та інші).

Зараз науці відомо багато десятків тисяч видів комах-ентомофагів. Паразитів і хижаків можна виявити в природі практично скрізь, де є їх хазяїва чи жертви. Паразити відомі в 5-ти, а хижаки в 16-ти рядах класу комах. Найбільше число видів паразитів в рядах перетинчастокрилих комах. Серед перетинчастокрилих особливо велике значення мають сімейства браконід, їхневмонід, яких не рідко називають наїзниками.

Комахи знищуються різними ентомофагами на всіх фазах свого розвитку. Хижі комахи відкладають яєчки серед скупчень своїх жертв - в колоніях попелиць, кокцид, кліщів або в середовищі, що оточує місце проживання останніх. Деякі види живляться як хижаки тільки в фазі личинки (мухи сіфріди, галиці), інші виступають як хижаки тільки в дорослій фазі (скорпіонові мухи, мурашки, багато видів ос та інші), треті є хижаками на тій чи іншій фазі свого розвитку (трипси, більшість сітчастокрилих, клопи, жуки та інші). У тих випадках, коли хижаками виступають і личинки, і дорослі комахи, кормом їм служать у одних видів одні йі ті ж види жертв, у інших - різні. Хижаки можуть бути облігатними або факультативними, тобто або не можуть обходитись без поїдання живих жертв, або, хоча живляться останніми, але не завжди, і можуть нормально розвиватися на іншому кормі.

Основними способами використання ентомофагів у біологічній боротьбі зі шкідливими комахами є інтродукція і акліматизація, нутрішньоареальне переселення, масове штучне розведення.

Зараз у нашій країні практично вирішена проблема біологічної боротьби з павутинними кліщами на основній тепличній культурі - огірку - шляхом застосування хижого кліща - фітосейулюса. У боротьбі з попелицями в постійно зростаючих масштабах застосовуються хижа галиця, афідиміза і золотоочки, а проти оранжерейної білокрилки - паразит енкарзія. Ведуться пошуки біологічної боротьби з тютюновим трипсом.

В останні роки приділяється велика увага розробці і застосуванню нових засобів захисту рослин, заснованих на використанні біологічно активних речовин, що забезпечують ріст і розвиток комах та передачу інформації між організмами (хімічну комунікацію). Основними групами біологічно активних речовин є гормони і феромони.

Досліди з трансформації рослин розпочато ще у 1982 році з модифікації рослин петунії. У 1985 році трансгенні рослини, стійкі до комах, вірусів і бактерій вперше тестовано в природних умовах. У 1990 році створено стійку до комах кукурудзу, що містить гени Bacillus thuringiensis. У 2004 році Продовольча і сільськогосподарська організація ООН рекомендує використання біотехнологічних сільськогосподарських культур і проголошує правомірність використання біотехнологічних методів для полегшення праці фермерів і покращення харчування населення країн, що розвиваються.

Таким чином, біотехнологія знайшла своє застосування у галузі захисту рослин у вигляді препаратів біотехнологічного походження, що захищають рослини від хвороб та шкідників, та біотехнологічних методів, які дозволяють отримувати безвірусний посадковий матеріал рослин та модифіковані рослини, що відзначаються стійкістю до збудників хвороб та комах-шкідників.

2.3 Біоконтроль патогенних мікроорганізмів та комах-шкідників

Біологічний захист рослин є прикладною галуззю знань, що бурхливо розвивається. Предмет, що визначається поняттям „біометод”, або „біологічний метод захисту рослин”, охоплює представників практично всіх систематичних груп живих організмів. Біологічний метод захисту рослин від шкідників, хвороб та бур'янів базується на використанні живих організмів. Ентомопатогенні організми належать до різних груп вірусів, бактерій, грибів, найпростіших, нематод. На їх основі створені препарати, які широко застосовують в захисті рослин, що сприяє отриманню екологічно чистої продукції.

З позицій сьогоднішніх потреб суспільства біологічний метод захисту рослин ставить перед собою такі завдання:

¦ вивчення природних ресурсів корисних організмів і продуктів їх життєдіяльності для використання у захисті рослин;

¦ встановлення закономірності у взаємовідносинах популяції фітофагів з регулюючими їх чисельність паразитичними і хижими організмами з метою прогнозу рівня шкодочинності збудників хвороб, шкідників і бур'янів;

¦ на основі глибоких біоценологічних та екологічних досліджень розробити прийоми, що активізують природні комплекси корисних організмів;

¦ створити широкий асортимент активних біологічних препаратів, що регулюють ріст, розвиток і поведінку фітофагів, а також розробити технології масового одержання та розселення паразитичних і хижих безхребетних.

Основні прийоми і методи біологічного захисту:

- використання паразитичних і хижих комах (ентомофагів);

- мікробіологічний метод (використання патогенних мікроорганізмів, які вражають шкідливі для сільського господарства організми);

- селекційно-генетичний метод (культивування створених генетиками-селекціонерами стійких до пошкодження шкідниками сортів сільськогосподарських культур);

- біотехнічний метод (регуляція поведінки комах та порушення процесів їх росту і розвитку);

- генетичні, або автоцидні, методи захисту рослин (введення в популяцію шкідника нежиттєздатних або безплідних особин, переважання в популяції самців, моновольтинізм для шкідників, що розвиваються у двох і більше поколіннях, і, навпаки, використання цитоплазматичної несумісності, отримання бездіапаузних популяцій та ін.);

- методи молекулярної біології та генної інженерії (отримання генетично модифікованих (трансгенних) рослин, стійких до шкідливих організмів, гербіцидів);

- біологічна боротьба з бур'янами (використання комах-фітофагів для боротьби з бур'янами).

Необхідно зазначити, що в нинішніх умовах застосування лише біологічного методу не дає змоги повною мірою захистити сільськогосподарські культури від шкідників та збудників хвороб. Тут відіграють певну роль матеріально-технічні труднощі в реалізації біометоду і безпідставний скепсис щодо його ефективності. Сьогодні лише інтегрований захист рослин, який є ідеальною комбінацією біологічних, агротехнічних, селекційно-генетичних, хімічних та інших методів, спрямованих проти комплексу шкідників та хвороб у конкретній еколого-географічній зоні на певній культурі, і при якому здійснюється регулювання чисельності шкідливих видів до економічного порогу шкодочинності і збереження дії природних корисних організмів, ставить надійний заслін перед шкідниками та хворобами сільськогосподарських культур.

2.4 Використання біотехнологічних препаратів у комплексному захисті рослин

Оскільки пестициди, що використовуються для захисту рослин, мають значний негативний вплив на довкілля, виникає необхідність зменшення їхнього застосування. Вирішенням цієї проблеми може бути застосування в системі інтегрованого захисту рослин біотехнологічних препаратів на основі мікроорганізмів - антагоністів збудників хвороб рослин чи збудників хвороб шкідників рослин.

Застосування біотехнологічних препаратів для захисту рослин ґрунтується на використанні природних закономірних взаємовідносин між патогенними організмами і сприйнятливими до них макроорганізмами, що забезпечує специфічну вибірковість методу. Біопрепарати можуть мати інсектицидну, акарицидну, фунгіцидну активність або викликати загибель мишоподібних гризунів. Біологічні агенти, що є основою таких препаратів, спричинюють епізоотії в популяціях шкідників, зменшуючи їх чисельність до економічно безпечного рівня і при цьому не завдають шкоди іншим видам тварин і рослин.

Світовий збут біопестицидів становить 0,5% усього обсягу світового ринку агрохімії. З цієї кількості близько 90% біопестицидів представлено бактерією Bacillus thuringiensis - це 1-2% світового ринку інсектицидів. Про популярність препаратів на основі Bacillus thuringiensis свідчать і дані щодо кількості зареєстрованих торгових марок у деяких країнах: у США - 180, в країнах Європейської співдружності - 120, до того ж, перший Bt-препарат було зареєстровано лише в 1961 році. Щороку збут біопестицидів зростає на 10-20 відсотків.

Для раціонального і економічно доцільного використання мікробних засобів захисту рослин від шкідників та хвороб тактика застосування цих препаратів відрізняється від такої самої для хімічних пестицидів. Застосування їх за аналогією з хімічними пестицидами збіднює і знижує можливості біологічної боротьби зі шкідливими організмами. Біопрепарати діють значно повільніше, ніж хімічні пестициди. Так, наприклад, головною та істотною особливістю мікробних інсектицидів є вплив на активність харчування шкідника. А особливістю дії мікробного родентициду є виникнення епізоотії серед гризунів. Вимирання шкідників відбувається триваліший час. Але, маючи високу видову специфічність, мікроорганізми, які є основою препарату, не шкодять нецільовим організмам і природі в цілому. Вони відносно безпечні для біосфери, оскільки є не чужорідними, а взяті з самої природи.

Найрозповсюдженішими біопрепаратами є: інсектициди на основі кристалоутворюючої бацили Bacillus thuringiensis; бактородентицид на основі Salmonella enteritidis var. Isatschenko, що призводить до епізоотій окремих видів мишоподібних гризунів; інсектицид на основі гриба Beauveria bassiana; фунгіцид на основі гриба Trichoderma lignorum.

На території України дозволено до використання близько 30 біопестицидів з різною активністю (табл. 1).

Таблиця 1.

Біопрепарати для захисту рослин дозволені до використання на території України (станом на 2012 рік)

Біотехнологічні препарати для захисту рослин від шкідників та хвороб класифікують в залежності від природи біологічного агенту на вірусні, бактеріальні, протозойні, грибні.

3. Препаративні форми біопестицидів

Отримання біотехнологічних препаратів передбачає не лише отримання в достатньому обсязі біологічно активної речовини чи мікроорганізмів, а й створення препаративних форм, які дозволяють тривалий час підтримувати вихідні властивості біотехнологічних об'єктів та забезпечують оптимальний контакт з шкідливим організмом. Для цього використовують наповнювачі, консерванти, активатори, емульгатори, причіплювачі, піноутворюючі речовини.

Як наповнювачі у складі біотехнологічних препаратів можуть бути використані рідкі (вода, гліцерин, олії) та тверді (глини, знежирене борошно сої, насіння бавовнику) речовини. Всі ці речовини є біологічно інертними.

Біотехнологічні препарати для захисту рослин випускають у різних формах: дусти, гранули, капсули, змочувані порошки, пасти, концентрати масляних емульсій.

Порошки, що змочуються, - механічна суміш діючої речовини нейтрального наповнювача з додаванням поверхнево-активних речовин. При змішуванні з водою вони утворюють суспензії. Випускаються також заводські водні концентрати суспензії.

Концентрат емульсії - це суміш розчину технічного продукту діючої речовини в органічному розчиннику з емульгатором. Для виготовлення робочої рідини заводський препарат розводять водою до одержання водної емульсії потрібної концентрації.

Водні розчини - технічні продукти деяких пестицидів, які добре розчиняються у воді, тому випускаються у формі концентрованого розчину, який розводять водою подібно до концентрату емульсій.

Гранульовані пестициди - препарати у формі гранул розміром 1 - 4 мм, що складаються із суміші пестициду і наповнювачів (суперфосфату, комплексних мінеральних добрив) і призначені для поверхневого розсіювання або внесення у ґрунт. Гранульовані пестициди є однією з перспективних форм пестицидів. Ця форма дозволяє найбільш ефективно регулювати вихід діючої речовини в навколишнє середовище і обмежити її дію.

Дусти - порошкоподібні препарати для обпилювання. Вони складаються з діючої речовини і нейтрального наповнювача. Діючої речовини в дуетах не більше 15 %.

Пасти - за консистенцією нагадують замазку, вміщують діючу речовину і воду. Використовуються для обмазування ран плодових культур, а також для виготовлення суспензії.

У формі дустів можна виготовляти вірусні, грибні та протозойні препарати. Дусти - це суміш діючої речовини з наповнювачем і відповідними добавками у вигляді порошків. Гранульовані та капсульовані препарати найчастіше застосовують проти шкідників, які живуть у ґрунті, та кореневих патогенів. Гранули й капсули при цьому захищають діючі компоненти препарату від шкідливої дії факторів навколишнього середовища. В гранулах активна речовина розподілена рівномірно, а в капсулах вкривається захисною оболонкою. Як захисні матеріали звичайно використовують полімери. Величина гранул коливається в межах від 0,2 до 1 мм. Змочувані порошки найширше застосовують у захисті рослин. До їх складу, як обов'язкові компоненти, входять змочувачі та стабілізатори, що забезпечують швидке утворення суспензії і повільне осадження твердих часток. Пасти або концентрати стабілізованих суспензій практикують при виробництві тих біологічних препаратів, до складу яких входять мікроорганізми. Особливе значення при виробництві паст має введення до їх складу консервантів, що запобігають розвитку сторонньої мікрофлори. Наприклад, гліцерину. У формі концентратів масляних емульсій можуть бути виготовлені вірусні й бактеріальні препарати. Масляні емульсії містять емульгатори і солярові дистиляти нафти.

Література

1. Бровдій В.М., Гулий В.В., Федоренко В.П. Біологічний захист рослин: Навчальний посібник. - Київ.: Світ, 2004. - 348 с.

2. Глик Б., Пастернак Дж. Молекулярная биотехнология. Принципы и применение. - М.: Мир, 2002. - 589 с.

3. Картель Н.А., Кильчевский А.В. Биотехнология в растениеводстве. - Мн.:Тэхналогія, 2005. - 310 с.

4. Дьяков Ю.Т., Озерецковская О.А., Джавахия В.Г., Багирова С.Ф. Общая и молекулярная фитопатология. - М.: Изд-во Общ. Фитопатологов, 2001. - 302 с.

5. Франц И., Криг А. Биологические методы борьбы с вредителями. - М.: Колос, 1984.

6. Сельскохозяйственная биотехнология/ Под ред. Шевелухи В.С. - М.: Выс. школа. - 1998. - 416 с.

Размещено на Allbest.ru