Размещено на http://www.allbest.ru/

Оглавление

Введение

Глава I. Материал и методика исследования

Глава II. Характеристика методов защиты сельскохозяйственных растений от вредителей

2.1 Культурный/культурный контроль

2.2 Нормативно-правовой контроль

2.3 Физический и механический контроль

2.4 Химический контроль

2.5 Биологический контроль

2.6 Селекция устойчивых видов

2.7 Контроль рождаемости и евгенический контроль.

2.8 Комплексный контроль

Глава III. История развития биологического и химического методов контроля

3.1 История развития химического контроля

3.2 История развития биологического контроля

Глава IV. Современное применение биологического контроля вредителей на территории Вологодской области

Заключение

Список используемых источников



Введение

Агроценозы являются специфическими и нестабильными сообществами, поскольку состоят преимущественно из монокультур. Без должной регуляции в подобных биогеоценозах могут возникать вспышки численности определённых видов организмов, и их деятельность будет перенесена на естественные сообщества. Это может привести к обеднению видового состава сообщества. Использование только химических методов борьбы с вредителями может привести к накоплению токсических веществ в сообществах и возможной интоксикации различных организмов, включая человека.

Актуальность и новизна данной работы связана с отсутствием систематизации данных об альтернативных методах контроля вредителей и патогенов сельскохозяйственных растений, используемых на территории Вологодской области. В частности, слабо освещены методики биологического метода, одного из наиболее экологически чистых способов контроля численности и поведения вредителей.

Объект изучения - биологический метод защиты сельскохозяйственных растений от вредителей и патогенов.

Предмет изучения - реализация биологического метода защиты сельскохозяйственных растений от вредителей и патогенов на территории Вологодской области.

Цель данной работы - объединение и систематизация сведений о способах использования биологического метода защиты сельскохозяйственных растений на территории Вологодской области. Для её достижения были поставлены следующие задачи:

· Проанализировать все имеющиеся методы регуляции численности вредителей и место биологического метода среди них.

· Изучить историю становления и развития химического и биологического методов в мире, в России, в Вологодской области.

· Выявить реализацию биологического метода борьбы с вредителями в Вологодской области.

Материал данной работы был апробирован на 43 Научно-практической студенческой конференции ВоГУ в форме доклада «Энтомофаги, как инструмент борьбы с насекомыми-вредителями в тепличном хозяйстве», научная статья по данному материалу «Использование биологических методов защиты растений от членистоногих-вредителей в Вологодской области» опубликована в журнале «Концепт», как призёр всероссийского конкурса «Лучшая научная статья - 2015» в номинации «Биологические, сельскохозяйственные науки и науки о земле», участие в конкурсе на лучшую НИР кафедры зоологии и экологии, 2016.



Глава I. Материал и методика исследования

Основными источниками теоретической информации служили научные и научно-популярные статьи. Для получения общих данных о методах защиты растений от вредителей и патогенов использовались зарубежные статьи, перевод осуществлялся с использованием словарей. В совокупности было использовано 90 источников, а также устные данные, полученные от работников биолабораторий ФГБУ «Россельхозцентр» и СХПК Комбинат «Тепличный» посредством интервьюирования.

В экспериментальной части был использован метод, применённый в ФБГУ «Россельхозцентр» для демонстрации эффективности препарата «Ризоплан, Ж» и видоизменённый для возможности проведения в домашних условиях. В лотке, разделённом перегородкой на две части, высаживается по 100 экземпляров растений. В качестве тестируемого вида использовался овёс посевной Avena sativa. Контроль составлял 50% от общего числа растений и выращивался без дополнительных приготовлений, другая половина однократно опрыскивалась бактериальным фунгицидом «Ризоплан, Ж» при появлении всходов. Почва, используемая для эксперимента, прежде показывала признаки заражения спорами и мицелием плесневых грибов. Через 20 дней совершалось изъятие побегов из почвы, измерялась длина надземной и подземной части, а также искались симптомы заболеваний (например, корневая гниль).

В данной работе используются следующие понятия:

Энтомофаги - хищники, паразиты и другие организмы, опасные для насекомых, влияющие на естественное регулирование их численности; важнейшие агенты биологического метода и интегрированной защиты растений [Месяц, 1998].

Карантин растений - правовой режим, предусматривающий систему мер по охране растений и продукции растительного происхождения от карантинных объектов на территории Российской Федерации [ГОСТ 20562-2013];

Подкарантинная продукция (подкарантинный материал, подкарантинный груз) - растение, продукция растительного происхождения, тара, упаковка, почва либо другие организм, объект или материал, которые могут стать носителями вредных организмов или способствовать распространению вредных организмов [ГОСТ 20562-2013];

Карантинные фитосанитарные меры (фитосанитарные меры) - меры по предотвращению проникновения на территорию Российской Федерации и (или) распространения на ней вредных организмов;

Вредный организм - растение любого вида, сорта или биологического типа, животное или болезнетворный организм любого вида, расы, биологического типа, способные нанести вред растениям или продукции растительного происхождения [ГОСТ 20562-2013];

Карантинные объекты - вредные организмы, отсутствующие или ограниченно распространенные на территории Российской Федерации, перечень которых устанавливается федеральным органом исполнительной власти, осуществляющим функции по нормативно-правовому регулированию в области карантина растений [ГОСТ 20562-2013].

Резистентность - устойчивость различных организмов к химическим и биологическим препаратам.



Глава II. Характеристика методов защиты сельскохозяйственных растений от вредителей

сельскохозяйственный растение вредитель контроль

Спектр способов регуляции численности вредителей разнообразен, охватывает правовые, культурные, физические, генетические и биологические методы, в дополнение к известным химическим пестицидам. Существует несколько вариантов воздействия методов:

· Они непосредственно убивают вредителя, подвергая его воздействию токсичных веществ или неподходящих условий окружающей среды.

· Они уменьшают репродуктивный потенциал популяции вредного организма путем изменения окружающей среды (биотической или абиотической её составляющей) или путем ограничения его движения.

· Они модифицируют поведение вредного организма для уменьшения его значимости, как вредителя, а также для облегчения последующего его удаления с сельскохозяйственных культур (аттрактанты, репелленты и другие вещества или объекты, вводящие в заблуждение) [Meyer, 2003].

Большая часть современных методов контроля вредителей могут быть сгруппированы в две основные категории: естественные и искусственные. В качестве естественного контроля может служить любой экологический фактор, который стабилизирует население вредителя ниже уровня экономического вреда: географические барьеры, низкие температуры или естественные регуляторы численности, которые держат плотность популяции вредителя в определённых рамках. Искусственные элементы контроля подразумевают использование продуктов или процессов, создаваемых или проводимых человеком для изменения распределения, поведения или физиологии вредителя. Но существуют методики, которые проявляют свойства обеих групп или не вписываются ни в одну категорию или относятся к естественным методам контроля, которые возможно активизировать, ускорить или усилить соответствующим вмешательством человека.

2.1 Культурный контроль

Простые модификации среды обитания вредного организма часто оказываются эффективными методами борьбы с вредителями - метод культурного контроля (cultural control) [Groves, 2004]. Данная группа тактик включает в себя вариации стандартных методов садоводства, лесного хозяйства или животноводства. Она также известна, как метод экологического контроля. Простота и низкая стоимость являются основными преимуществами тактики культурного контроля, а недостатки неощутимы до тех пор, пока эти тактики совместимы с другими целями (высокая урожайность, механизация и т.д.).

Севооборот является одной из старейших и наиболее эффективных стратегий культурного контроля. Выращивание одних и тех же культур на одном и том же поле дает популяции вредителей достаточно времени, чтобы утвердиться и увеличить свою численность до критического для сельского хозяйства порога. Использование территории для высаживания другого типа культуры может нарушить этот цикл путём уменьшения кормовой базы вредителей, которые не могут приспособиться к другому типу кормового объекта.

Схемы севооборота работают, потому что они увеличивают разнообразие среды обитания вредного организма и в определённый момент создают условия недостаточной или отсутствующей кормовой базы. Как правило, севооборот более практичен и эффективен, когда он используется против вредителей, которые:

· атакуют однолетние или двулетние культуры;

· имеют относительно узкий диапазон кормовых растений;

· не могут легко переходить от одного поля к другому;

· присутствуют до начала посадок [Meyer, 2003].

Интеркропинг является еще одним способом сокращения популяций вредителей за счет увеличения разнообразия окружающей среды. Междурядное высаживание других культур снижает общую привлекательность окружающей среды, когда ценные для вредителя культуры перемежаются с не представляющими для них ценности растениями, а также может концентрировать вредителя в меньшей, более управляемой области, где его можно взять под контроль с помощью какой-либо другой тактики.

В некоторых культурах, можно создать разрыв в питании вредителя просто путем изменения времени для посадки или уборки. Эта стратегия, часто известная, как фенологическая асинхрония, позволяет разобщить процессы созревания урожая и появление вредителей. [Meyer, 2003].

Контролируемое применение воды или удобрений может иметь большое влияние на выживание популяций вредителей в некоторых культурах. Ежегодное наводнение, например, является культурной практикой, которая устраняет многие потенциальных вредителей на клюквенных болотах. Регулярные осадки естественного или искусственного происхождения могут уменьшить инвазии паутинного клеща Tetranychus urticae на фруктовых деревьях.

Санитарные мероприятия являются еще одной стратегией культурного контроля, которая может быть очень эффективной против некоторых вредителей. Удаление остатков растений на хлопковых полях после сбора урожая устраняет зимующие популяции хлопковой моли (Pectinophora gossypiella), кукурузной огнёвки (Ostrinia nubilalis) и травяной огнёвки - вредителя сахарного тростника (Diatraea saccharalis). Сбор упавших плодов из-под яблонь уменьшает в следующем сезоне численность популяций яблонной пестрокрылки (Rhagoletis pomonella), яблонной плодожорки (Cydia pomonella) и сливового долгоносика (Conotrachelus nenuphar). Измельчение или сжигание обрезанных ветвей из персикового сада снижает численность заболонника морщинистого (Scolytus rugulosus) и личинок стеклянницы (Synanthedon pictipes), которые иначе возникали бы и снова заражали фруктовый сад. Чистое выращивание (clean cultivation) [Meyer, 2003] часто рекомендуется как способ устранения убежища и/или мест зимовки для популяций вредителей. Простое возделывание или перепашка поля кукурузы до наступления зимы может нарушить жизненный цикл вредителей, за счет механических повреждений, увеличения экспозиции к летально низким температурам, интенсификации хищничества птиц или мелких млекопитающих, захоронения вредителей глубоко под поверхностью почвы. Популяции американской кукурузной совки и кукурузной огнёвки были значительно сокращены в последние годы за счёт перепашки кукурузной стерни после уборки урожая всем сообществом.

Несмотря на то, что чистое выращивание хорошо работает при культивировании кукурузы и хлопка, оно не всегда является лучшим решением для ликвидации популяций вредителей. В некоторых случаях, почвенный покров или растительные остатки становятся убежищем естественных регуляторов численности вредителей, которые являются важными членами агроэкосистемы. Без подходящих укрытий эти полезные организмы могут быть уничтожены или вытеснены на данном участке.

2.2 Нормативно-правовой контроль

Правовые санкции направлены не на насекомых, а на поведение и действия людей, которые повлияют на динамику популяций вредителей. Нормативно-правовой контроль включает в себя все законодательные формы регулирования, которые могут предотвратить появление или уменьшить распространение на подконтрольной территории популяций вредителей.

Закон о карантине растений от 1912 г. был первой правовой мерой, принятой в Соединенных Штатах в целях предотвращения интродукции вредителей из зарубежных стран. Этот закон, и другие, которые последовали за ним, позволили создать сеть постов контроля в крупных портах въезда и дали федеральным органам правительства возможность организовать пограничные карантины, инспектировать все сельскохозяйственные продукты, а также ограничить въезд любых зараженных товаров. Сегодня эти инспекционные станции работают под юрисдикцией инспекции здоровья животных и растений (Animal and Plant Health Inspection Service, APHIS), филиала Департамента сельского хозяйства США. APHIS оперирует около 85 инспекционными объектами, использует 400-500 инспекторов и перехватывает более 20 000 инвазий потенциальных вредителей в среднем за год. Он также оперирует Учебным Центром Карантина Растений, где инспекторы со всего мира тренируются, чтобы выявить проблемы, прежде чем последние пересекают международные границы. Эти агенты, представляющие в настоящее время около 40 стран, сотрудничают с целью ограничения распространения аборигенных вредителей в соответствии с международным соглашением, которое требует проверки и сертификации практически всех сельскохозяйственных товаров до осуществления экспорта.

Федеральные законы импорта/экспорта были приняты, чтобы установить стандарты для широкого спектра сельскохозяйственной продукции. Большинство импортируемых фруктов и овощей должны пройти определённую форму фумигации, термообработки, контролируемых условий хранения или радиационного воздействия, прежде чем они будут освобождены из карантина. Эти процедуры, предназначенные для уничтожения вредителей независимо от вида, могут присутствовать без ущерба для вкуса или качества продукции.

Некоторые вредители способны к проникновению на подконтрольные территории с последующим утверждением на ней, или проникают естественным путём через международные границы. Когда это происходит, APHIS сотрудничает с государственными и местными органами власти, чтобы установить внутренние карантины для ограничения перемещения этих вредителей в пределах границ. Всякий раз, когда это уместно, программы ликвидации могут быть запущены вместе с карантинными действиями в попытке уничтожить всю популяцию вредителей, пока она еще мала.

Проверки и изоляция также контролируются некоторыми федеральными и местными государственными органами. Пограничный патруль Калифорнии, например, печально известен своими перехватами несертифицированной сельскохозяйственной продукции на государственной линии. Жесткие законы, которые запрещают частным лицам приносить мешок апельсинов на территорию южной Калифорнии, как правило, приводят к исключению вероятности появления популяций многочисленных видов вредителей, которые могут стать причиной убытков, исчисляющихся миллионами долларов. Эта профилактика может быть оценена в 350 млн. долларов, потраченных калифорнийцами для ликвидации результатов последней инвазии средиземноморской плодовой мухи (Ceratitis capitata) [Meyer, 2003].

Успех этих программ был неустойчивым. В целом, усилия по ликвидации наиболее успешны на той стадии, когда популяция вредителей является относительно небольшой, обладает низкой скоростью распространения и очень восприимчива к методу регуляции численности.

Даже если недавно появившаяся популяция вредителей не поддаётся ликвидации, увеличение её численности часто может быть немного замедлено путём регуляции передвижения целевых растений или животных, запреты на продажу зараженных продуктов, а также проверки всех партий товаров. Этот тип стратегии сдерживания даёт больше времени для исследователей на поиск наиболее подходящих методов контроля.

Лицензирование и сертификация являются важными регулирующими инструментами, используемыми для некоторых товаров в качестве гарантии, что зараженный или загрязненный материал не будет продаваться или использоваться. Поддержание без признаков болезни материнских растений земляники садовой, например, часто может предотвратить распространение заболеваний, переносимых насекомыми во время вегетации. Сертифицированные семена или растительный материал производится в соответствии со строгими правилами, установленными товарными организациями в своих собственных интересах. Эти продукты могут быть более дорогими на начальном этапе, но конечная экономия средств на борьбе с вредителями, как правило, обеспечивает хорошую отдачу от инвестиций.

В России история карантина начинается с 1873 года - дата появления первого официального документа, согласно которому в страну запрещался ввоз виноградной лозы, зараженной филлоксерой. В 1925 году формируется единое карантинное законодательство. 5 июня 1931 года была создана Государственная карантинная служба. Тогда же сформирован ряд документов, самым главным из которых было положение о карантинном контроле, регулирующем ввоз в страну растений и сельскохозяйственной продукции.

Соответственно направлениям защиты, были разработаны разные виды карантина: садовый, хлопковый, картофельный и т.д. На основании результатов о зараженности разных культур составлен список карантинных вредителей, претерпевший в дальнейшем ряд изменений. В 1933 году сформирована Центральная и местные карантинные лаборатории.

Постепенно структура и обязательства карантинной службы значительно расширились. Она стала отвечать за соблюдение правил заготовки и производства растительной продукции, организацию транспортировки растительных материалов, наблюдение за их хранением и реализацией. Большое значение имело и развитие профилактического направления карантинных мероприятий: предупреждение распространения карантинных видов между регионами страны, устранение условий, препятствующих их акклиматизации и размножению.

В последние годы карантинные мероприятия организованы на строго научной основе знаний биологии и экологии вредных организмов, что позволяет сделать их более эффективными и целенаправленными. Это также является причиной для дальнейшего развития карантинной системы, и в результате её деятельности на территорию страны не проникли карантинные организмы, чрезвычайно распространенные за ее пределами: мексиканский хлопковый долгоносик, техасская корневая гниль, ряд опасных щитовок и червецов.

С 2005 года карантинная служба входит в состав Россельхознадзора, который, в свою очередь, является официальной национальной организацией по карантину и защите растений, ответственной за выполнение обязанностей, предусмотренных статьей IV Международной конвенции по карантину и защите растений.

Таблица 1 - Подведомственные организации Россельхознадзора и их функции.

Подведомственная организация	Выполняемые функции
Территориальные управления Россельхознадзора	Контроль и надзор в сфере карантина и защиты растений; Обеспечение безопасности растительной продукции.
Научно-исследовательские институты Россельхознадзора	Разработка новых способов борьбы с карантинными вредителями; Подготовка специалистов; Развитие научного подхода в осуществлении карантинных мероприятий.
Пограничные пункты пропуска	Осуществление пограничного карантинного надзора; Предотвращение ввоза зараженной продукции.
Референтные центры Россельхознадзора	Реализация государственной политики в сельском хозяйстве и производстве; Обеспечение деятельности в сфере проведения государственных экспертиз, исследований и обследований; Осуществление в качестве органа по сертификации (или испытательной лаборатории) различного вида работ во многих областях, включая обеспечение качества и безопасности зерна, а также побочных продуктов переработки зерна.
Федеральные государственные унитарные предприятия	Обработка и производство растительной продукции в соответствии со стандартами карантина растений; Проведение аудитов отчетности.

Представители карантинной службы уполномочены:

• проводить первичный и вторичный досмотр импортируемых и экспортируемых грузов растительного происхождения;

• посещать любые подкарантинные объекты, в том числе принадлежащие частным собственникам и индивидуальным предпринимателям, для проведения фитосанитарного обследования и прочих контролирующих мер;

• запрашивать документы и получать информацию, касающуюся карантина растений, от граждан, индивидуальных предпринимателей, органов местного самоуправления и других структур и лиц, во владении которых находятся подкарантинные объекты;

• давать предписания об устранении нарушений в установленные сроки;

• принимать решения о необходимости очистки, дегазации, обеззараживания, возврата подкарантинной продукции;

• при необходимости изымать и уничтожать подкарантинную продукцию в порядке, установленном законодательством РФ.

2.3 Физический и механический контроль

Физические или механические методы контроля могут быть очень простыми, например, ручной сбор личинок мешочницы (Psychidae) из можжевеловых кустов, удаление гусениц коконопрядов с деревьев, или освобождение жилых помещений от летающих насекомых. На другом конце спектра технологий являются электрические мухобойки. Эти высокотехнологичные устройства производят ультрафиолетовое свечение, которое привлекает летающих насекомых, а металлическая сетка, ограждающая УФ-лампу и находящаяся под напряжением, ликвидирует привлечённых к свету членистоногих. Хотя, вероятно, эти ловушки убивают больше полезных насекомых, чем вредителей, тем не менее, с момента своего создания в конце 1970-х годов, рынок этих устройств вырос в отрасли, и годовой объём продаж в 2003 году приблизился к 100 млн. долларов [Meyer, 2003].

Экстремальные температуры могут быть использованы для уничтожения насекомых или предотвращения их размножения. Хранение сельскохозяйственной продукции при низких значениях температуры продлевает их срок годности и задерживает развитие насекомых-вредителей. Термическая обработка иногда используются вместо фумигации, чтобы убить личинок насекомых в некоторых видах продукции. Манго, к примеру, погружают в горячую воду (46°С в течение 68 минут), чтобы убить яйца и личинок плодовых мух (Tephritidae) перед экспортом [Meyer, 2003].

В отличие от большинства других видов борьбы с вредителями, физические и механические тактики часто становятся менее практичными (или менее экономичными), когда они используются в больших масштабах. Например, подвязывание «карманов» из мешковины на стволы деревьев в качестве защиты от яблонной плодожорки может быть разумным подходом для домовладельцев с пятью яблонями, но это занимало бы слишком много времени для коммерческих производителей с 500 или 5000 деревьев.

2.4 Химический контроль

Токсичные инсектициды до сих пор являются основой химического контроля, они постепенно заменяются менее токсичными соединениями, которые нарушают развитие насекомых или изменяют их поведение. Некоторые из этих новых препаратов намного более безопасны для окружающей среды и более видоспецифичны, чем большинство обычных инсектицидов.

Семиохимикаты - химический контроль поведения. Большая часть поведения насекомого связана с выделением определённых химических веществ в окружающую среду. Используя эти химические вещества, можно привлечь вредителей в ловушки, или отпугнуть их от жилых помещений и сельскохозяйственных насаждений. Поведенческие сообщения доставляются по широкому спектру химических соединений. Эта группа соединений известна, как семиохимикаты. В некоторых случаях они могут облегчить общение между членами одного вида (феромоны) или между членами разных видов (аллелохимикаты). Функционально семиохимикаты могут иметь широкий спектр активности. Они могут служить в качестве аттрактантов или репеллентов, они могут стимулировать или ингибировать процесс питания, они могут спровоцировать полет или ингибировать его, или же они могут вызвать определённые модели поведения в неподходящее время.

Аттрактанты - феромоны и аллелохимикаты - могут быть использованы в качестве приманки в самых разнообразных ловушках для насекомых, или они могут быть смешаны вместе с токсикантами. Белковые гидролизаты, например, служат в качестве пищевых аттрактантов для пестрокрылок (Rhagoletis sp.). Эти химические вещества могут быть нанесены на клеевые ловушки или в сочетании с инсектицидом распыляется на плодовые культуры для подавления активных заражений. Фенэтилпропионат, эвгенол и гераниол могут быть смешаны в соотношении 3,5:3,5:3 и использованы в качестве аттрактанта для японского хрущика (Popillia japonica). В частности, эта смесь используется, как аттрактант в специальных ловушках. В некоторых случаях химики создают синтетические соединения, которые являются еще более привлекательными, чем их природные аналоги. Препарат «Trimedlure», синтетический заменитель альфа-копаена, получают в промышленном масштабе в качестве аттрактанта для средиземноморской плодовой мухи (Ceratitis capitata). Улучшенные пищевые приманки являются одними из наиболее перспективных новых разработок для борьбы с тараканами (Blattoidea) в домах и офисах. Эти вещества являются активными ингредиентами для ловушек.

Половые феромоны являются одними из самых мощных химических аттрактантов. С тех пор, как они были впервые обнаружены А. А. Буденандтом в 1959 году у тутовых шелкопрядов (Bombyx mori), эти химические вещества вызвали большой интерес из-за их потенциальной возможности использования в качестве агентов для борьбы с вредителями. В течение последних 30 лет, химики выявили половые феромоны более чем для 300 видов насекомых. Многие из этих соединений в настоящее время продаются на коммерческой основе. В некоторых случаях, феромоны упакованы (или инкапсулированы), в раздаточные устройства с медленным высвобождением, которые используются в качестве приманки в ловушках различных конструкций. При малых плотностях эти феромонные ловушки являются ценным инструментом мониторинга, предоставляя информацию о плотности и распределении популяций вредителей. При высокой плотности, они могут быть использованы для массового отлова сексуально активных взрослых (обычно самцов) для снижения плотности популяции вредителя и её репродуктивного потенциала.

Препараты с медленным высвобождением половых феромонов также могут быть использованы для предотвращения полового процесса. При увеличении концентрации феромонов можно любой объект представить, как потенциального партнёра для спаривания. Самцы, подчиняясь воздействию химического вещества, начинают ухаживать за неодушевленными предметами или перестать реагировать на него, приобретая определённую резистентность. Этот подход показал многообещающие результаты для контроля ряда фруктовых и овощных вредителей, в том числе яблонной плодожорки (Cydia pomonella), совки ни (Trichoplusia ni), восточной плодожорки (Grapholita molesta) и одного из видов стеклянниц (Synanthedon exitiosa).

Химические репелленты и ингибиторы процесса питания также являются полезными инструментами для управления поведением насекомых. Как следует из их названия, эти соединения вызывают у насекомых (или других членистоногих) потребность уйти с обработанной территории или прекратить нормальное пищевое поведение. Репелленты, такие как диметилфталат, бензилбензоат, и N, N-диэтил-м-толуамид (DEET) были разработаны для защиты людей от укусов мух, иксодовых (Ixodidae) и тромбикуловых (Trombiculidae) клещей. Другие соединения, такие как ди-н-бутил-сукцинат или бутоксиполипропиленгликоль, используются, как репелленты для крупного рогатого скота против мух. Парадихлорбензен или альфа-нафталин в виде чешуек или шариков размещаются в ящиках и шкафах, чтобы предотвратить инвазию различных насекомых-сапрофитов.

Дерево ним (Azadirachta indica) является перспективным источником получения репеллентов. Листья, ветки и семена этого дерева, который выращивается в коммерческих целях в Индии, содержат, по меньшей мере, 25 биологически активных соединений, которые действуют, как репелленты для насекомых, ингибиторы процессов питания или регуляторы роста. Азадирахтин, наиболее распространенное из этих активных соединений, в настоящее время коммерчески доступен в Соединенных Штатах. Продаваемый под торговым названием Margosan-O, этот ингибитор процессов питания был одобрен для использования на непищевых тепличных культурах, декоративных растениях и газонах.

Хемостерилизаторы - Химический контроль воспроизводства. Есть более четырехсот химических веществ, которые вызывают репродуктивную стерильность у насекомых. Некоторые из этих соединений ингибируют рост и развитие яичников, другие вызывают существенные изменения в химической структуре нуклеиновых кислот. Эти изменения предотвращают деление клеток или препятствуют нормальному эмбриональному развитию. К хемостерилизаторам принадлежат несколько крупных химических групп. Эти соединения применяются непосредственно к насекомым или являются активным веществом приманки.

Все хемостерилизаторы - чрезвычайно опасные соединения. Их эффекты не ограничиваются насекомыми; они также вызывают рак, врожденные дефекты и другие мутации у людей и домашних животных. По этой причине они применяются в контролируемых лабораторных условиях с целью создания большого количества стерильных особей с последующим их выпуском.

Регуляторы роста насекомых - химический контроль развития. Ферменты и гормоны, которые регулируют процессы развития внутри тела насекомого, иногда могут быть использованы в качестве химического оружия контроля. Эти соединения, часто известные как регуляторы роста насекомых (insect growth regulators, IGRs) [Meyer, 2003], могут быть использованы, чтобы стимулировать развитие в неподходящее время или ингибировать его. Основные группы IGR-соединений включают:

· Ингибиторы хитинообразования. Эти химические вещества (например, дифлубензурон и тефлубензурон) ингибируют процесс линьки (apolysis) путем блокирования активности хитинсинтетазы, фермента, необходимого эпидермальным клеткам при создании нового экзоскелета. Из-за этого способа действия, ингибиторы хитинообразования обладают высокой специфичностью к классу Членистоногие (Arthropoda). Они действуют довольно медленно (2-5 дней), но в конечном итоге прерывают любой процесс, который включает в себя образование новой кутикулы (например, линька, окукливание). Они наиболее эффективны при использовании против незрелых стадий вредителей. Дифлубензурон, в настоящее время зарегистрированный под торговым наименованием Dimilin, используется для контроля развития непарного шелкопряда, хлопкового долгоносика, а также различных других вредителей.

· Аналоги гормона линьки. Экдистероиды стимулируют процесс линьки, имитируя действие гормона линьки. Нанесенные на поверхность тела насекомого или находящиеся в его пище, эти соединения инициируют преждевременное отделение покровов у несозревших стадий развития. Подобные соединения были обнаружены в некоторых растениях, где они, видимо, служат в качестве защиты от растительноядных насекомых. Но, несмотря на их потенциал в качестве регуляторов роста насекомых, экдистероиды никогда не используются на коммерческой основе. Причина связана с тем, что их химическая структура похожа на репродуктивные гормоны человека (эстроген, прогестерон и тестостерон), а также они потенциально способны вызывать онкологические заболевания и врождённые дефекты у человека.

· Аналоги ювенильного гормона. Ювенильный гормон и родственные ему соединения действуют, как регуляторы роста насекомых, путем ингибирования развития изменений, связанных с эмбриогенезом, формообразованием и репродукцией. Во время нормального развития, уровень ювенильного гормона повышаются у личинок (или нимф) и снижается перед окукливанием (или вылуплением взрослой особи). Контактное воздействие аналогов ювенильного гормона на стадии яйца или после последней личиночной линьки может ингибировать развитие, спровоцировать задержку созревания, и в конечном итоге привести к смерти. Поскольку действие гормона и его аналогов, как правило, довольно растянуто во времени (от нескольких дней до нескольких недель), аналоги ювенильного гормона имеют ограниченное применение в сельском хозяйстве. Но несколько соединений (например, гидропрен, кинопрен и метопрен) были успешно включены в бытовых товаров для контроля муравьев, блох и других домашних вредителей.

· Анти-ювенильные гормоны. Эти уникальные соединения (прекоцены) впервые были выделены в 1976 году из агератума Гаустона (Aegeratum houstonianum). Прекоцены являются цитотоксическими веществами. Они активируются под действием ферментов в corpus allatum (эндокринная железа ювенильного гормона) насекомого и избирательно уничтожают эти железы, предотвращая всё последующее образование ювенильного гормона. В организме незрелых насекомых воздействие анти-ювенильных гормонов может привести к преждевременному развитию взрослых структур или поведения. У взрослых особей прекоцены могут привести к бесплодию, так как наличие ювенильного гормона необходимо для нормального производства яиц и сперматозоидов. Анти-ювенильные гормоны наиболее эффективны против полужесткокрылых. Несмотря на уникальный режим действий, эти IGR-соединения никогда не выпускались на коммерческой основе, так как они быстро разлагаются в присутствии кислорода.

Токсические инсектициды - химический контроль смертности.

Обычные инсектициды являются одними из наиболее популярных агентов химического контроля, потому что они легкодоступны, обладают быстро проявляющимся эффектом и достаточно высокой надежностью. Одно приложение может контролировать несколько различных видов вредителей и обычно образует стойкий остаток, который продолжает убивать насекомых в течение нескольких часов или даже дней после подачи заявки. Из-за их удобства и эффективности, использование инсектицидов быстро стало стандартной практикой для борьбы с вредителями в течение 1960-1970-х годов. Перерасход, злоупотребление, неправильное и нерациональное пользование этими химическими веществами в ряде случаев привели к долгосрочным экологическим последствиям, что повлекло за собой широкое распространение критики химического контроля.

Эффективность инсектицида обычно зависит от того, где и когда вредитель встречает его. Большинство инсектицидов поглощаются непосредственно через экзоскелет насекомого. Эти соединения известны как контактные яды. Другие инсектициды - фумиганты - распыляются в газообразном состоянии и проникают в тело насекомого через систему трахей. Фумиганты наиболее эффективны, когда они используются в закрытых помещениях, таких как теплицы или склады. Кроме того, существуют другие соединения, которые должны поступать в организм, прежде чем они проявят свой эффект. Это так называемые желудочные яды. Они часто работают медленнее фумигантов или контактных ядов, но они по-прежнему полезны для некоторых видов борьбы с вредителями в домах и офисах.

Системные инсектициды представляют собой особый тип токсинов. Эти соединения поглощаются тканями растения (или животного) без побочных эффектов. При использовании обработанного организма в качестве источника пищи, насекомые-вредители подвергаются токсическому воздействию. Системные инсектициды иногда включаются в рацион домашних животных, чтобы защитить их от внутренних паразитов (например, Hypoderma lineatum и другие оводы). Также пестицид может быть введен в почву вокруг декоративных растений. Инсектициды поглощаются корнями и транслоцируются в листья, стебли, и цветки. Если насекомое при питании на обработанном растении не приобретает смертельную дозу инсектицида, оно может потерять интерес к культуре, как к пищевому ресурсу. Хотя системные инсектициды, как правило, применяются в садоводческих посадках, они не столь полезны для многих продовольственных культур, потому что инсектицид остается в плодах и листьях и после сбора урожая.

Инсектициды содержат один или более активных ингредиентов, которые служат в качестве токсикантов. В чистом виде эти химические вещества могут быть слишком токсичны, слишком нестабильны или слишком неустойчивы для безопасного применения. Поэтому технически чистый инсектицид всегда смешивается с другими соединениями, известными в качестве адъювантов, с целью повышения производительности, безопасности или управляемости характеристик коммерческого продукта. Эти смеси известны как композитные. Почти любое вещество может быть адъювантом: пемза, измельченная ореховая скорлупа, порошок из корня тыквы вонючей (Cucurbita foetidissima), растительное масло и т.д. Эти соединения, как правило, указаны на этикетке в качестве «инертных ингредиентов», но они также обладают определённой активностью. Многие адъюванты являются запатентованными продуктами, защищёнными промышленными тайнами. Они могут представлять собой 90-95% от общего объема коммерческого препарата.

Несмотря на многие преимущества, обычные инсектициды не являются идеальными агентами по борьбе с вредителями. Так, одна из самых сильных сторон - широкий спектр активности - также является одним из их недостатков. Хотя это, безусловно, является преимуществом для контроля нескольких видов вредителей с помощью одной химической обработки, неспецифичность большинства традиционных инсектицидов представляет собой серьезную угрозу для нецелевых организмов в окружающей среде. Высокая смертность среди естественных регуляторов численности вредителей может иметь долговременное воздействие на экологический баланс любого сообщества. При отсутствии агентов биоконтроля, более интенсивное использование инсектицидов может стать единственным доступным средством регуляции численности вредителей. В результате процесс химического контроля становится замкнутым.

Нецелевой эффект подобных инсектицидов не ограничиваются агентами биоконтроля. Большая часть хлорорганических соединений (например, ДДТ) была запрещена к использованию из-за их косвенного воздействия на репродуктивную функцию у хищных птиц (например, орлов, скопы, кондоров и т.д.). Эти экологически устойчивые соединения хорошо растворимы в жирах, что позволяет им накапливаться в жировых тканях нецелевых организмов. Хищники, особенно в верхней части пищевой цепи, накапливают концентрации пестицидов во много раз большие, чем где-либо ещё в окружающей среде. Этот процесс, известный как биоаккумуляция, был ответственен за высокий уровень ДДТ и родственных соединений в тканях хищных птиц в течение 1960-х и 1970-х годов. Эти пестициды не вызывали отравления у взрослых особей, но при этом стали причиной истончения яичной скорлупы и высокой частоты нарушения целостности яиц во время инкубации [Carson, 2002]. Большинство хлорорганических инсектицидов были запрещены в течение 1970-х и 1980-х годов, и многие из находящихся под угрозой исчезновения видов птиц в настоящее время восстанавливают свою численность.

В некоторых случаях сублетальные концентрации инсектицида могут стимулировать, а не подавлять рост популяции вредного организма. Это явление наблюдается в ряде видов вредителей, в том числе двупятнистого паутинного клеща (Tetranychus urticae), козявок (Diabrotica virgifera) и бурой рисовой цикадкой (Nilaparvata lugens). Низкие дозы пестицида могут стимулировать процесс питания, тем самым увеличивая репродуктивный потенциал вредного организма или уменьшая сроки онтогенеза.

И, наконец, существует проблема устойчивости к инсектицидам. Насекомые обладают очень высокой адаптивной способностью. За последние 400 миллионов лет им удалось выжить, приспособиться к изменениям в окружающей среде. Потому они также могут адаптироваться к воздействию химических пестицидов. Сопротивление экспоненциально растет с конца 1940-х годов, и сегодня насчитывается более 500 видов вредителей, которые демонстрируют некоторый уровень сопротивления к воздействию, по меньшей мере, одного типа инсектицидов.

Насекомые могут стать устойчивыми к инсектицидам несколькими способами. Биохимическая резистентность, как правило, включает в себя изменения в метаболических путях, что насекомые обычно используют, чтобы сломать защиту растений и других экологических токсинов. Этой детоксикации способствуют ферменты (эстеразы, гидролазы, трансферазы и оксидазы), которые изменяют химическую структуру токсикантов, прежде чем последние причиняют физический вред. Физиологическая резистентность включает в себя функциональные изменения в основных жизненных процессах, которые изменяют путь взаимодействия токсиканта с организмом. Некоторые немецкие тараканы (Blatella germanica), например, стали устойчивыми к карбарилу (уретан, обладающий инсектицидной активностью) в результате генетических изменений, связанных с проницаемостью их кутикулы. Поведенческая резистентность может произойти в результате какого-либо врожденного изменения в поведении, что снижает вероятность столкновения насекомого с токсикантом.

Когда популяция насекомых становится резистентным к одному инсектицида, она может также стать менее восприимчивой к другим токсикантам той же химической природы. Это явление, известное как классовая резистентность, является общей проблемой во всех основных группах инсектицидов (хлорорганических, фосфорорганических соединений, карбаматов и синтетических пиретроидов). Когда инсектицид теряет свою эффективность из-за устойчивости к вредителям, пользователи, как правило, заменяют его другим соединением из другой химической группы. Но устойчивость к одной группе соединений не препятствует последующему развитию резистентности к соединениям других химических групп.

На протяжении многих лет, некоторые вредные организмы выработали устойчивость к почти каждому инсектициду, который когда-либо использовался для борьбы с ними. Колорадский жук (Leptinotarsa decemlineata) на территории Лонг-Айленда, Нью-Йорк - вероятно, лучший пример популяции, обладающей резистентностью ко многим видам пестицидов. Любые попытки предотвратить развитие резистентности насекомых представляются невозможными, но есть способы увеличить эффективность инсектицида, например, за счёт дополнительных сопутствующих компонентов.

2.5 Биологический контроль

Природные стратегии контроля, которые используют биологические агенты для подавления вредителей классифицируются как тактики биологического контроля. Обычно этот термин относится к практике выращивания и выпуска естественных регуляторов численности: паразитов, хищников или патогенов. Немного более широкое определение понятия «биологический контроль» включает в себя любую деятельность по регулированию популяций вредителей, которая предназначена для защиты или сохранения их естественных регуляторов численности.

Агенты биоконтроля включают широкое разнообразие форм жизни, в том числе животных (позвоночных и беспозвоночных), грибов и микроорганизмов. Эти виды распространены в большинстве природных сообществ, регулируя плотность популяции хозяина/жертвы. Биологическая борьба с вредителями стремится восстановить этот баланс одним из трех способов [Meyer, 2003]:

· Импорт. Иностранные разведки проводятся с целью выявления и сбора естественных регуляторов численности в стране, из которой были введены инвазивные виды вредителей. После открытия потенциального агента биологической борьбы, он подвергается всесторонней оценке, чтобы гарантировать, что его экология и диапазон хозяина совместимы с сообществом, в которое он будет введен, и что он не станет вредителем, когда будет выпущен.

· Сохранение вида. Разнообразие действий управления может быть использовано для оптимизации выживаемости и/или эффективности естественных регуляторов численности. Мероприятия по сохранению могут включать в себя уменьшение или прекращение применения инсектицидов, чтобы избежать ликвидации естественных регуляторов численности, колеблющиеся даты сбора урожая на соседних полях или рядках для обеспечения постоянного притока добычи, предоставление убежища, мест для перезимовки или альтернативных источников питания для улучшения выживаемости полезных видов.

· Увеличение. Регуляторы численности, которые не в состоянии выжить и/или развиваться в новой среде, могут иногда быть выращены в больших количествах и периодически выпускаться для подавления популяций вредителей. В некоторых случаях, небольшое количество биологических агентов выпускаются в нескольких критических местах, чтобы подавить возможные вспышки вредителей. В других случаях, большие площади освобождаются в одном месте, чтобы полностью аннигилировать популяцию вредителей большим количеством видов-регуляторов численности.

Один лишь факт, что данное насекомое является хищником или паразитом, не является гарантией того, что данный вид может быть эффективно использован, как биологический агент контроля. С начала 1900-х годов более 600 видов полезных насекомых были введены в США. Из них только около 20% были успешны, как агенты биологической борьбы; еще 35% были частично успешными, и остальные 45% никогда не утвердились или не оказали существенного влияния на популяции вредителя. Из этих успехов и неудач, энтомологи пришли к выводу, что введение агентов биоконтроля является наиболее эффективными, когда используемые виды проявляют следующие характеристики [Meyer, 2003]:

· Узкий диапазон хозяев. Хищники с широким спектром трофических объектов могут быть хорошими биологическими агентами, но они не регулируют численность вредителей в достаточной степени, если доступны другие виды добычи.

· Климатическая адаптация. Регуляторы численности должны быть в состоянии выжить в условиях экстремальных температур и влажности, с которыми им, возможно, придется столкнуться в новой среде обитания.

· Синхронность жизненного цикла с таковым у добычи/хозяина. Хищник или паразит должен присутствовать, когда вредитель только появляется.

· Высокий репродуктивный потенциал. Хорошие агенты биоконтроля должны производить большое количество потомства. В идеале, паразит завершает более чем одно поколение в течение каждого поколения вредителя.

· Эффективные поисковые способности. Для того, чтобы выжить, эффективные биологические агенты должны быть в состоянии найти их хозяина или добычу, даже если численность популяции вида-вредителя мала.

· Короткое время обработки. Естественные регуляторы численности, которые быстро потребляют добычу или откладывают яйца, имеют больше времени, чтобы найти и атаковать других членов популяции вредителя. Небольшие популяции эффективных биологических агентов могут быть более результативными агентами биоконтроля, чем большие популяции менее эффективных видов.

· Выживание при низкой плотности объекта питания. Если биологический агент слишком эффективен, он может устранить свой собственный источник питания, после чего произойдёт вымирание популяции от нехватки пищи. Наиболее эффективные средства биоконтроля позволяют уменьшить численность вредителей до минимально возможного, после чего происходит естественное поддержание популяции вредителя на стабильно низком уровне.

Так же, как хищники и паразиты могут служить в качестве эффективных агентов биологической борьбы для популяций насекомых-вредителей, травоядные насекомых также доказали свою эффективность в качестве агентов для борьбы с популяциями сорняков. Нанесение повреждений фитофагами может ослабить растение или повысить ее восприимчивость к болезни, иссушению, низким температурам, или воздействию других фитофагов. В любом случае, пострадавший завод, вероятно, утратит конкурентоспособность, а полезные виды будут иметь возможность заселить освободившееся пространство. Биологическая регуляция таких сорняков, как зверобой продырявленный и опунция, может служить примером успешной борьбы с сорняками с помощью травоядных насекомых.

Биологический контроль является особенно привлекательным, как альтернативная борьба с вредителями, потому что, в отличие от большинства других приемов, не всегда требует многократной повторности, когда происходит вспышка численности вредителя. После того, как естественные регуляторы численности попадают в новую среду, есть шанс, что они смогут адаптироваться и обеспечить саморегулирующуюся форму контроля. Биологический контроль также увеличивает, а не уменьшает, видовое разнообразие в пределах агроэкосистем. Это увеличение разнообразия часто приводит к большей стабильности, потому что неконтролируемые колебания в плотности населения менее распространены в районах с развитой трофической системой.

Биологический контроль не является быстрым способом для большинства проблем с вредителями. Регуляция с помощью хищников и паразитов, как правило, требует больше времени на подавление популяции вредителя, чем другие формы борьбы с вредителями, и фермеры часто рассматривают это, как недостаток. Ещё одной из причин является сложности «интегрирования» биологических агентов, когда пестициды все еще находятся в эксплуатации. Полезные насекомые часто очень чувствительны к пестицидам и их возрождение (восстановление плотности популяции до уровня, предшествовавшего распылению) обычно гораздо медленнее, чем в популяции вредителей. Быстрое возрождение вредителей часто приводит к продолжающемуся использованию химикатов, что окончательно лишает популяцию биологических агентов возможности восстановиться.

Возможно, наибольший потенциал для дальнейшего прогресса в биологической борьбе заключается в улучшении успех патогенных микроорганизмов. Многие из этих организмов весьма полезны, как биологические агенты: они регулируют численность узкого круга вредителей, они не опасны для человека или домашних животных, и они не представляют угрозы для окружающей среды. Однако возбудители заболеваний не столь надежны, как другие формы борьбы с вредителями. Они уязвимы к высыханию, ультрафиолетовому излучению и высоким температурам. Они не могут выжить достаточно долго в окружающей среде, так как сталкиваются с множеством лимитирующих факторов, и даже если они выживают, их вирулентность может быть слишком низкой, чтобы преодолеть оборону хозяина.