В последние несколько лет, однако, намечается обнадеживающий прогресс в развитии микробных инсектицидов. Это коммерческие суспензии спор, токсинов, или вирусных частиц, которые могут быть смешаны с водой и разбрызгиваются на культуры так же, как обычные инсектициды. Во многих случаях, микробные инсектициды лучше, чем обычные инсектициды, потому что они подавляют популяцию вредителей без устранения природных популяций хищников и паразитов. Большое количество исследований по-прежнему необходимо, прежде чем будет возможно использование всего потенциала биологического регулирования. К счастью, новые разработки в области биотехнологии в скором времени может позволить создавать новые штаммы патогенных микроорганизмов, которые являются более опасными, более удобными для массового производства, и менее чувствительными к температуре и влажности.

2.6 Селекция устойчивых видов

Селекция растений (или животных), направленная на устойчивость к насекомым на самом деле просто еще одна форма биологической борьбы с вредителями. Вместо поиска организмов, способных регулировать численность вредителей, селекционеры ищут генетические признаки (или их комбинации), которые снижают восприимчивость организма к повреждениям его насекомыми-вредителями.

Эта идея впервые была опробована в 1870-х годах К. В. Райли, энтомологом, который успешно боролся во Франции с виноградной филлоксерой (Dactylosphaera vitifoliae), используя резистентные к ней североамериканские подвои. Большая часть работ в этой области проведена с растительными организмами, потому что они, как правило, легче контролируются, чем животные, а их селекция требует меньших затрат.

В целом, существует три подхода, которые растениеводы используют для разработки устойчивых сортов [Meyer, 2003]:

· Антибиоз. Растения производят широкий спектр защитных соединений - аллелохимикатов, которые защищают их от фигофагов. Эти соединения могут замедлять темпы роста, подавлять репродукцию, изменять физиологию, задерживать созревание или повлечь за собой различные физические или поведенческие отклонения у растительноядных животных. При выборе растений с высоким уровнем аллелохимикатов, или путем селекции таких растений часто можно вывести новые сорта, устойчивые к повреждениям вредителями, при этом также обладающие высокой сельскохозяйственной ценностью.

· Антиксеноз. Одно из физических или химических свойств растения может сделать его несъедобным или отталкивающим для растительноядных животных, что обуславливает их защищённость. Это свойство может включать в себя наличие репеллентов (или отсутствие аттрактантов), или оно может включать в себя физические черты, такие как жёсткие волоски, восковая кутикула или толстый, жесткий эпидермис, которые препятствуют питанию вредителей.

· Толерантность. Толерантные сорта могут быть подвержены тем же популяциям вредителей, что и уязвимые, но при этом повреждения вредителями куда меньше влияют на жизнеспособность первых.

Развитие устойчивых сортов традиционными методами селекции может быть медленным и неопределенным процессом. Но новые достижения в области биотехнологии позволяют теперь отбирать гены из одного организма и вставить их в клетки совершенно другого. Так, например, ген дельта-эндотоксина (патогенное вещество для насекомых), выделенный из Bacillus thuringiensis, уже был вставлен в геном некоторых сельскохозяйственных растений (в частности, хлопка и табака). Благодаря этому клетки растений могут производить свои собственные токсины, что делает их "устойчивыми" к определенным растительноядным насекомым [Meyer, 2003] В настоящее время методы сплайсинга развиваются достаточно быстрыми темпами, обуславливая новые возможности для расширения разнообразия устойчивых генотипов растений.



2.7 Контроль рождаемости и евгенический контроль

Некоторые тактики управления предназначены для подавления популяции вредителя путем изменения его генетического состава и/или уменьшения его репродуктивного потенциала. Эта тактика часто известна, как генетический контроль [Meyer, 2003], потому что она влияет на точность или эффективность, с которой вид вредителя передаёт свой генетический материал (ДНК) от одного поколения к другому. Генетический контроль, как правило, работает в одном из двух направлений: либо вызывая (индуцируя) репродуктивную стерильность, или включая новые и потенциально вредные гены (или аллели генов) в геном популяции вредителя. В результате, некоторые члены видов вредителей превращаются в биологические бомбы замедленного действия, которые в конечном итоге подорвать жизнеспособность и уничтожить популяцию.

Насекомые могут быть стерилизованы, будучи подвергнутыми воздействию определенных химических агентов (хемостерилизаторы) или несмертельного уровня ионизирующего излучения (рентгеновские лучи или гамма-лучи). Хемостерилизаторы в данном случае будут выступать, как форма химического контроля. Как правило, они работают, блокируя наступление половой зрелости, путем ингибирования производства яиц и/или сперматозоидов, или путем повреждения хромосом.

Воздействие радиации также повреждает хромосомы (как правило, мутационные изменения). Так как клетки с поврежденными хромосомами не могут поделиться правильно, они не образуют нормальные гаметы, и утрачивается способность к образованию жизнеспособного потомства.

Воздействие радиации на развитие насекомых впервые было изучено в 1916 году, но это знание не имело практического применения до 1930-х годов, когда Эдвард Ф. Книплинг [Knipling, 1972] предположил, что это может быть использовано для подавления популяции вредителей путем увеличения в ней численности облучённых бесплодных самцов. Поддерживая постоянное население стерильных самцов, что было большим по сравнению с числом девственных самок, Книплинг подсчитал, что количество оплодотворений будет уменьшаться в каждом поколении, пока популяция не был вынуждена исчезнуть.

Первый масштабный тест тактики с использованием стерильных самцов был проведен Книплингом в 1954 году на острове Кюрасао против американской тропической мясной мухи (Cochliomyia hominovorax), закончившийся успешной ликвидацией популяции.

Резкий успех первого проекта Книплинга привел к более крупным программам ликвидации тропической мясной мухи на юго-востоке и юго-западе Соединенных Штатов и повышенному интересу к «технике стерильных самцов» [Knipling, 1972] для ликвидации других видов вредителей, в том числе средиземноморской плодовой мухи (Ceratitis capitata), хлопкового долгоносика (Anthonomus grandis), малой коровьей жигалки (Haematobia irritans), мух цеце (Glossina sp.), хлопковой моли (Pectinophora gossypiella) и яблонной плодожорки (Cydia pomonella).

Техника стерильных самцов имеет целый ряд достоинств и недостатков. С теоретической точки зрения, использование стерильных самцов является весьма привлекательным, поскольку это не загрязняет окружающую среду, является видоспецифичным методом, и увеличивает свою эффективность при уменьшении численности в целевой популяции (автокаталитический процесс). Но на практике этот метод неэффективен, если популяция вредителей не отвечает следующим критериям [Meyer, 2003]:

· Легкость массового производства.

· Самки спариваются только один раз. Эта характеристика является редкостью среди насекомых, но это важно для успеха техники стерильных самцов, так как несколько спариваний только увеличивают вероятность того, что самка будет оплодотворена фертильным самцом.

· Самцы могут быть стерилизованы без потери конкурентоспособности. Стерильные самцы должны быть в состоянии успешно конкурировать за право спариваться с самкой с фертильными самцами. Они должны быть физически и поведенчески идентичны нормальным самцам.

· Низкая начальная популяция. Популяция вредителей должна быть достаточно мала настолько, чтобы первый выпуск стерильных самцов был больше, чем численность фертильных.

· Ограниченный географический ареал. Стерильные самцы должны распространиться по всему ареалу.

В течение последних нескольких лет разрабатываются новые стратегии генетического контроля, которые работают за счет изменения строения ДНК или добавления новых генов или их аллелей в генетическую структуру популяции вредителя. Одним из таких подходов включает в себя выведение особей вредителя со специфическими изменениями в геноме, чтобы сделать их более чувствительными к низким или высоким температурам. Этот тип генетических признаков известен, как условно летальная мутация [Meyer,2003]; смертность в популяции увеличивается только в определённых экстремальных условиях окружающей среды. Генетически измененные таким образом особи вносятся в окружающую среду для последующего их скрещивания с нормальными, не изменёнными особями и внесения специфического гена в популяцию. Данный метод может сработать только в том случае, если мутация закрепится и проявится у большей части популяции вредителя до того момента, когда экстремально низкие или высокие температуры уничтожат изменённых особей.

Другой перспективный подход включает в себя цитоплазматическую несовместимость (cytoplasmic incompatibility) [Yen, Barr, 1971]. Хотя насекомые не имеют иммунной системы, некоторые виды действительно имеют разные «штаммы», которые не совместимы репродуктивно: цитоплазма яйцеклетки одного штамма может содержать вещества, блокирующие или ингибирующие сперматозоиды от другого штамма. При массовом разведении этих «несовместимых» насекомых появляется возможность искоренить популяции вредного организма и заменить его штаммом, генетически изменённым в сторону уязвимости к определённым факторам среды.

2.8 Комплексный контроль

Все вышеперечисленные методы в той или иной степени используются в промышленном и частном сельском хозяйстве, зачастую с определённым уклоном в сторону одного или другого метода. Причины разнообразны: особенности возделывания почвы, степень взаимосвязанности грунта с внешней средой (открытый или закрытый грунт), законодательные требования и стандарты, уникальные для каждой страны. Но, поскольку у каждого из методов существуют определённые серьёзные недостатки, использование каждого из них по отдельности неэффективно в большинстве случаев. Так, химический метод может привести к увеличению концентрации токсических веществ в продукции, биологический действует слишком медленно и может быть эффективен только против небольших популяций, генетический и евгенический методы экономически невыгодны и ограничены в выборе объектов. Методы регуляции популяций вредителей могут быть интегрированы для достижения большей эффективности. Развитие резистентности, воздействие на нецелевые организмы, а также нанесение ущерба окружающей среде могут быть сведены к минимуму с избирательным и разумным использованием различных тактик. Такой подход широко известен, как комплексный или интегрированный контроль (integrated pest control) [Meyer, 2003].

Комплексная борьба с вредителями не является новой концепцией. Она активно реализовывалась, прежде чем синтетические органические инсектициды стали широкодоступны. После Второй мировой войны от многих тактик отказались в пользу химического метода, потому что химические препараты были крайне эффективными, удобными и недорогими. После того, как опасность чрезмерной зависимости от одной стратегии управления стала очевидной, принципы комплексной борьбы с вредителями вновь были приняты.

На сегодняшний день, интегрированные формы борьбы с вредителями лежат в основе программ комплексной борьбы с вредителями (Integrated Pest Management, IPM) [Seaman, 2012], которые принимают комплексный и междисциплинарный подход к решению проблем борьбы с вредителями. Насекомые, сорняки, болезни растений, позвоночные вредители (например, птицы и грызуны) включены в сферу влияния IPM. Эти программы нацелены на контроль популяций, а не их искоренение. Они принимают широкий экологический подход к проблемам вредителей, сосредоточив внимание на всех членах комплекса вредителей в целях выявления оптимальной комбинации тактики контроля, которая позволит сократить численность вредителей ниже экономических порогов и поддерживать её с минимальным воздействием на остальную часть окружающей среды. Этот подход в значительной степени зависит от культурных и биологических тактик, которые дополнены тщательно просчитанным применением высокоизбирательных химических пестицидов.

Сложность современных программ IPM будет продолжать расти, поскольку появляется всё больше знаний о насекомых-вредителях, разрабатываются новые тактики контроля, а также возможности оптимизации существующих стратегий контроля. Математические модели темпов роста популяций вредителя и взаимоотношений «растение-вредитель» в настоящее время разрабатываются и включены в компьютерные программы, с помощью которые появляется возможность усваивать и интерпретировать данные из множества различных переменных, влияющих на динамику популяции вредителя. Эти компьютерные программы, как правило, известные как экспертные системы (expert systems) [Meyer, 2003], являются еще одним инструментом для контроля вредителей.

Но независимо от названий методов, основные этапы комплексного контроля вредителей остаются прежними [Meyer, 2003]:

1. Идентификация. Обнаружение присутствия популяции вредителя и определение его вида. Близкородственные виды могут быть очень похожи по внешнему виду, но существенно различаются с точки зрения потенциала борьбы с ними.

2. Количественный анализ. Отбор проб для измерения плотности населения и колебаний численности.

3. Определение. Выявление вероятности разрастания популяции до экономически опасного для сельскохозяйственных посадок уровня.

4. Спецификация. Определение наиболее оправданного вида контроля, а также инструментов или ресурсов, необходимых для его реализации.

5. Применение. Принятие всех необходимых мер для подавления популяции вредителя.

6. Оценка. Подтверждение эффективности тактики управления. Повторная оценка ситуации и принятие соответствующих мер в случае необходимости.



Глава III. История развития биологического и химического методов контроля

Тактики борьбы с вредителями иногда упоминаются в трудах древних китайцев, шумеров и египтян. Многие из этих тактик были связаны с религией или суевериями, но некоторые из них имели реальную научную ценность. Хищные муравьи, например, были использованы в Китае еще в 1200 году до н.э. для защиты цитрусовых рощ от гусениц и короедов. Канаты или бамбуковые палочки, соединяющие ветви соседних деревьев, помогали муравьям перемещаться с места на место. В Илиаде Гомер (8-е г. до н. в.) описывает использование огня для отпугивания саранчи, а древние египтяне организовали длинные линии из людей, отпугивающих их стаи. Пифагор, греческий философ и математик, помог справиться с малярией в сицилийском городе в VI веке до н.э., поручив жителям осушать болота. Химические вещества, представляемые в качестве пестицидов, находились в общем пользовании. Многие из них были сомнительной ценности, но некоторые работали, а некоторые из них всё ещё используются сегодня. Некоторые из неорганических соединений, например, сера и мышьяк, применялись в качестве токсикантов, а многие растительные экстракты, используемые древними аптекарями (например, лимонное масло, полынь, морозник, блошница дизентерийная и т.д.) действительно содержат соединения с инсектицидными свойствами.

Был очень незначительный прогресс в борьбе с вредителями в период Средневековья. Господствующие невежество и суеверия усугубляли положение. Яркий пример: Святой Бернхард отлучил мух от своего прихода в 1121 году. Ферранте Императо в книге под названием "Естественная история" (1599) давал следующие рекомендации по устранению мух из жилища:

"... нарисовать изображение мухи ... на медной пластине во второй половине созвездия Рыб ... затем закопать её в центре вашего дома (в течение) первой половины созвездия Тельца."

("... draw the image of a fly ... on a copper plate during the second half of the constellation of Pisces ... then bury it in the center of your house (during) the first half of the constellation of Taurus.") [Meyer, 2003].

С эпохи Возрождения, начинаются более точные наблюдения естественной истории и поведения, что привело к более изобретательным методам контроля. Ручной сбор широко использовался в начале борьбы с вредителями, также развивались культурные, физические и химические методы. Франц Эрнст Брюкманн, немецкий врач, который жил в начале 1700-х годов, разработал первые механические ловушки для насекомых. Основа ловушки состояла из деревянной коробки со сладким аттрактантом, оснащенной подпружиненной крышкой. Когда несколько мух собирались внутри ловушки, крышка захлопывалась, запирая мух внутри. Затем объем ловушки уменьшался, сдвигая края коробки вместе. Брюкманн также разработал блошиные ловушки. Это были полые, перфорированные цилиндры, содержащие внутри кровь или мед и приспособленные под ношение в качестве кулона. Какое-то время эти блошиные ловушки, изготовленные из слоновой кости или серебра и часто богато украшенные, были популярны, как модные аксессуары. Их часто носили представители аристократии Западной Европы.

Во второй половине XIX века наносимый урожаю ущерб стал настолько количественно значимым для экономики многих стран, что необходимость борьбы с вредителями стала актуальной проблемой [Поспелов, 1998].

3.1 История развития химического контроля

Первое зарегистрированное использование инсектицидов составляет около 4500 лет назад - шумеры использовали соединения серы для борьбы с насекомыми и клещами. В то же время около 3200 лет назад китайцы использовали соединения ртути и мышьяка для контроля вшей [History of Pesticides, 2008]. Записи из древней Греции и Рима показывают, что религия и народная магия использовали приёмы, которые можно отнести к химическому методу, для борьбы с болезнями растений, сорняками и вредителями. Поскольку не было химической промышленности, любые продукты, используемые для контроля вредителей и патогенов, должны были быть либо продуктами распада материалов растительного или животного происхождения или, если минеральной природы, легко получаемы или доступны. Так, например, дым представляется, как средство против мучнистой росы и других болезней растений. Принцип заключался в том, чтобы сжечь некоторые материалы, такие как солома, полова, крабы, рыба, навоз быка или другого крупного рогатого скота, с наветренной стороны так, чтобы дым, предпочтительно зловонный, распространялся по всему фруктовому саду, полю или винограднику. Окуривание также использовалось против насекомых, в частности с использованием различных растительных экстрактов, таких, как горький люпин или дикий огурец. Деготь использовался в качестве ловушки для ползающих насекомых. Сорняки контролировались в основном вручную путём прополки, но были описаны и различные «химические» методы, например, использование соли или морской воды [Singer, 1958, Smith, Secoy, 1975]. Пиретрум, который получают из высушенных цветков растения Chrysanthemum cinerariaefolium, получившего название "пиретрумовая ромашка", использовался в качестве инсектицида на протяжении более 2000 лет. Многие неорганические химические вещества использовались с древних времен, а некоторые, в частности, бордосская смесь на основе сульфата меди и извести [Smith, Secoy, 1976], до сих пор используются против различных грибковых заболеваний.

Вплоть до 1940-х годов неорганические вещества, такие как хлорат натрия и серная кислота, или органические химические вещества, полученные из природных источников, использовались в сравнительно небольших объёмах в борьбе с вредителями. Некоторые пестициды были побочными продуктами производства угольного газа или других промышленных процессов. Органические соединения, такие, как нитрофенолы, хлорофенолы, креозот, нафталин и нефтяные масла, использовались против грибковых заболеваний и насекомых-вредителей, сульфат аммония и арсенат натрия - в качестве гербицидов. Недостатком многих из этих продуктов был их высокий уровень применения, отсутствие селективности и фитотоксичность [MacLeod, 2002]. Рост производства синтетических пестицидов ускорился в 1940-х годах с открытием эффектов ДДТ, БХК, альдрина, дильдрина, эндрина, хлордана и других. Эти продукты были эффективными и недорогими, а ДДТ был наиболее популярным из-за его широкого спектра деятельности [Delaplane, 1996], предположительно низкой токсичности по отношению к млекопитающим. ДДТ снижал распространение заболеваний, переносимых насекомыми, таких как малярия, желтая лихорадка и тиф; в 1949 году д-р Пол Мюллер получил Нобелевскую премию по медицине за открытие инсектицидных свойств ДДТ. Тем не менее, в 1946 году появились сведения о появлении устойчивости к ДДТ у домовых мух и, из-за его широкого использования, о вреде для нецелевых растений и животных. Помимо этого также возникли проблемы утилизации отходов от производства и использования ДДТ [Delaplane, 1996].

На протяжении большей части 1950-х годов потребители и большинство политиков не были чрезмерно обеспокоены потенциальным риском для здоровья в использовании пестицидов. Пища была дешевле из-за новых химических составов, и с новыми пестицидами не было никаких документально подтвержденных случаев смерти людей или серьезного ущерба от их «нормального» использования [Ganzel, 2007]. Были некоторые случаи последствий злоупотребления химическими веществами. Но новые пестициды казались достаточно безопасными, особенно по сравнению с формами мышьяка, которые убивали людей в 1920-х и 1930-х годы [Ganzel, 2003]. Тем не менее, проблемы могут возникнуть по причине неизбирательного воздействия, и в 1962 году данный факт был отмечен Рейчел Карсон в книге «Безмолвная весна» [Carson, 2002]. Проблемы, которые могут быть связаны с неизбирательным применением пестицидов, были обозначены, и их осознание проложило путь для более безопасных и более экологически чистых продуктов.

Исследования в области пестицидов продолжались, и в 1970-е и 1980-е годы был представлен гербицид, который впоследствии стал лидером продаж - глифосат. В меньших количествах стали использоваться гербициды на основе сульфонилмочевины и имидазолинона, а также производные динитроанилинов и арилоксифеноксипропионатов и циклогексадионов. Для инсектицидов был синтез 3-го поколения пиретроидов, введение авермектинов и бензоилмочевины в качестве средств для опрыскивания. В этот период также началось использование триазола, морфолина, имидазола, пиримидина и веществ из семейства дикарбоксамидов в качестве фунгицидов. Поскольку многие из агрохимикатов, введенных в это время, воздействовали строго определённым способом, из-за чего достигалось их относительно избирательное действие, проблемы с возникновением резистентности продолжали появляться, и стратегии контроля были введены для борьбы с этим негативным эффектом.

В 1990-е годы исследовательская деятельность сосредоточена на поиске новых веществ из уже известных семейств, которые имеют более высокую селективность и лучшие экологические и токсикологические профили. Кроме того, новые семейства агрохимикатов были введены на рынок, такие как гербициды на основе триазолопиримидина, трикетона и изоксазола, фунгициды на основе стробилурина и азолона, инсектициды на основе хлорникотинила, спинозина, фипрола и диацилгидразина. Для многих новых агрохимикатов применялась дозировка в меньших объёмах.

Производство новых химических инсектицидов [J. Coats, 2009] и фунгицидов [Morton, Staub, 2008] позволило улучшить контроль резистентности и селективность химикатов. В этот период также применяли методики моделирования для поиска и введения новых, более удобных и экологически безопасных составов. Использование систем комплексной борьбы с вредителями (IPM), которые препятствуют развитию популяций вредителей и снижают использование агрохимикатов, приобретает все более широкое распространение. Эти преобразования изменили характер борьбы с вредителями и имеют потенциал для снижения и/или изменения характера используемых агрохимикатов.

3.2 История развития биологического контроля

История биологического метода защиты растений с помощью насекомых может быть условно разделена на три:

I. Начальные попытки использования регуляторов численности. Биологические агенты вводились в среду бессистемно и без научного подхода. Объём точной информации об успехах достаточно невелик. Длительность этого периода - с 200 по 1887 гг.

II. Промежуточный период, связанный с интродукцией в 1888 году божьей коровки Rodolia cardinalis для борьбы с червецом Icerya purchasi. Этот период длился с 1888 по 1955 гг.

III. Современный период, характеризующийся более тщательным планированием и более точной оценкой регуляторов численности вредителей. Период продолжается с 1956 по настоящее время [Johnson, 2000].

Впервые хищничество среди насекомых было замечено достаточно давно, но использовать впервые его научились в Китае в III веке, где, ради защиты цитрусовых в сады завозились гнёзда хищных муравьёв вида Oecophylla smaragdina, эффективно регулировавших численность гусениц бабочек, например, Tesseratoma papillosa, а чтобы муравьи могли перемещаться, между деревьями были протянуты бамбуковые мостки. В XIII веке муравьёв стали использовать в Йемене также для защиты садов от различных вредителей среди насекомых. Также в эти годы проводились опыты по использованию божьих коровок в качестве регуляторов численности тлей и кокцид. Это были самые первые попытки использования насекомых-хищников против вредителей.

Но если хищничество среди насекомых стали использовать достаточно давно, то паразитизм был замечен намного позднее, лишь в XVII веке. Первые упоминания о паразитах насекомых были описаны итальянцем Альдрованди [Aldrovandi, 1602]. Он обнаружил коконы Apanteles glomeratus, прикреплённые к гусенице Pieris rapae, однако выдвинул ошибочное предположение, что это яйца некоего насекомого. Иллюстрации паразитоидов также можно встретить в книге «Metamorphosis» [Goedart, 1662]. В ней описаны «мелкие мушки», вылетающие из куколки бабочки. В 1700 году Антони ван Левенгук описал явление паразитизма среди насекомых [van Leeuwenhoek, 1702]. Он зарисовал самку паразитического насекомого, откладывающую яйца в тело тли-хозяина. Антонио Валлиснери в 1706 году впервые верно интерпретировал взаимоотношения носитель-паразит и был, фактически, первым человеком, объяснившим сущность паразитизма. Итальянский натуралист Гиацинто Честони в 1706 году извлёк других паразитов из вредителей капусты. Он назвал тлей «капустными овцами», а их паразитов «комарами-волками». Также в Европе в 1776 году для борьбы с постельным клопом Cimex lectularius были успешно выпущены хищные клопы-щитники Picromerus bidens.

Значительный вклад в развитие биологического метода борьбы с вредителями на данном этапе сделал Рене Антуан Реомюр. Он в 1726 году первым выявил специфический патоген, который был пригоден для использования биологическом контроле вредителей - гриб рода Cordiceps, паразитирующий на совках. Также в 1734 году он предлагал собирать яйца «тлеядных мух» («aphidivorous fly» - именно это название он дал златоглазкам) и размещать их в оранжереях для регуляции численности тли. В качестве доказательства он сам использовал этот метод в своей оранжерее.

Не только насекомые использовались для регуляции численности членистоногих-вредителей. Конец 1700-х годов отмечен, как период межматериковой интродукции птиц для контроля численности тех или иных насекомых. Например, обыкновенная майна Acridotheres tristis была завезена на остров Маврикий из Индии для борьбы с красной саранчой Nomadacris septemfasciata.

Период с 1800 по 1849 годы в Европе отмечен достижениями в области биологического контроля, причём успехи были сделаны и в фундаментальной части, и в прикладной. В 1800 году Эрасмус Дарвин рекомендовал защищать и благоприятствовать развитию мух-журчалок и наездников-ихневмонид, поскольку и те, и другие обладают высокой регуляторной способностью по отношению к гусеницам капустниц. Агостино Басси [Bassi, 1834] продемонстрировал, что микроорганизм Beauvaria bassiana может вызывать заболевание у гусениц шелкопрядов, названное мускардиной. Буасгирод [Boisgiraud, 1843] сообщил, что он использовал жужелиц вида Calasoma sycophanta, как эффективного регулятора численности личинок непарного шелкопряда на растущих тополях около его дома в сельской местности во Франции. Он также сообщил, что он уничтожил уховерток в своем саду путем введения хищных жуков-стафилинид.

Начиная с 1850 года, события, связанные с экспансией европейских сельскохозяйственных культур в США, проложили путь для дальнейшего развития в области биологического контроля. Во время и после "золотой лихорадки" в Калифорнии сельское хозяйство развивается быстрыми темпами, особенно в Калифорнии. Сначала новые и завезённые виды сельскохозяйственных культур оставались нетронутыми. Но, как и следовало ожидать, вскоре вредители адаптировались к новым условиям, и их резкие вспышки увеличения численности стали приводить к ещё более разрушительным последствиям. Многие из этих вредителей оказались интродуцированными, и их воздействие оказывалось гораздо более губительным в недавно колонизированных районах, чем в их родных странах. Было сделано предположение, что, возможно, эти вредители изначально в естественных местах обитания испытывали действие какого-либо лимитирующего фактора, отсутствующего в новых сообществах. Это потребовало более тщательного изучения, благодаря чему впоследствии большая часть открытий была сфокусирована именно в Америке.

Аса Фитч [Fitch, 1855] - государственный энтомолог из Нью-Йорка, считается первым энтомологом, серьезно рассмотревшим вопрос об интродукции полезных насекомых из одной страны в другую для контроля сельскохозяйственных вредителей. Фитч предположил, что европейские паразиты пшеничного комара Sitydiplosis mesellana могут быть внесены на сельскохозяйственные угодья в восточной части Соединенных Штатов. Бенджамин Уолш поддержал предложение Фитча и в 1866 году он стал первым работником в Соединенных Штатах, предположившим, что насекомые могут быть использованы в борьбе с сорняками. Он предложил, что насекомые, питающиеся побегами льнянки Linaria vilgaris, можно импортировать из Европы для регуляции численности инвазийной жёлтой льнянки. Однако первый фактический случай биологической борьбы с сорняками был в Азии, где около 1865 кошенильных червецов вида Dactylopius ceylonicus были ввезены из Южной Индии в Цейлон для контроля численности опунции обыкновенной Opuntia vulgaris. Первоначально Dactylopius были импортированы в Индию из Аргентины в 1795 году в ошибочном убеждении, что это был кошенильный червец вида Dactylopius cacti, из которого изготавливают кармин.

Чарльз Валентайн Райли был назван отцом современной биологической борьбы. Он поставлял паразитоидов сливового долгоносика Rhynchites cupreus из Кирквуда, Миссури, в другие части этого штата. В 1873 году он стал первым человеком, который успешно смог интродуцировать хищника из одной страны в другую, а именно американского хищного клеща Tyroglyphus phylloxerae во Францию для использования против виноградной филлоксеры Dactylosphaera vitifoliae. Впрочем, этот эксперимент оказался не особенно удачным. В 1883 году Райли совершил первый успешный межконтинентальный перенос насекомых, на сей раз - Apanteles glomeratus, из Англии в Соединенные Штаты для контроля завезённых личинок белянки Pieris rapae. Он был главным энтомологом в Департаменте сельского хозяйства США. В 1872 году, за 11 лет до ввоза Apanteles glomeratus, Райли выразил свою заинтересованность в масштабах распространения червеца Icerya purchasi, который считался самым опасным вредителем цитрусовых в Калифорнии. Он также правильно определил ареал их естественного происхождения в Австралии. В 1882 году из США в Канаду были успешно завезены наездники-яйцееды рода Trichogramma для контроля численности личинок чешуекрылых.

С 1888 по 1889 годы в Калифорнии проводился масштабный проект «The Cottony Cushion Scale Project». Причиной послужило массовое распространение червеца Icerya purchasi, интродуцированного в 1868 году. Популяция этого вида-вредителя продвинулась на юг и была готова нанести непоправимый ущерб насаждениям цитрусовых. Для получения сведений Чарльз Валентайн Райли, будучи уже начальником отдела энтомологии при Министерстве сельского хозяйства США, в 1888 году отправил Альберта Коебеля, находившегося под его руководством, в Австралию для изучения естественных регуляторов численности червеца. Результатом исследований стали привезённые из Австралии 12000 особей Cryptochaetum iceryae и 129 особей Rodolia cardinalis. В течение года после внесения указанных выше хищников в природные сообщества Калифорнии численность червеца снизилась настолько, что он перестал представлять угрозу сельскому хозяйству и садоводству. Также стали заметны особенности распространения регуляторов численности: если родолии в основном предпочитали засушливые места обитания ближе к центру материка, то криптохетумы в основном регулировали численность червеца в прибрежных районах.

После успеха 1889 года власти Калифорнии стали давить на Райли, требуя отправки Коебеля обратно в Австралию на поиски энтомофагов и паразитов других червецов-вредителей. Однако последний ушёл со своего поста в Министерстве сельского хозяйства США и в 1893 году начал работать в интересах Республики Гавайи, изучая возможности биологического контроля вплоть до 1912 года, когда болезнь стала причиной ухода в отставку.

Успех родолии повлиял на выбор направления развития сельского хозяйства, так как позволил предположить, что с вредителями можно справиться только биологической регуляцией численности, а методами химического и механического воздействия можно пренебречь. Потому в Калифорнии в данный период времени альтернативные способы защиты растений от вредителей практически не развивались, и основным направлением стал именно биологический контроль. Основной упор в выборе регуляторов численности ставился на божьих коровок Coccinellidae.

Джордж Компер в 1899 году стал первым государственным служащим, специально нанятым для работы над биологическим контролем. Он работал в качестве иностранного коллекционера до 1910 года, и за это время он послал много партий полезных насекомых в Калифорнию из многих других стран. Гарольд Компер, его сын, тоже посвятил всю свою карьеру в поиске и идентификации естественных регуляторов численности червецов.

Период с 1900 по 1930 годы характеризуется наибольшим количеством проектов биологического контроля тех или иных вредителей. Одним из них можно назвать «The Gypsy Moth Project», разработанный в Новой Англии в 1905-1911 годах и возглавляемый В. Ф. Фиском в штате Массачусетс. Проводились исследования, связанные с поиском насекомых, способных регулировать численность непарного шелкопряда Lymantria dispar и способных адаптироваться к условиям обитания на территории США. В проекте участвовали многие видные энтомологи: Гарри Скотт Смит, У. Р. Томпсон, П. Х. Тимберлейк. В 1902 году на Гавайских островах проводился проект «The Lantana Weed Project». Это была первая опубликованная работа на тему биологического контроля сорняков. В Мехико и Центральной Америке производился поиск насекомых-фитофагов, питающихся сорняками рода Lantana [Koebele, 1902]. С 1904 по 1920 годы проводился проект «The Sugar-cane Leafhopper Project», направленный на вредителей сахарного тростника, относящихся к семейству Cicadellidae. Фридрих Мьюир нашел весьма эффективного хищника-регулятора численности цикадок - клопа-слепняка Tytthus mundulus в Квинсленде, Австралия [Muir, 1920]. В 1911 году Берлинер описал Bacillus thuringiensis, как возбудителя бактериального заболевания у мельничной огневки Ephestia kuehniella.

С 1930 по 1955 годы намечалось расширение сведений о методах биологического контроля. С 1930 по 1940 наблюдался пик в исследованиях биологического контроля в мире: Было известно 57 различных естественных регуляторов численности различных вредителей сельского хозяйства. Вторая мировая война вызвала резкое падение активности в области биологического метода защиты растений. После Второй мировой войны в связи с производством относительно недорогих синтетических органических инсектицидов. Энтомологические исследования проводятся преимущественно в области влияния пестицидов на насекомых.

В 1947 году Бюро Содружества Биологического Контроля (Commonwealth Bureau of Biological Control) было объединено с Imperial Parasite Service. В 1951 году название было изменено на Институт Содружества Биологического Контроля (CIBC). Штаб-квартира находится в настоящее время в Тринидаде, Вест-Индия.

В 1955 году была создана Commission Internationale de Lutte Biologique contre les Enemis des Cultures (CILB). Это всемирная организация, штаб-квартира которой располагается в Цюрихе, Швейцария. В 1962 году CILB сменила название на Organisation Internationale de Lutte Biologique contre les Animaux et les lants Nuisibles. Эта организация также известна, как Международная организация по Биологическому контролю (МОББ), и была инициатором издания журнала "Entomophaga" в 1956 году, посвященного биологическому контролю членистоногих-вредителей и сорняков.

В 1959 году, Верн Стерн и др. [Stern, 1959] выдвинул идею об уровне экономического ущерба и экономическом пороге, который позволил бы производителям принимать обоснованные решения о том, когда необходима обработка сельскохозяйственных угодий, чтобы применить тактическое планирование в своих системах земледелия и, следовательно, снизить необходимость в плановых обработках пестицидами.

Интерес разработаны по всей стране в области экологии и окружающей среды после 1962 года с публикации книги Рейчел Карсон "Безмолвная весна" [Carson, 1962]. "Безмолвная весна" помогла стимулировать реализацию концепции комплексной борьбы с вредителями (Integrated Pest Management=IPM) в конце 1960-х годов, где биологический контроль рассматривается как основной компонент IPM на некоторых. Больше внимания было уделено не классическому биологическому контролю, а варианту биологического метода, где мероприятия направлены на оптимизацию выживаемости и/или эффективности биологических агентов. Мероприятия по сохранению могут включать в себя уменьшение или устранение применения инсектицидов, чтобы избежать убийства естественных регуляторов численности, обеспечение постоянного притока носителей (добычи), предоставление жилья, перезимовки или альтернативных источников питания для улучшения выживаемости полезных видов.

В 1964 году Пауль Дебах и Эверт И. Шлинер (Отдел биологического управления, Университет Калифорнии, Риверсайд) опубликовали отредактированный том под названием "Биологическая борьба с насекомыми вредителями и сорняками" [Debach, Schliner, 1964], который становится основным источником опорного для сообщества биологического контроля. В некоторых районах в США (например, Калифорния, Северная Каролина, Канзас, Техас) в 1970-х годах энтомофаги широко использовались для подавления вредителей сельскохозяйственных культур, таких как хлопок, люцерна, цитрусовые, соя и другие. В 1970-х и 1980-х годов, Брайан Крофт и Марджори Хой вывели насекомых-энтомофагов, устойчивых к воздействию пестицидов [Croft, Hoy, 1970-1980].

В 1983 году Фрэнк Ховарт опубликовал статью под названием «Биологический контроль: панацея или ящик Пандоры» [Howarth, 1983] и значительно повлиял на возникновение вывода, что применение классического биологического контроля членистоногих значительно способствовало вымиранию других видов (в частности, эндемичных). Это вынудило частично переосмыслить законодательные принципы, а также методы введение которые до сих пор изменилось сегодня. На Гавайях доля использования биологического контроля значительно уменьшилась и не поднялась до прежнего уровня вплоть до 1985 года. Исследования в этой области привели к общим результатам, что многие из претензий Ховарт были необоснованными, но некоторые последствия были обнаружены. Исчезновение видов не было продемонстрировано, как результат воздействия классического биологического метода защиты растений.

В 1990-х годах появились два новых журнала о биологическом контроле: «Biological Control - Theory and Application in Pest Management» (Academic Press) и «Biocontrol Science and Technology» (Carfax Publishing). Кроме того, "Entomophaga" изменил свое название на "BioControl" в 1997 году.

Начало исследованиям в области биологического контроля в России положено И. И. Мечниковым (1879), использовавшим гриб -- возбудитель зелёной мускардины против хлебного жука и свекловичного долгоносика. Большое значение имели работы И. М. Красильщика, И. А. Порчинского, И. В. Васильева, Н. В. Курдюмова, И. Я. Шевырёва, В. П. Поспелова, Н. А. Теленга и др. учёных. Методы применения паразитов и хищников вредных насекомых в СССР были различны. Эффективными в борьбе с вредителями, завезёнными из др. стран стали интродукция и акклиматизация энтомофагов, ограничивающих их численность на родине. Например, с помощью завезённого (1931) из Австралии хищного жука родолии ликвидированы очаги австралийского желобчатого червеца; с помощью завезённого (1926, 1930) из США паразита афелинуса ведётся эффективная борьба с красной кровяной тлёй. Местные виды энтомофагов используются методом сезонной колонизации. Например, разводят в специальных биолабораториях и затем выпускают на посевы паразита-яйцееда Trichogramma против вредных совок, плодожорок и шелкопрядов; жука Cryptolaemus montrouzieri против мучнистых червецов на цитрусовых культурах и виноградниках; Pseudophicus malinus против червеца Комстока Pseudococcus comstocki; хищного клеща Amblyseius mackenziei против паутинных клещей в теплицах и.т.д.

Для борьбы с вредителями сельскохозяйственных культур в ряде стран используют также и патогенные для них грибы, бактерии и вирусы. В СССР было налажено (1962) производство бактериального биопрепарата энтобактерина, успешно применяемого против комплекса листогрызущих вредителей; в сочетании с пестицидами используют грибной биопрепарат боверин против колорадского картофельного жука и др.; изучаются и другие препараты. Разрабатываются методики накопления вирусов ядерного полиэдроза против непарного и соснового шелкопрядов, капустной совки и др., вирусов гранулёза против озимой и зерновой совок и других вредителей. В природе нередки случаи вторичного паразитизма, например грибов на грибах, вызывающих болезни растений. Так, на ржавчинных грибах часто паразитируют несовершенные грибы Tuberculina persicina и другие, на мучнисторосяных Cicinnobolus cesatii. На основе почвенного сапрофитного гриба-антагониста триходермы создан (1962) биопрепарат триходермин, подавляющий при внесении в почву возбудителей болезней льна, зерновых культур и вилта хлопчатника. В ряде стран имеются большие достижения в использовании антибиотиков против болезней растений. Для борьбы с сорняками, занесёнными из других стран, ввозят и акклиматизируют уничтожающих их растительноядных насекомых. В СССР велись работы по акклиматизации растительноядных организмов, питающихся завезённой из Америки амброзией и расселившимся из Средней Азии горчаком ползучим. Также применялся микробиологический метод борьбы с крысами и мышевидными грызунами -- искусственно заражали грызунов болезнетворными микробами, вызывающими губительные эпизоотии.

В России в конце 70 - начале 80-х годов XIX века организуются постоянно действующие Одесская и Харьковская энтомологические комиссии; в 1887 впервые учреждается должность губернского энтомолога, в 1894 при Департаменте земледелия создаётся Бюро по энтомологии, которым заведовал И. А. Порчинский, много сделавший по организации защиты растений в стране. С 1904 возникают энтомологические станции в Киеве, Воронеже, Харькове, Ставрополе, Ташкенте и др.; при некоторых сельскохозяйственных опытных станциях организуются отделы энтомологии. Фитопатологические исследования в 1903-1907 годах проводит Центральная фитопатологическая станция при Петербургском ботаническом саде; с 1907 при Департаменте земледелия учреждают Бюро по микологии и фитопатологии. К 1916 в России насчитывалось 30 учреждений по защите растений. В конце XIX - начале XX века были открыты тысячи новых видов фитопатогенных грибов, бактерий, вирусов, нематод (А. А. Ячевский, Д. И. Ивановский, И. Л. Сербинов, Г. К. Бургвиц); изучаются видовой состав главнейших вредителей, их биология и физиология. В основе фитопатологических и энтомологических исследований лежат принципы и методы экологии и биоценологии. Совершенствуются меры борьбы с вредными организмами. Развиваются агротехнические, биологические, химические, биофизические и другие методы борьбы, включающие как способы прямого уничтожения вредных организмов, так и косвенные воздействия через факторы среды, растения-хозяина или комплекс других организмов, связанных в развитии с вредителями или другими патогенами. Русскими учёными Н. М. Кулагиным, Н. В. Курдюмовым и др. впервые выдвигается принцип комплексного дифференцированного использования методов защиты растений и прежде всего профилактических, дающих, как правило, наибольший успех.

Первая станция защиты растений в Вологодской области была организована в бывшей Череповецкой губернии в 1919 году. Возглавлял её специалист по прикладной энтомологии В.Н. Щёголев. Предпосылками создания Череповецкой Станции Защиты Растений от Вредителей послужило массовое развитие таких вредителей, как озимая совка (Agrotis segetum) и капустная муха (Chortophila brassicae). Ущерб, нанесённый озимой совкой, был колоссален: было повреждено 1280 десятин озимых культур (около 1398,4 Га). Регуляция численности данных вредителей осуществлялась с использованием химического метода борьбы. Спектр инсектицидов и фунгицидов включал в себя: мелкий порошок серы (серный цвет), мышьяк, хлорид бария (хлористый барий), сульфат меди (II) (медный купорос), сульфат железа (II) (железный купорос), сероуглерод, смешанный ацетат-арсенит меди (парижская зелень) и нафталин.

Активно проводились мероприятия по популяризации сведений о борьбе с вредителями: в 1920 году проведено 18 лекций по борьбе с вредителями, выпущено около 900 экземпляров листовок, популярных брошюр и плакатов, связанных с проблемой регулирования численности вредителей, напечатаны статьи «Очищайте огороды», «Вредители огородов» и «Капустная муха и борьба с ней».

Первый опыт реализации биологического метода был проведён также в 1920 году и заключался в использовании бактериологических препаратов, направленных на истребление мышевидных грызунов. Причиной послужила резко возросшая численность мышей, что повлекло за собой убытки в сельском хозяйстве. Культуры микроорганизмов были получены из Института Экспериментальной Медицины в Санкт-Петербурге (в 1920-х гг. - Петрограде). Впоследствии, в этом же году использование культур микроорганизмов было прекращено по причине отсутствия требуемого оборудования и ингредиентов для составления питательной среды.

В 1923 году в связи с массовым развитием озимой совки Agrotis segetum и восклицательной совки Agrotis exclamationis Череповецкая станция защиты растений начала всестороннее изучение данных вредителей. Большое внимание было обращено на изучение паразитических перепончатокрылых и двукрылых. В частности, исследования, проведённые на предмет заражённости гусениц озимой совки, показали, что среди паразитов этого вредителя встречаются такие виды, как Banchus talcotorius, Ichneumon sarcitarius, Amblyteles vadatorius, Ophion lutens, Anomalon sp., Enicospieus sp., Paniscus sp., Macrocentrus collaris spinola. Особый интерес у исследователей вызвал вид Banchus talcotorius - специфический паразит родов Agrotis и Feltia. Особи этого вида способны развиваться и размножаться в лабораторных условиях, и их стабильная популяция относительно легко поддерживается в зимний период. В результате был сделан вывод, что данный вид может быть эффективно использован в биологическом контроле озимой и восклицательной совки. Всё же, в 1920-х гг. преимущественно использовался химический метод регуляции численности членистоногих-вредителей.

Помимо указанных выше видов членистоногих, наносящих ущерб сельскому хозяйству, к ним также относятся представители класса паукообразные (паутинные клещи) и насекомые открыточелюстные, принадлежащие к отрядам равнокрылые хоботные (тли, белокрылки), бахромчатокрылые (трипсы), чешуекрылые (шелкопряды, совки), полужесткокрылые, жесткокрылые, прямокрылые (саранчовые). Среди них есть виды, считающиеся карантинными на территории Российской Федерации, то есть их появление способно спровоцировать колоссальные потери урожая. Для регуляции численности таких вредителей используются разнообразные членистоногие: насекомые отрядов полужёсткокрылые, жесткокрылые, перепончатокрылые, двукрылые; а также хищные клещи. Помимо них против вредителей используются различные узкоспециализированные бактерии и грибы, являющиеся возбудителями заболеваний вредных членистоногих.

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

В настоящее время в Вологодской области функционируют биолаборатории в сельскохозяйственном производственном кооперативе комбинат «Тепличный» и в Филиале федерального государственного бюджетного учреждения «Россельхозцентр» по Вологодской области (г. Вологда).

Биолаборатория СХПК «Тепличный» (ранее ЗАО «Тепличный») начала свою работу в январе 1985 года, т.е, через 13 лет после начала функционирования данной организации, с 1996 года - в отдельном здании. Причин создания биолаборатории и перехода к биологическому методу защиты растений было три:

· получение более чистой с точки зрения содержания различных химических соединений продукции;

· увеличение урожайности, связанное с уменьшением концентрации химических пестицидов;

· обеспечение безопасных условий труда для работников теплиц.

Работы по созданию биолаборатории проводились совместно с Вологодской областной станцией защиты растений, в настоящее время входящей в состав организации ФГУ «Российский сельскохозяйственный центр», направлениями деятельности которой являются учет вредителей и возбудителей болезней растений, разработка долгосрочных и краткосрочных прогнозов, рекомендаций и комплексных систем по защите растений Вологодской области.

В течение первого года работы в биолаборатории проводились мероприятия по обучению персонала и приобретению опыта у других сходных по деятельности учреждений. Помимо этого были приобретены культуры фитосейулюса Phytoseiulus persimilis и афидимизы Aphidoletes aphidimyza. По словам Ирины Борисовны Баушевой, старшей по защите растений и заведующей биолабораторией в СХПК «Тепличный», единственной преградой для развития в первые два-три года введения данной практики стало восприятие работников. Переход с химического метода борьбы с вредителями был достаточно резким, и требовалось в первую очередь изменить отношение к энтомофагам. Так, привыкшие к незамедлительному действию пестицидов, работники часто били тревогу, увидев на растениях следы воздействия вредителей даже в том случае, если было известно, что выпущенные энтомофаги способны подавить появившуюся популяцию вредных организмов.