CC BY
219
ЧТЕНИЯ ПАМЯТИ АЛЕКСЕЯ ИВАНОВИЧА ВОРОНЦОВА
СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ ЛЕСА В РОССИИ
М.А. ГОЛОСОВА, проф. каф. экологии и защиты леса МГУЛ, канд. биол. наук, Ю.И. ГНИНЕНКО, с. н. с. ВНИИЛМ, канд. биол. наук
Биологические методы в защите леса от вредных насекомых самые приоритетные и признаны во всем современном мире. В 6070 гг. ХХ в. биологические методы защиты растений стремительно развивались в большинстве стран Европы и Азии. Этому способствовало осознание учеными - экологами, биологами, медиками - той катастрофической угрозы существованию экологических систем и здоровью человечества, которая создавалась при неуемном применении химических пестицидов против вредителей сельского и лесного хозяйства. А после выхода в свет в 1962 г. книги Рейчел Карсон «Безмолвная весна» осознание угрозы стало проникать в разные слои мировой общественности.
Многие научные, научно-производственные и учебные заведения в России с энтузиазмом взялись за разработку биометода в сельском и лесном хозяйстве. Возродились прежние методы по использованию энтомо-фагов и энтомопатогенов. В бывшем СССР биологический метод в сельском хозяйстве получил широкий размах при поддержке государственных органов. Усилиями ученых ВИЗР, ВНИИБМЗР, ЗИН АН, ВНИИСХМ и ряда вузов разработаны высокопроизводительные технологии разведения и применения энтомофагов, в частности трихограммы, которую ежегодно используют на десятках гектаров агроценозов. В вузах страны были введены курсы по биологическим методам защиты растений: в Тимирязевской сельскохозяйственной академии, в Новосибирском аграрном университете, в Московском лесотехническом институте (ныне МГУЛ) и др. Большой вклад в образовательные программы по биологической защите леса был сделан А.И. Воронцовым - первым заведующим кафедрой защиты леса МЛТИ (МГУЛ), который проявлял живой интерес к биологическим методам и видел их реальную перспективу. В 1967 г. А.И. Воронцов добился открытия на
кафедре специализации по курсу лесозащиты с дисциплиной «Биологические методы борьбы с вредителями леса». По его же инициативе и профессора Г. Цанкова из Болгарской академии наук была создана Постоянная комиссия по биологической защите леса (ПК-6) в рамках Международной организации по биологической борьбе с вредными организмами (МОББ). Восточно-Палеарктичес-кая секция МОББ в настоящее время является самым важным каналом для обмена идеями и информацией по биологическим методам борьбы с вредными организмами. За последние годы активизировалась работа Постоянной комиссии по биологической защите леса. Ежегодно проводятся конференции и выпускается информационный бюллетень при активной поддержке Всероссийского НИИ лесоводства и механизации лесного хозяйства и МГУЛ.
В 1984 г. выходит монография А.И. Воронцова «Биологическая защита леса» [1]. Это первая в стране книга, в которой обобщены имеющиеся в литературе сведения и собственный многолетний опыт по изучению энтомофагов лесных насекомых. В книге отмечено, что в сельском хозяйстве биологическая защита растений занимала передовые позиции, в то время как в лесном хозяйстве это направление сводилось к немногочисленным попыткам использования энтомофагов методом интродукции, наводнения и внутриареального переселения, и это положение остается до настоящего времени.
Проанализировав все известные попытки использования энтомофагов в лесу, видим, что все они практически были однократными опытными работами, проведенными на небольших площадях (табл. 1).
Как видно из табл. 1, во-первых, все опыты по применению энтомофагов в лесу проводились в бытность СССР, после 1991 г. - ни одного опыта.
34
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 5/2009
ЧТЕНИЯ ПАМЯТИ АЛЕКСЕЯ ИВАНОВИЧА ВОРОНЦОВА
Таблица 1
Использование энтомофагов в практике защиты леса в СССР
Виды энтомофагов Целевые объекты лесных насекомых Место и масштаб применения энтомофагов Ведущие специалисты - разработчики и годы исследования
Яйцеед теленомус Telenomus verticillatus Kief. Сосновый шелкопряд Dendrolimuspini L. Гомельская обл. Урочище Кутин на пл.65 га Рывкин Б.В.(1947,1948)
Большой зеленый красотел Calosoma sycophanta L. Непарный шелкопряд Lymantria dispar L. Лесополосы Каменной степи Завоз жуков из Савальско-го л-ва Воронежской обл. Шапиро В.А.(1950)
Яйцеед теленомус Telenomus verticillatus Kief. Сибирский шелкопряд Dendrolimus sibiricus Tsch. Тувинская АССР, 150 га Коломиец Н.Г.(1950)
Яйцеед теленомус Telenomus tetratomus Thoms. Сибирский шелкопряд Dendrolimus sibiricus Tsch. Бурятия многократно на опытных участках Болдаруев В.О.(1965)
Яйцеед теленомус Telenomus verticillatus Kief. Сосновый шелкопряд Dendrolimus pini L Гомельская обл. Ветковское л-во Крушев Л.Т. (1974)
Комплекс паразитов Короед-типограф Ips typographus L. Украинские Карпаты. Внутриареальное переселение Гириц А.А.(1975)
Хищный жук Ризофагус Rhyzoohagus grandis Gill. Дендроктон Dendroctonus micans Kug. Боржомское ущелье. Широкомасштабное использование в еловых лесах Тварадзе М.С.(1976)
Яйцеед трихограмма Trichogramma embrophagus Hts. Сосновая совка Panolis flammea L. Сев. Казахстан, одноразовый выпуск 500 га Гниненко Ю.И. (1991)
Яйцеед трихограмма Trichogramma evanescens Звездчатый ткач-пилильщик Acantholyda posticalis Сев. Казахстан, одноразовый выпуск Гниненко Ю.И. (1991)
Рыжие лесные муравьи Formica s.str. Хвое- и листогрызущие насекомые Широкомасштабные искусственные переселения отводков во многие регионы России Длусский Г.М. Захаров А.А (60-80 гг. ХХ в.)
Во-вторых, это были, в основном, выпуски паразитов и хищников без дальнейшей проверки деятельности энтомофагов в очагах, и эффективность этих опытов не изучалась. Единственными широкомасштабными работами была интродукция Rizophagus grandis в Боржомском ущелье в 80-х годах, эффект был ощутимый. После многократных выпусков этого хищника он распространился в еловых лесах Боржомского ущелья и подавил очаги дендроктона.
Научно обоснованным и широкомасштабным было мероприятие по искусственному расселению рыжих лесных муравьев, которое проводилось под руководством мир-мекологов Длусского и Захарова в 60-80 гг. в лесхозах разных регионов. Были разработаны «Рекомендации по искусственному расселению муравьев» [3], которые осуществлялись на практике при заинтересованной подде-
ржке существовавшего в те времена Государственного Комитета лесного хозяйства СССР. Работы проводились с большим энтузиазмом работниками лесного хозяйства. Лесопатологов на специально организованных семинарах обучали распознавать видовую принадлежность муравьев, их экологическую приуроченность, технику и сроки расселения. Тогда по стране были переселены миллионы искусственных отводков, которые, казалось бы, должны были решить проблему защиты от хвое- и листогрызущих вредителей леса. Однако ожидаемого практического результата эти мероприятия не принесли, и проблема использования муравьев в биометоде осталась не доведенной до логического завершения.
Применение энтомофагов в лесу в отличие от агроценозов сопряжено с величайшими трудностями объективного и субъективного характера.
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 5/2009
35
ЧТЕНИЯ ПАМЯТИ АЛЕКСЕЯ ИВАНОВИЧА ВОРОНЦОВА
Рис. 1. Ультраструктура хориона яиц златогузки (Euproctic chrysorrhorea L): а - общий вид яиц; б - микропилярная область на хорионе; в, г - микропилярная розетка с системой микропиле в норме; д - деструкция микропилярной розетки и заращивание микропиле при вирусной патологии
Рис. 2. Зрелые вирусные включения (полиэдры), формирующиеся при цитоплазматическом по-лиэдрозе гусениц сибирского шелкопряда
Для использования паразитов и хищников в лесу нужны хорошо разработанные программы, включающие полную информацию о вредителе-мишени и его энтомофагах.
Таких программ у нас нет и не скоро будут.
Значительно лучше обстояло дело с использованием микроорганизмов, патогенных для вредных насекомых.
Научное обеспечение развития микробиометода было и остается достаточно высоким. Только реализация научных разработок не находит выхода в практику.
В современную эпоху энтомопатоген-ные микроорганизмы получили всеобщее признание как биотические факторы, регулирующие численность популяций насекомых.
36
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 5/2009
ЧТЕНИЯ ПАМЯТИ АЛЕКСЕЯ ИВАНОВИЧА ВОРОНЦОВА
Особенно заметна их роль в период массового размножения хвое- и листогрызущих лесных насекомых. Применение энтомопатоге-нов для подавления фитофагов не сопряжено с такими трудностями технического, экологического и экономического характера, как при использовании энтомофагов.
С нашей точки зрения, самой перспективной группой микроорганизмов являются вирусы в силу своей видоспецифичности, высокой устойчивости и долговременной сохранности в биотопе, надежного механизма внутрипопуляционной трансгенерационной передачи и латентности. Они играют важную роль в динамике численности лесных насекомых, вызывая эпизоотии на III и IV фазах их градационного цикла и ввергая популяцию в глубокую депрессию, часто на долгие годы.
Распознать присутствие вирусов в популяциях насекомых можно на ранних стадиях их развития. На фазе яйца уже проявляются признаки присутствия облигатных патогенов.
Наши исследования выявили нарушения в структуре хориона у инфицированных насекомых при трансгенерационной передаче вирусов. У инфицированных самок при формировании яйцеклеток происходят нарушения функциональных особенностей, что сказывается на морфологии хориона и физиологических процессах. При этом нарушается специфическая для каждого вида насекомых структура хориона: изменяется вся латеральная поверхность хориона, происходит заращивание микропиле и деструкция микропилярной розетки, системы ребер, деструкция и заращивание аэропиле, при этом нарушается дыхание эмбриона и он погибает, а при заращивании микропиле не происходит оплодотворения. Как пример предлагаем рассмотреть микропиляр-ную область хориона златогузки на рис. 1.
Это явление нами изучено на 22 видах лесных насекомых.
Таким образом, признаки патологических процессов можно выявлять уже на фазе яйца и прогнозировать развитие эпизоотий, что важно для целей биологической защиты леса при принятии решения о целесообразности защитных мероприятий.
Второе научное направление на кафедре - это изучение свойств вирусов, воз-
будителей цитоплазматического полиэдроза. Исходный штамм вируса Reovirus spectabilis был получен из лаборатории Катагири (Япония) и через министерство сельского хозяйства передан на кафедру защиты леса МЛТИ.
Исходный штамм вируса был адаптирован нами на 12 видах лесных насекомых, в том числе сибирском и сосновом шелкопрядах. Изучен весь процесс патогенеза полученных новых штаммов, локализация вирусных включений внутри организма насекомых, процесс репродукции вирусов, морфология инклюзий (рис. 2).
Нашими исследованиями доказана ограниченная специфичность этого патогена и его перспективность для использования в биологической борьбе не только с отдельными видами лесных вредителей, но главным образом для применения этого вируса в комплексных очагах хвое- и листогрызущих насекомых.
Материалы исследований были опубликованы, а также доложены на XVII Энтомологическом конгрессе в Гамбурге, на конференции по патологии насекомых в Чехословакии, а по хориону - на конференции ИЮФРО в Словакии, на ряде конференций МОББ в Венгрии, Белоруссии, Болгарии.
Разработка вирусных препаратов в России всегда тормозилась отсутствием специальных лабораторий и инсектариев для содержания культур насекомых, на которых нарабатывается патоген. А работа с насекомыми, взятыми из природы, не всегда дает удовлетворительный результат. Если проблема с искусственной питательной средой решалась легко, то содержание культур насекомых без специальных инсектариев - препятствие непреодолимое.
Иначе обстоит дело с наработкой бактериальных препаратов. И в этом отношении Россия сильно преуспела. В конце 60-х в 70-е годы, когда возникла новая волна интереса к биологическим препаратам, появились отечественные бактериальные препараты на основе факультативной бактерии Bacillus thuringiensis - это денробациллин ( разработчик Талалаев, Иркутский гос. университет), энтобактерин (разработчики коллектив ВИЗРа), инсектин (разработчик Гукасян, Институт леса СО РАН), битоксибациллин
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 5/2009
37
ЧТЕНИЯ ПАМЯТИ АЛЕКСЕЯ ИВАНОВИЧА ВОРОНЦОВА
(разработчик Кандыбин, СПб сельскохозяйственный университет), гомелин (разработчик Крушев, БелНИИЛХ), лепидоцид (разработчик Зурабова, НИИ биотехнологии, Москва).
Был пущен мощный Бердский завод биологических препаратов. Постепенно стали наращиваться масштабы производства и применения биопрепаратов при государственной поддержке министерств сельского и лесного хозяйства.
Разрабатывались разнообразные формы бактериальных препаратов: сухие порошки, смачивающиеся порошки, пасты, концентраты эмульсий, суспензированные концентраты, жидкие, гранулированные, таб-летированные формы, твердые брикеты. Все препараты стандартизировались по титру спор и биологической активности.
Применялись те или иные препараты в зависимости от биологических особенностей целевых объектов. Эффективность при применении бактериальных препаратов достигала 90 %. К 1982-1984 гг. качество препаратов достигло уровня мировых аналогов. Объемы производства препаратов только одного Берд-ского завода составляли 2 тыс. т в год.
Однако в 90-е годы сильным ударом для биологического метода стали изменения социальной и экономической политики в России. Сильно ослабела государственная поддержка. В Россию хлынул поток дешевых химических пестицидов, а потребитель биопрепаратов начал исчезать. Уже в 1997 г. производство биопрепаратов Бердского завода снизилось до 350 т в год.
К настоящему времени Бердский завод, перешедший в ранг ООО «Сиббиофарм», выпускает отдельные партии микробных биоинсектицидов согласно заказам. Появилось в стране много частных фирм, выпускающих биопрепараты по сомнительным технологиям и сомнительного качества. За последние 10 лет производство биопрепаратов сократилось в 25 раз.
Забыв о том, что культуры бактерий B. thuringiensis, из которых нарабатывали различные препараты, различаются по вирулентности к насекомым и обладают стойкими индивидуальными свойствами, приняли решение использовать в защите леса только один бак-
териальный препарат лепидоцид против всех хвое- и листогрызущих насекомых и один вирусный препарат Вирин-диприон против рыжего соснового пилильщика, незаслуженно исключив Вирин-НШ, и теперь с непарным шелкопрядом борются тоже лепидоцидом, химическими пестицидами и димелином. Такой подход к биологической борьбе может быть эффективным, когда она базируется на точном знании состояния популяции. Эффект может быть достигнут только на фазе максимума популяции, когда гусеницы ослаблены нехваткой корма или корма с нарушенным биохимизмом, ограничением жизненного пространства, возникновением внутрипопуляционной конкуренции и другими стрессорами.
Не принимается во внимание, что на I и II фазах градации (нарастание численности) гусеницы устойчивы к патогену. Кроме того, при избытке корма в этот период у гусениц возникает защитная реакция, они не «хотят» питаться обработанным кормом, чтобы не заражаться. За рубежом применяют стимуляторы питания, например лактозу, мелиссу, активизирующую аппетит гусениц [ 4 ].
В России часто добавляют к бактериальным препаратам ингибитор димилин, чтобы преодолеть барьерную функцию кишечника.
Число официально зарегистрированных и выведенных на рынок биологических средств защиты растений по основным позициям в мире и в России выглядит следующим образом (табл. 2).
Виды защитных мероприятий и их объем приводятся в табл. 3.
Обьем мероприятий впечатляет, однако стратегия применения биопрепаратов игнорируется. Из бактериальных препаратов, как уже упоминалось, применяется только единственный бактериальный препарат лепи-доцид против всех хвое- и листогрызущих.
Надо отметить, что лепидоцид готовят из отселектированной культуры B. thuringiensis s. sp. kurstaki. Селекция культуры ориентирована на более активные агрессивные свойства путем отбора на однородность, высокую степень продуцирования эндотоксина, вирулентность и спектр патогенности для насекомых. По механизму действия лепидоцид приближается к инсектицидам кишечного типа.
38
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 5/2009
ЧТЕНИЯ ПАМЯТИ АЛЕКСЕЯ ИВАНОВИЧА ВОРОНЦОВА
Таблица 2
Число выпускаемых биологических средств для защиты растений от вредителей
Биологические средства защиты растений В мире В России В том числе для защиты леса
Биопрепараты на основе грибов, бактерий, простейших, нематод 60 12 1
Вирусные препараты 30 4 1
Феромоны 45 1 1
Энтомофаги для контроля вредителей (насекомых и клещей) 40 0 0
Таблица 3
обработка очагов вредителей леса биологическими и химическими средствами защиты растений
Годы Общая площадь, га Защищаемая площадь, применяемые средства, от общей площади об] работки,%
Препараты Феромонные ловушки
биологические химические димилин
вирусные бактериальные общая
2002 633027,1 2,6 53,1 55,7 36,6 0,7 7
2003 491836,4 0,9 41,5 416 57,2 1,2 0
2004 79712 7,5 62 69,9 19,4 11 0
2005 138223 1,6 54,1 55,8 42,4 1,8 0
2006 173648,2 0 85,6 85,6 7,9 6,5 0
2007 145839,2 0 94,8 94,8 4,6 0,6 0
2008 121973,3 7,7 58,2 65,8 34,2 0 0
Привлекательность использования лепидоцида стимулируется экономической целесообразностью, технология производства хорошо отработана, питательная среда для бактерий дешевая, и обработка лесов не требует сложного оборудования. При обработке учитывается только техническая эффективность борьбы с целевым объектом. Смертность же других фитофагов при достаточно широком спектре патогенности B. thuringiensis остается за пределами интересов лесозащиты, равно как и дальнейшая циркуляция внесенного в биоценоз патогена и его метаболитов. Кроме того, совершенно неисследованным остается такой важный аспект, как возможные экологические нарушения при широкомасштабных обработках леса [2]. Может быть, нецелесообразно было отказываться от биопрепаратов, основанных на природных штаммах?
Хотелось бы обратить внимание на применение димелина, который стал широко использоваться в лесах России при авиационной обработке. Это все-таки не химический препарат, который убивает только вредных
насекомых, и не биологический препарат, ориентированный на целевой объект. Это ингибитор синтеза хитина, который вызывает физиологические нарушения у всех без разбора насекомых, и не только насекомых. Что будет с полезными насекомыми - энтомофа-гами, опылителями растений и другими сочленами биоценозов, выполняющими важные функции в экосистемах? Как это отразится на видовом разнообразии насекомых? Не сродни ли этот процесс действию экзотоксина?
Библиографический список
1. Воронцов, А.И. «Биологическая защита леса» / А.И. Воронцов // - М.: Лесная пром-сть - 1984. - 264 с.
2. Голосова, М.А. Экологические проблемы применения бактериальных препаратов в защите леса / М.А. Голосова. - Информационный бюллетень ВПРС МОББ. - № 38. - 2007. - С. 85-87.
3. Захаров, А.А. Рекомендации по искусственному расселению рыжих лесных муравьев / А.А. Захаров. - М.: ЦБНТИ Госкомлеса СССР. - 1974. -72 с.
4. Wagner M. Population management: Microbiul control. // M. Wagner / Hamburg - XVII Item. Congr. of Entomology. - 1984. - p. 29-30.
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 5/2009
39
