Биологические средства защиты растений от сорняков — зарубежный и отечественный опыт

В течение последних 30 лет разработаны новые подходы к биологическому методу борьбы с сорняками, а именно использование патогенных микроорганизмов, насекомых-фитофагов, микогербицидов. Разработаны экологически безопасные гербициды на основе микробных токсинов: биалофос, баста, митоксиферон и другие. Важным открытием, которое имеет не только теоретическое, но и практическое значение, стали исследования биологических средств контроля с помощью растительных патогенов. Проводятся поиски биологических антагонистов сорняков и рассматриваются способы их использования для защиты культурных растений. Изучаются возможности использования комбинации специфических некротрофных и биотрофных патогенов для контроля устойчивых к воздействию гербицидов определенных видов сорняков. Широко изучается возможность применения в качестве гербицидов продуктов жизнедеятельности микроорганизмов. Так, применение токсинов вместо гербицидов обеспечивает их быструю инактивацию в почве, избирательность действия, небольшие и обратные изменения в тканях культурных растений.

В частности, исследованиями последнего десятилетия доказано, что эффективными в ограничении численности сорняков является применение фитопатогенных и других микроорганизмов. Патогенные микроорганизмы для уменьшения вредности сорняков стали применять из-за того, что было невозможно найти достаточно специфических для этого беспозвоночных. Таким образом, использование микроорганизмов признано перспективным, это направление широко исследуют во многих странах.

По мнению ведущих канадских фитопатологов, использование патогенных организмов для контроля сорняков имеет по крайней мере два преимущества по сравнению с применением насекомых:

— большая специфичность;
— возможность использования путем обычного опрыскивания в период наиболее уязвимой фазы роста сорняков. Фитопатогенные микроорганизмы многочисленны и разнообразны, легко распространяются и адаптируются в новых стациях, полностью не уничтожают вредный вид, не влияют на теплокровных животных и человека, многие из них подвергаются накоплению in vitro.

Фитопестициды

В последнее время усилился интерес к фитопестицидам - веществам растительного происхождения, которые можно использовать для контроля вредителей и болезней растений, а, в частности фитогербицидов, для подавления сорняков.

К биологическим методам борьбы с сорняками относятся алелопатические прополки (алелопатичные антагонисты) и сидераты: горчица белая, редька масличная, рапс. Так, использование промежуточных и пожнивных посевов рапса, горчицы или редьки масличной как сидеральных удобрений дает возможность снизить засоренность посевов последующих культур севооборота на 35-40%. Обнаружено много видов растений, продуцирующих ядовитые для сорняков вещества. Растения, по сути, являются естественными «химическими заводами», производящими в неограниченном ассортименте ботанические пестициды. Известно, например, что корневые выделения конопли, ржи губительно действуют на пырей, практически полностью уничтожая его в посевах большинства полевых культур. В посевах этих культур также погибают такие сорняки, как вьюнок, осот, щирица.

Одним из методов контроля сорняков является селекция сортов растений, способных подавлять сорняки благодаря особенностям своей архитектоники.

Микрогербициды

В США промышленность выпускает два микогербицида - девин и колего. Впервые в мире биогербицид Collega создан на основе Colletotricum sp. Он обеспечивает гибель однолетних сорняков горца вьюнокового на 95%. Также Monsanto в сотрудничестве с фирмой «МИКОГЕН» готовят к выпуску на рынок еще один препарат на основе гриба — каст, предназначенный для ограничения численности сорняков кассии в посевах сои.

В связи с тем, что в посевах чаще наблюдается смешанный тип засоренности, действие одного грибного патогена может быть ограниченным. Достижения в области биотехнологии привлекают внимание к микроорганизмам как потенциальным источникам природных продуктов, которые имеют гербицидное воздействие и позволяют разрабатывать промышленные технологии их получения.

На основе производных аминокислот, продуцируемых актиномицетами, в Японии разработан метод промышленного производства — биалофоса — препарата с широким спектром действия, а в ФРГ — глюфосината (баста). Метаболит анисомицин послужил моделью для синтеза более активного препарата кайаметона. Этот препарат, в перспективе, будет предложен к применению в сельском хозяйстве.

В США при изучении способа образования хлорофилла в растениях обнаружено, что вещества, участвующие в синтезе хлорофилла, при определенных условиях могут привести к гибели некоторых видов растений. Вещество, которое имеет гербицидное воздействие, имеет определение «лазерная», поскольку ее действие проявляется под воздействием солнечного света. Основным компонентом гербицида является дельта-аминолевулиновая кислота (АЛА). АЛА — природное соединение, которое входит в состав растительных и животных клеток. Она участвует в формировании тетрапиролов — соединений с высокой чувствительностью к свету, под воздействием которых образуется хлорофилл. В обычных условиях растения образуют такое количество тетрапиролов, которые полностью идут на образование хлорофилла. Во время образования избытка тетрапиролив под воздействием света происходит реакция, в которой кислород превращается в сверхактивный свободный радикал, повреждает стенки растительных клеток. Следствием этих процессов является гибель растений.

Посевы обрабатывают АЛА до наступления темноты. Ночью гербицид адсорбируется сорняками. Под его воздействием появляется избыток тетрапиролов, часть которых на рассвете под влиянием солнечных лучей участвует в образовании молекул хлорофилла. Их избыток вступает в реакцию, окисляет ткани. В результате разрушения клеточных мембран утечки клеточной жидкости растения обесцвечиваются и погибают в течение 3-4 часов.

Грибы

Еще в 1920-м А. Потапов отмечал, что растения осота полевого, пораженные грибом пукциния, постепенно засыхали еще до цветения и не образовывали семена. Ржавчина (Puccinia svalvolescens) повреждает осот розовый, вызывая отмирание почти 80% побегов.

Применение фузариума волчаночного имеет большое значение в южных областях на посевах бахчевых культур. Токсичные штаммы, выведенные из гриба фузариум волчаночный (Fusarium orobanche) и внесены в почву во время посева бахчевых культур, а также табака и махорки, поражают волчок еще на стадии корневых наростов (желваки). Для ограничения повилики изучался грибок (Alternaria), выделенный на повилике. Опрыскивание спорами грибка эффективно тогда, когда на растениях долго хранятся капли со спорами.

Учеными Института ботаники им. Холодного впервые в Украине проводилась работа по выявлению и изучению фитопатогенных грибов карантинного сорняка амброзии полыннолистной. В результате на амброзии полыннолистной выявлена ​​болезнь, возбудителем которой является микроскопический гриб — паразит Рhyllachora атbrоsиае (Derc. Et M.A.Curt.) Sazt. (Phyllachorales, Ascomyzetes). Плодовые тела (конидиомы и аском) гриба Рh. атbrоsиае обнаружены на живых листьях и других вегетативных органах амброзии. Пораженные растения через некоторое время полностью засыхают.

Горчаковая ржавчина, попадая на растения горца обычного, вызывает появление светлых пятен (мицелия. Эти пятна через несколько дней превращаются в небольшие бородавки (шаровидные уредоспоры), которые во время высыпания заражают и другие растения. Повышенная влажность и пониженная температура воздуха способствуют развитию заболевания. У пораженных растений задерживается рост стеблей, листьев, цветков, семена формируются неполноценными, а часть растений и совсем не плодоносит.

Поражаются различными видами ржавчины листья молочая, пырея, костреца. По наблюдениям отечественных исследователей, головня повреждает соцветия мышия, овсюга, бромуса ржаного, гумая, свинория, горца шероховатого и др. Изучается возможность подавления с помощью головни мышия сизого и горца шероховатого.

Во Всероссийском НИИ микробиологии Я.П. Худяков выделил грунтовые грибы Aspergillus clavatus, Botrytis cinerea, Fusarium sp., Chomopsis sp. и получил перспективные культуры В-1, В-2, С-7, опрыскивание которыми тормозит прорастание семян сорняков.

Вирусы

Не остаются без внимания ученых также и возможности производственного применения вирусов. У таких сорняков, как осот розовый, ромашка непахучая, чистец болотный, соцветия часто зеленеют, и на них образуются наросты. Это повреждение вызывается вирусами и может передаваться как через корневую систему, так и наземным путем. Мозаичное заболевание отмечается также у некоторых видов лебеды, крапивы. В клеточном соке зараженных растений найдены вирусные части сферической формы. Некоторые сорняки являются промежуточными живителями вирусных болезней и способствуют их распространению, вследствие чего могут быть поражены также культурные растения, что является недостатком этого метода и требует дополнительных исследований.

Среди многочисленных бактерий и грибов есть виды, продукты обмена которых можно использовать против сорняков без негативного влияния на культурные растения и живые организмы.

На юге и очагово на востоке Украины распространен вредный карантинный сорняк — амброзия полыннолистная. Несмотря на применение агротехнических и химических способов борьбы, это растение наносит значительный ущерб посевам и распространяется дальше на север и запад. Амброзия не только снижает урожайность культурных растений и ухудшает качество урожая, но и вызывает аллергическое заболевание дыхательных путей и легких у людей.

Ученые Зоологического института РАН и Всероссийского института защиты растений нашли вредителя амброзии — амброзиевую совку - бабочку, похожую на моль. Ее гусеницы питаются исключительно листьями амброзии. Проведенные опыты показывают, что амброзию может уничтожать амброзиевая совка (Tarochidia candefacta Hubn) и амброзиевый листоед (Zygogramma saturalis), который внешне похож на колорадского жука. Их специально разводят и выпускают на площади, которые засорены амброзией. Хорошо приспособленным к экологическим условиям степной зоны оказался амброзиевый листоед. Этот монофаг может уничтожить 100% растений амброзии.

Против амброзии полыннолистной можно использовать клещи, насекомые, вирусы. Так, личинки ненастоящего слоника развиваются на семенах только этого сорняка, питаются в его мужских соцветиях и тут же окукливаются. Взрослые жуки питаются пыльцой. В этих соцветиях развивается и слоник тригоноринуса, в стеблях живут галлицы, а на листьях, генеративных органах и точке роста - совки тарахидии, которые дают за весь летний период 3-4 поколения. Гусеницы бабочки тарахидии (совки амброзиевой) могут полностью съедать листья этого сорняка.

Листья вьюнка полевого хорошо поедают жуки и личинки рыжего щитника. Жуки прогрызают округлые отверстия или края, а личинки - в основном мякоть листа и не затрагивают нижнюю кожицу. Лучшие условия для развития этого вредителя создаются в первой половине лета в условиях достаточного освещения и влаги.

Фитофаги

Молодыми листьями осота полевого, лопуха паутинистого и чертополоха охотно питаются личинки зеленого щитника. Поврежденные им растения отстают в росте и цветут на 1,5-2 месяца позже, чем нормальные. Щитоноски дают одно поколение в год, зимуют в стадии жуков под растительными остатками на краях полей, в лесополосах, на полях после свеклы, подсолнечника.

Волчаночная мушка фитомизы (Phytomyza orobanchia) откладывает яйца в стебли и цветки волчка. Поврежденный волчок отмирает, а тот, что выжил, не плодоносит или дает невспохожие семена. За лето мушка дает в Украине 2-3 поколения, а в Средней Азии - 4-5 при средней плодовитости самки 180-200 яичек. Зимует мушка в стадии куколок. Они проходят диапаузу в прикорневых утолщениях волчка. Для разведения мушки фитомизы осенью собирают стебли волчка с подземными частями и, отряхивая почву, подсушивают и хранят в прохладном (+ 1,5-3 С°) и сухом помещении. Весной при средней температуре 22-23 С° стебли волчка в бумажных или полиэтиленовых мешочках развешивают на полях, огородах, бахчах. Мушка фитомизы не повреждает табак и махорку, очевидно, из-за их запаха.

Жук-долгоносик (Smicronyx jungermannia) в условиях Армении повреждает повилику. Повреждается от 32 до 59% гнезд повилики, а в гнездах - от 66 до 87% соцветий. Также долгоносики, тля, зерновки и другие насекомые повреждают различные виды этого сорняка.
 
В США и Австралии для уничтожения в посевах зверобоя используют некоторых листогрызущих насекомых и коренееда, завезенных из Англии и Франции. Эффективным в США оказалось и применение долгоносика для ограничения численности сорняков, который также завезен из Европы.

Другие варианты

Для уничтожения сорняков можно привлекать птиц. Некоторые виды уток хорошо поедают зерновки проса рисовидного. После сбора урожая осенью и зимой в некоторых странах дикие утки кряквы питаются семенами этого сорняка и почти полностью его съедают. В странах, где выращивают сахарный тростник, издревле пасли в междурядьях гусей, которые съедали сорняки.

В Китае и Японии для уничтожения сорняков в посевах риса используют определенные породы рыб. Более широко с этой целью применяются насекомые.

В некоторых странах для очистки почвы от семян сорняков используется солнечная энергия (соляризация). Чтобы усилить поглощающую способность верхнего слоя почвы, его накрывают мульчирующей полиэтиленовой пленкой.

Выводы

Рассмотренные биологические методы борьбы с сорняками, к сожалению, еще не нашли широкого применения в производстве и не могут быть положены в основу мер по уменьшению засоренности полей. Однако именно интегрированные системы защиты дают простор для умелого, нестандартного сочетания биологических и химических средств защиты.

И. Стор­чо­ус, канд. с.-х. на­ук

Информация для цитирования

Біологічний метод контролю бур`янів — зарубіжний та вітчизняний досвід / І. Сторчоус// Спецвипуск ж. Пропозиція. Біозахист та біопрепарати — актуальна перспектива. / — 2017. — 16-20