Единое окно доступа к образовательным ресурсам

Экология и рациональное природопользование (Биологические методы подавления вредных насекомых. Пути экологизации сельскохозяйственного производства): Учебно-методическое пособие

Голосов: 5

Пособие подготовлено на кафедре экологии и систематики беспозвоночных животных биолого-почвенного факультета Воронежского государственного университета. Пособие содержит методические материалы к курсам "Экологические основы защиты растений", "Сельскохозяйственная энтомология", "Лесная энтомология", "Частная энтомология", "Прикладная энтомология". При написании данного пособия использовалось большое количество отечественных и зарубежных литературных источников. Далеко не все они приведены в списке литературы, так как правила опубликования методических пособий не позволяют сделать это. Рекомендуется для преподавателей вузов, аспирантов и студентов биологических и иных специальностей, а также слушателей ФПК Воронежского государственного университета по направлению "Экология и природопользование".

Приведенный ниже текст получен путем автоматического извлечения из оригинального PDF-документа и предназначен для предварительного просмотра.
Изображения (картинки, формулы, графики) отсутствуют.
                 ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
           ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ




       ЭКОЛОГИЯ И РАЦИОНАЛЬНОЕ ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЕ
 (Биологические методы подавления вредных насекомых. Пути экологизации
                   сельскохозяйственного производства)
Учебно-методическое пособие по специальности 020201(011600) – «Биология»




                                 ВОРОНЕЖ
                                   2005


                                      2
     Утверждено      научно-методическим   советом    биолого-почвенного
факультета 27.11.2004 г., протокол № 21.




     Составитель Логвиновский В.Д.




     Пособие подготовлено на кафедре экологии и систематики
беспозвоночных животных биолого-почвенного факультета Воронежского
государственного университета.
     Пособие содержит методические материалы к курсам «Экологические
основы защиты растений», «Сельскохозяйственная энтомология», «Лесная
энтомология», «Частная энтомология», «Прикладная энтомология». При
написании    данного    пособия    использовалось   большое    количество
отечественных и зарубежных литературных источников. Далеко не все они
приведены в списке литературы, так как правила опубликования методических
пособий не позволяют сделать это.
     Рекомендуется для преподавателей вузов, аспирантов и студентов
биологических и иных специальностей, а также слушателей ФПК
Воронежского государственного университета по направлению «Экология и
природопользование».


                                                      3
                                                 СОДЕРЖАНИЕ


1. Биологический метод.............................................................................................. 4
1.1. Основные этапы развития биологического метода .......................................... 4
1.2. Основы биологического подавления вредных насекомых .............................. 7
1.3. Способы использования энтомофагов и акарифагов ....................................... 9
     1.3.1. Интродукция и акклиматизация ............................................................ 11
     1.3.2. Внутриареальное переселение и расширение ареалов местных видов
     энтомофагов ....................................................................................................... 13
     1.3.3. Сезонная колонизация ............................................................................ 13
     1.3.4. Создание условий, благоприятных для естественных врагов ............ 14
1.4. Использование других групп животных.......................................................... 16
1.5. Микробиологические методы борьбы ............................................................. 17
     1.5.1. Бактерии ................................................................................................... 18
     1.5.2. Вирусы...................................................................................................... 20
     1.5.3. Энтомопатогенные грибы ...................................................................... 21
     1.5.4. Простейшие.............................................................................................. 22
     1.5.5. Риккетсии ................................................................................................. 23
1.6. Генетические методы подавления вредителей................................................ 23
1.7. Использование естественных факторов роста, метаморфоза и поведения.. 26
     1.7.1. Гормоны ................................................................................................... 26
     1.7.2. Феромоны................................................................................................. 27
1.8. Заключение к главе ............................................................................................ 30
2. Пути экологизации сельскохозяйственного производства ............................... 31
2.1. Программы интегрированной защиты растений ............................................ 31
2.2. Экологизация сельскохозяйственного ландшафта ......................................... 32
2.3. Заключение к главе ............................................................................................ 33
Основная литература................................................................................................. 34
Дополнительная литература..................................................................................... 34


                                      4

                          1. Биологический метод
     Биологический метод защиты растений – это использование хищных и
паразитических насекомых, пауков, клещей, нематод, других животных,
грибных, бактериальных, вирусных заболеваний и прочих биологических
средств для подавления популяций вредных насекомых.


      1.1. Основные этапы развития биологического метода
      Переход к сельскому хозяйству и его развитие в неолите, около 10 тыс.
лет назад, поставило человечество непосредственно перед проблемой
конкуренции с насекомыми за пищу. С появлением растениеводства и
монокультуры возникали участки, изобилующие отдельными видами растений,
и неизбежно создавались локальные скопления насекомых-вредителей,
использующих эти растения в качестве корма.
      Уничтожение насекомых хищниками наблюдалось и отмечалось уже
давно. Идея применения хищных животных для борьбы с вредителями
культурных растений зрела довольно долго. По-видимому, первый известный
пример использования метода биологического подавления насекомых-
вредителей в современном смысле – это введение китайцами в цитрусовые
рощи хищных муравьев. Древняя китайская книга «Чудеса из Южного Китая»,
появившаяся около 900 г. н.э., сообщает, что на местных рынках можно было
купить желтых муравьев, которых использовали для защиты апельсиновых
деревьев от «появления червивых плодов». Еще в 1939 году гнезда муравьев
(Oecophylla smaragdina F.) можно было купить на рынках Кантона. Другой
пример раннего применения биологического регулирования – практика
владельцев финиковых рощ на Ближнем Востоке, в Йемене, где колонии
полезных муравьев ежегодно переносили с гор в рощи, чтобы подавлять
насекомых-вредителей.
      В 1602 году вышел труд Улисса Альдрованди «De Animalibus Insectis», в
котором резюмировалось все написанное о насекомых ранее, а также впервые
упоминалось о паразитизме у насекомых. Альдрованди, в частности, описал
нападение паразита Apanteles glomeratus (L.) на репницу Pieris rapae (L.), но он
неправильно истолковал наблюдавшееся им явление, приняв коконы паразита
за его яйца. В 1608 году итальянец Франческо Реди описал то же явление, а
также паразитирование «мухи» (наездника) на тлях. Следует отметить, что
только в 1706 году Валисснери правильно интерпретировал все ранние
наблюдения, касающиеся паразитизма у насекомых.
      В литературе XVIII века появилось множество новых сведений о
насекомых-хищниках и паразитах. В 1701 году голландский микроскопист
Левенгук зарисовал и описал паразитоида ивового пилильщика. Увидели свет
прекрасные труды Гедерта, Де Геера, Боннэ, Жоффруа и Реомюра. Особенно
много для разработки идеи биологического подавления вредителей сделал в
своих трудах Реомюр. Он, по-видимому, первый рекомендует биологическое
подавление вредителей, предлагая вносить яйца «мух», поедающих тлей, то
есть сетчатокрылых, в оранжереи.


                                       5
      Уже в 1760 году Де Геер утверждал, что «мы никогда не сможем
обороняться от насекомых без помощи других насекомых».
      Карл Линней, известнейший европейский биолог XVIII века,
интересовался не только систематикой. Он был также опытным натуралистом и
экологом, а его второй большой любовью после растений были насекомые.
Развивая идеи Реомюра, Линней (под псевдонимом К.Н. Нелин) предложил
сокращать численность садовых вредителей с помощью жужелицы Calosoma
sycophanta (L.), отлавливая их в лесу и перенося в сад. Для подавления тлей он
рекомендовал использовать божьих коровок, златоглазок и паразитических
препончатокрылых. Еще в 1760 году Линней выдвинул идею «природного
равновесия», заметив, что «растительноядные насекомые всегда связаны с
другими, которые уничтожают их, если они становятся слишком
многочисленными», и «таким образом идет война всех против всех».
      1762 год можно считать годом рождения первой программы по
перемещению хищника для подавления насекомого-вредителя из одной страны
в другую (интродукции). С самого начала развития сельского хозяйства на о.
Маврикий в Индийском океане одним из наиболее опасных вредителей
сахарного тростника была красная саранча Nomadacris septemfasciata Serr. Для
борьбы с ней была ввезена птица майна (Acridotheres tristis L.) Идея оказалась
плодотворной, вред, приносимый красной саранчой, начал уменьшаться, и уже
в 1970 году этот вредитель перестал быть опасным.
      В XVII – XVIII веках научная мысль развивалась все более и более
интенсивно, увеличивалось количество оригинальных наблюдений и
экспериментов. Однако только в XIX веке была полностью осознана
потенциальная важность различных факторов смертности в подавлении
популяции вредителя.
      В 1800 году Эразм Дарвин предложил освобождать теплицы от тлей,
поселяя там божьих коровок. Он заметил также, что гусеницы капустницы
приносили бы больше вреда, если бы «половина из них не уничтожалась
ежегодно мелким наездником».
      В накопление знаний о хищных насекомых и болезнях насекомых внесли
вклад и ученые Нового Света. Митчилл в 1823 году описал ряд паразитических
перепончатокрылых насекомых. Джейкоб Сист в 1824 году опубликовал одно
их первых наблюдений над поражением майских хрущей грибом Cordyceps.
Геррик в 1840 году описал яйцевых и куколочных паразитов гессенской мухи,
яйцевого паразита пядениц.
      В 1860-х годах Бенджамин Уэлш выдвинул идею ввоза в США
паразитических насекомых из Европы: «Это общий принцип: как только
вредное европейское насекомое случайно приживется в наших местах, мы
должны сразу же ввезти паразитов и хищников, питающихся им у него на
родине». Но первой страной, получившей партию таких организмов, была
Франция, а привезена была эта партия из Америки. Хищный клещ
американского происхождения Tyroglyphus phylloxerae Riley, нападающий на
филлоксеру, в 1873 году был переправлен во Францию для борьбы с этим
вредителем винограда. Первой вполне успешной интродукцией следует считать
ввоз божьей коровки Rodolia cardinalis (Muls.) из Австралии в Калифорнию.


                                     6
      В России первые эксперименты по использованию биологических
методов борьбы были предприняты лишь в конце семидесятых – начале
восьмидесятых годов прошлого столетия. Эти работы связаны с именем
гениального русского ученого И.И. Мечникова, который открыл возбудителей
грибных и бактериальных болезней хлебного жука Anisoplia austriaca Hrbst. и
обосновал     перспективы     практического    использования    патогенных
микроорганизмов.
      Продолжателем идей И.И. Мечникова выступил И.М. Красильщик,
которому впервые в мире удалось осуществить массовое производство гриба,
вызывающего зеленую мускардину хлебного жука. И.М. Красильщик по праву
считается пионером микробиологического метода борьбы с вредными
насекомыми в России.
      К началу текущего столетия в результате исследований многих ученых
(Ф. Кеппен, И.А. Порчинский, Н.А. Холодковский, С.А. Мокржецкий, А.А.
Силантьев, Я.Ф. Шрейнер и др.) был накоплен обширный материал по
паразитизму и хищничеству среди насекомых и определены многие пути
использования энтомофагов для биологической защиты растений. Так, И.В.
Васильев в 1903 году завез яйцеедов вредной черепашки – теленомусов – из
Туркестана в Харьковскую губернию. Несколько позже А.Ф. Радецкий перевез
из Астрахани в Туркестан паразита яиц яблонной плодожорки – трихограмму.
      Бурное развитие биологического метода, знаменуемое многочисленными
успехами, продолжалось вплоть до 1939 года. Именно тогда доктор Пауль
Мюллер, работавший в швейцарской химической компании «Гейги»,
обнаружил замечательные инсектицидные свойства ДДТ, вещества,
синтезированного еще в 1874 году немецким студентом-химиком Отмаром
Цейдлером.
      ДДТ и открытые позже устойчивые органические соединения с
инсектицидными свойствами получили очень широкое распространение в 40 –
50-х гг. Результаты их применения были вполне наглядными и успешными. В
связи с этим на методы биологического контроля над насекомыми-вредителями
стали обращать гораздо меньше внимания.
      Однако со временем в поле зрения ученых и общественности стали
попадать различные проблемы, связанные с применением пестицидов. Эти
проблемы дебатировались среди специалистов по сельскому хозяйству,
промышленников, энтомологов и правительственных служащих. Но только в
1962 году, когда вышла в свет книга Рейчел Карсон «Безмолвная весна», члены
самых разных дискутирующих групп всерьез задумались над вопросом
подавления вредных насекомых и недостатками применения пестицидов. Новое
внимание широкой публики к вопросам окружающей среды требовало ускорить
и усилить поиски безопасных способов защиты здоровья, пищи и растительных
волокон, столь необходимых всему человечеству.
      В последние годы появился ряд работ, в которых авторы продолжают
обсуждать значение и последствия применения химикатов в современном
сельском хозяйстве. Появились исторические очерки, посвященные методу
биологической борьбы в целом и его отдельным аспектам. Все эти и многие


                                     7
другие работы указывают на определенный интерес, с недавних пор
вызываемый теорией и практикой биологического подавления вредителей.
      Созданы две мощные многонациональные организации, служащие делу
биологического метода борьбы с вредителями: это Институт биологической
борьбы Содружества наций (ИББСН) в Тринидаде с его разбросанными по
всему свету многочисленными полевыми станциями, и Международная
организация по биологической борьбе (МОББ), являющиеся самым мощным
каналом для обмена идеями и информацией по биологической борьбе во всем
мире.
      Под широкое определение биологического подавления вредных
насекомых, то есть использование различных организмов или продуктов их
жизнедеятельности для нанесения ущерба вредным насекомым, подпадают
многие новые уникальные и перспективные методы, которые мы, хотя бы
кратко, попытаемся рассмотреть в некоторых последующих разделах.


      1.2. Основы биологического подавления вредных насекомых
      В более или менее устойчивых местообитаниях относительная
стабильность средних плотностей популяций характерна для всех живых
организмов. И все-таки надо отметить относительность такой стабильности –
на самом деле плотность популяций постоянно меняется. Особи, из которых
состоит популяция, умирают от старости, гибнут от нехватки пищи, нападений
хищников, от действия погодных факторов или от случайностей; вместе с тем
происходит размножение, популяция пополняется новыми особями, имеют
место иммиграция и эмиграция. По-видимому, популяции могут быть в одно и
то же время и стабильными и меняющимися в численности. Р. Смит и Р. Даут,
объясняя этот феномен, привели очень удачную аналогию. Считается, что
уровень моря постоянен, и от него можно отмерять все другие высоты на
земной поверхности. Однако очень редко можно найти место и выбрать такой
момент, где поверхность океана ровна и неподвижна, то есть «уровень моря» –
это некая средняя постоянная величина, рассчитанная за долгое время и на
большом пространстве, около которой постоянно колеблется реальный уровень
воды.
      Точно также мы видим, что, хотя плотность популяций любого организма
может постоянно меняться, ее величина имеет тенденцию колебаться около
относительно неизменного среднего значения, которое, впрочем, при
некоторых обстоятельствах тоже может измениться.
      В этом положении заложены основные принципы естественного
регулирования. Естественное регулирование – это поддержание динамического
равновесия в конкретных верхних и нижних пределах за какой-то период
времени в результате действия сложной комбинации всех факторов внешней
среды, воздействующих на популяцию. Особенно важна «упругость»
популяции, выражающаяся в возрасте и характерной для нее средней плотности
после периодов положительного или отрицательного отклонения. Хотя на
первый взгляд такая способность кажется странной, легко понять, что она
необходима. В противном случае затянувшееся увеличение или уменьшение


                                     8
численности вида через некоторое время тяжело отразилось бы на нем. Это и
есть так называемое «природное равновесие», о котором говорили еще во
времена Линнея. Природное равновесие является результатом естественных
регуляторных процессов, идущих в окружающей среде. Благодаря ему
численность вида не падает до вымирания и не увеличивается до
бесконечности.
      Изучение численных изменений, происходящих в популяциях, разные
авторы называют динамикой популяций, демологией, ларитмикой, но на самом
деле это количественная экология популяций. Исследования динамики
популяций заключается не только в наблюдении и описании того, как размер
популяции вида колеблется во времени и пространстве, но и в выяснении
процессов, вызывающих эти колебания. Выявлены десятки факторов,
влияющих на изменения численности популяций. Весь этот комплекс делят на
две группы: особенности вида, на которые мы мало можем влиять, и факторы
внешней среды, которые человек может изменить в ущерб вредному
насекомому. Факторы смертности, относящиеся к факторам внешней среды,
делятся для удобства на две группы: силы, не зависящие от плотности, – это в
основном капризы погоды и климата, и силы, зависящие от плотности, часто
обусловленные действием паразитов, хищников, инфекционных болезней или
конкуренцией за ограниченный запас пищи или ограниченное пространство. В
настоящее время для подавления популяций человек вряд ли способен влиять
на физические (абиотические) факторы, например, погоду или климат.
Впрочем, есть исключения – имеется в виду возможность изменений
микроклимата или даже мезоклимата. Наконец, среди элементов,
ответственных за природное равновесие, есть и факторы смертности,
зависящие от плотности. В эту группу входят в основном биотические факторы,
и к ним мы чаще всего обращаемся, когда ищем естественные регуляторные
механизмы, которые можно использовать для подавления популяций
вредителя.
      Итак, в настоящее время механизм естественного регулирования,
представляют как сложный процесс, на одно из звеньев которого обязательно
действует, по крайней мере, один фактор, зависящий от плотности. К
необходимым элементам, участвующим во взаимодействии популяции со своей
средой, относят три обширных класса компонентов:
      1) особенности, присущие популяции;
      2) формирующее воздействие среды, которое в основном не зависит от
плотности, но обеспечивает тесные рамки потенциальной емкости среды для
данной популяции;
      3) зависящий от плотности управляющий и стабилизирующий механизм,
который регулирует размер популяции в зависимости от особенностей вида и
от рамок среды.
      Если стабилизирующий механизм состоит только из одного ключевого
фактора, то другие, зависящие от плотности (но не участвующие в регуляции)
факторы, воздействующие на популяцию, вполне можно рассматривать как
внутренние компоненты формирующего воздействия среды.


                                    9
      Для подавляющего большинства насекомых в природе характерны такие
плотности популяций, которые не позволяют отнести их к вредителям.
Увеличение плотности обычно случается из-за того, что процессы, ранее
сдерживавшие полную реализацию репродуктивного потенциала вида,
становятся менее эффективными. Если не принимать во внимание
эволюционные изменения, то можно утверждать, что вид обычно приобретает
статус    вредителя    из-за  экологических    изменений,    определяемых
взаимодействием людей, вредителей и среды, общей для них.
      Логичной реакцией человека на появление вредителя должно быть
противодействующее изменение внешней среды, направленное на постоянное
подавление численности вредителей или снижение их экономического эффекта,
или того и другого.
      Все биологическое подавление вредителей покоится на представлении,
что плотность многих видов-вредителей можно уменьшить изменением
подходящих биологических или экологических процессов, направленных на
ухудшение условий существования вредителей.
      В случае классических методов биологической борьбы теория
естественного регулирования прилагается к практике следующим образом: в
окружающую среду вредителя вводят агенты, участвующие в зависящих от
плотности регуляторных процессах, или же оптимизирующие деятельность уже
имеющихся таких агентов. К последним относятся паразитоиды,
болезнетворные организмы или хищники.
      Если выбор сделан правильно, то плотность вредителя может быть
понижена до уровня, на котором он уже не наносит вреда.
      При иных методах биологического подавления насекомых-вредителей
цель может достигаться вмешательством в другие процессы. Например, с
помощью генетических приемов можно подавить характерные для вида
репродуктивные и поведенческие функции, а также функции развития (раздел
1.6). К такому же результату приводит применение гормонов и феромонов
(раздел 1.7). Агротехническими мероприятиями, введением устойчивого
хозяина (селекция) также можно изменить не зависящие от плотности факторы
среды до такой степени, что потенциальная емкость среды, а с ней и средняя
плотность популяции вредителя падают.
      Биологический метод включает несколько направлений подавления
популяций вредителей: использование хищных и паразитических животных,
микробиологический, селекционный, генетический методы, а также
использование гормональных препаратов и феромонов насекомых.


      1.3. Способы использования энтомофагов и акарифагов
      У любого насекомого имеются хищники, паразиты и паразитоиды,
сдерживающие его численность в природе. Человек применяет различные
методы их использования для подавления популяций вредных насекомых. В
этой области накоплен довольно обширный и, в ряде случаев, успешный опыт.


                                     10
      Какими желательными качествами, от которых во многом зависит успех
или провал программ биологичекого подавления вредителей, должен обладать
«полезный» организм?
      Прежде всего, необходимо учитывать экологическую совместимость
полезных организмов, особенно чужеземных, предназначенных для борьбы
против местных или завезенных вредителей.
      Эффективность энтомофагов часто уменьшается близ границ ареала
хозяина, из-за чувствительности к холоду, высушиванию, жаре и т.д., поэтому
важно особенно строго выбирать такой вид, который выдерживал бы эти
условия наравне с хозяином. Различие в экологических реакциях может быть
важным фактором, ограничивающим эффективность полезных местных видов,
и не исключено, что для превращения их в успешные регуляторные агенты
иногда необходимы какие-либо изменения условий среды.
      Близким к понятию экологической совместимости, которое означает
сведение полезных организмов в одном местообитании с их хозяевами,
является понятие временной совместимости, то есть возможность свести их в
этом местообитании в одно и то же время.
      Польза от естественных врагов может значительно уменьшиться, если
существуют такие области в пространстве или периоды времени, где и когда
хозяин может укрыться от нападения.
      Недостаточно, чтобы вредитель и его естественные враги оказались в
одном и том же месте в одно и то же время, необходима еще и синхронизация
их жизненных циклов. Если весной паразитоид появляется раньше, чем хозяин-
вредитель, ему можно предоставить популяцию дополнительного хозяина.
Ранние дополнительные хозяева играют роль резервата для паразитоидов,
которые позже нападут на появляющиеся особи хозяина-вредителя.
      Другой     способ   искусственно    синхронизировать   встречаемость
паразитоида и хозяина – метод периодического наводняющего выпуска
полезных насекомых.
      Эффект энтомофага в стабильной ситуации, характерной для случая
успешного подавления вредителя, в значительной степени зависит от
способности энтомофага находить хозяина или жертву при низкой плотности
популяции.
      Используемый энтомофаг должен обладать и высоким репродуктивным
потенциалом. Это обеспечивается либо коротким временем генерации, либо
высокой плодовитостью, либо и тем и другим.
      В идеале полезное насекомое должно обладать и высоким
репродуктивным потенциалом, и хорошей поисковой способностью, но из-за
низкой плотности вредителя репродуктивный потенциал редко используется
полностью, и основной характеристикой становится высокая поисковая
активность.
      Успешная и эффективная деятельность интродуцированного вида зависит
от его способности к расселению, которая тесно связана с его экологической
приспособляемостью и способностью к поиску хозяина. В идеале желательно
было бы сделать одну или несколько ограниченных интродукций полезного



    
Яндекс цитирования Яндекс.Метрика