Scientific and technological support of phytosanitary safety

Texto integral

Увеличение производства сельскохозяйственной продукции и экспорта продовольственных культур, интенсификация растениеводства, расширение торговых связей, изменение климата и технологического уклада – факторы, требующие усиления мер, обеспечивающих фитосанитарную и продовольственную безопасность страны.

Защита растений – система мероприятий по борьбе с организмами, наносящими урон посевам в открытом или защищённом грунте, окультуренным угодьям и естественной растительности. Подобные меры направлены на предупреждение проникновения, распространения и массового размножения или развития, а также на регулирование или ликвидацию популяций вредных организмов. В то же время защита растений – это раздел прикладной биологии, в рамках которого разрабатываются теоретические и методологические основы соответствующих мероприятий.

Роль защиты растений от вредных организмов в получении урожая сельскохозяйственных культур и его качества весьма велика. По оценкам Продовольственной и сельскохозяйственной организации Объединённых Наций (ФАО), ежегодно до 37% продовольственных культур в мире погибает от вредных организмов. В нашей стране при совокупном негативном воздействии вредителей, возбудителей болезней и сорных растений может теряться до 50% урожая [1].

В зависимости от уровня развития науки формировались разные концепции защиты растений – от сохранения урожая любой ценой и полного уничтожения вредных организмов до современной адаптивно-интегрированной защиты при условии рационального применения химических и биологических средств. Интегрированная защита растений сформирована в 1970-е годы, однако представления о необходимости использования природных факторов, ограничивающих развитие вредных организмов, высказывались и ранее [2, 3]. В основу этой концепции положены биологизированные и экологизированные подходы к обеспечению равновесия в агроэкосистемах, ориентированные не только на применение агротехнических, биологических, генетических, химических и других методов, но и на использование природных факторов, в том числе полезной фауны и флоры [4]. В целях успешной реализации приоритетных исследовательских программ, решения важнейших практических задач в сфере защиты растений академик М.С. Соколов с соавторами [5] предложил перейти к адаптивно-интегрированной защите растений. Изначально эта концепция научно обоснована академиком А.А. Жученко [6, 7]. Она представляет собой систему взаимосвязанных научно обоснованных фундаментальных положений, отвечающих требованиям современной экономической и социально-экологической политики, задаче ускоренного создания перспективных отечественных технологий для АПК страны [8].

Генетическая защита растений. Ежегодно на посевах сельскохозяйственных культур в Российской Федерации используется около 230 000 т пестицидов более 2000 наименований на площади, превышающей 100 млн га. Возделывание генетически защищённых сортов и гибридов позволяет снижать пестицидную нагрузку, сберегать ресурсы, получать экологически чистую органическую продукцию. Устойчивость возделываемых сортов предотвращает чрезвычайные ситуации, связанные с эпифитотиями вредных организмов, и обеспечивает конкурентоспособность сортов и гибридов.

Исследования Всероссийского НИИ защиты растений (ВИЗР), ФНЦ биологической защиты растений (ФНЦ БЗР), Всероссийского НИИ фитопатологии (ВНИИФ), ФИЦ “Всероссийский институт генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова” (ВИР) по разработке эффективной генетической защиты растений базируются на изучении механизмов изменчивости популяций фитопатогенных организмов, интенсивности генного потока, дрейфа генов, выявлении генетического разнообразия устойчивости растений к вредным организмам. Заметный вклад в создание запаса генов устойчивости, разработку биотехнологий использования генов устойчивости в селекции вносят ВИЗР, ВИР, Институт цитологии и генетики СО РАН (ИЦиГ), Всероссийский НИИ сельскохозяйственной биотехнологии (ВНИИСБ), ВНИИФ, Национальный центр зерна им. П.П. Лукьяненко (НЦЗ им. П.П. Лукьяненко), ФИЦ “Немчиновка”, Татарский НИИ сельского хозяйства (ТатНИИСХ) и ряд других учреждений. Если в 2010 г. количество сортов пшеницы озимой с устойчивостью к ржавчинным заболеваниям в Госреестре селекционных достижений составляло 41 наименование, то в 2023 г. уже 73. В НЦЗ им. П.П. Лукьяненко созданы сорта, не подверженные трём видам ржавчины, – Юмпа, Антонина, Безостая 100, Веха, Гурт [9].

Особое значение для предотвращения эпифитотий имеют сорта с групповой устойчивостью к пяти и даже шести возбудителям болезней. Например, сорт озимой пшеницы Адель не подвержен жёлтой и стеблевой ржавчинам, пыльной головне, мучнистой росе, септориозу и фузариозу колоса [10]. Успехи селекционеров в создании таких сортов можно оценить как мировое достижение, поскольку разрушена отрицательная корреляция между устойчивостью сорта к болезням и его продуктивностью: то есть теперь устойчивый сорт может быть ещё и высокоурожайным.

В связи с освоением нового инструментария и развития геномных и постгеномных технологий в ВИЗРе в сотрудничестве с ВИР и ИЦиГ разрабатывают технологии по изучению генетического разнообразия устойчивости ячменя и пшеницы к гемибиотрофным патогенам, картофеля к возбудителям карантинных болезней [11–15]. Идентификация и картирование “главных” генов и локусов количественных признаков (QTL) устойчивости – это многоплановые исследования, в которых участвуют фитопатологи, генетики и биоинформатики.

Современное состояние исследований и достижений в области генетической защиты растений можно охарактеризовать, с одной стороны, как накопление фундаментальных знаний по генетическому разнообразию устойчивости, структурной и функциональной организации генетических детерминант устойчивости растений и вирулентности патогенов, а с другой – как расширение практического использования генетически защищённых сортов сельскохозяйственных растений.

Биологическая защита растений. В биологической защите растений применяются термины макро- и микробиометод. Микробиометод предполагает использование микроорганизмов и продуктов их жизнедеятельности в защите растений, макробиометод – использование макроорганизмов.

Самым безопасным и наиболее эффективным методом защиты растений в теплицах и при органическом земледелии, где применение химических пестицидов запрещено или ограничено, являются насекомые и клещи – агенты биологического контроля. Выпуски энтомофагов (естественных врагов вредителей) – важный элемент экологически чистых технологий выращивания растений [16].

Активное развитие технологий тепличного растениеводства, в том числе появление теплиц нового поколения, вносит коррективы в систему биологической защиты растений, что, в свою очередь, требует новых подходов к отбору энтомофагов. В частности, меняются критерии их эффективности. Одновременно с введением новых технологий возделывания тепличных культур расширяется видовой состав вредителей, в том числе за счёт инвазионных видов¹, поэтому постоянный поиск новых видов хищников и паразитов для биологического контроля вредителей – одна из актуальных задач науки [17]. Биоресурсы энтомофагов и акарифагов² весьма обширны. Потенциально в защите растений могут быть использованы представители как минимум 15 семейств перепончатокрылых (Hymenoptera), двукрылых (Diptera), жесткокрылых (Coleoptera), полужесткокрылых (Homoptera) и сетчатокрылых (Neuroptera) насекомых, а также клещей (Arachnida). В практику биологической защиты растений введено не более 300 видов, из которых коммерчески доступны 230. Иными словами, несмотря на вековую историю применения энтомофагов в защите растений, их природные ресурсы во многом остаются неосвоенными.

Большинство из используемых энтомофагов – это паразитические перепончатокрылые с узкой пищевой специализацией. Они сфокусированы на целевых вредителях и, как правило, более эффективны как агенты биологического контроля. Биоресурсы паразитических перепончатокрылых обширны. Только в отечественной фауне их известно около 10 тыс. видов, а в мировой фауне их по разным оценкам в 56 раз больше. При этом только несколько сотен их видов уже апробированы в биологическом контроле, из которых 179 активно используются методом сезонной колонизации для защиты овощных, плодовых и других культур. Второе место по масштабам производства и применения в мире занимают клещи семейства Phytoseiidae (Arachnida): 54 вида данного семейства используют в системах биологического контроля вредителей в основном против паутинных клещей, трипсов и белокрылок. Одним из первых представителей этого семейства, который был успешно внедрён в защиту растений, стал специализированный хищник паутинных клещей Phytoseiulus persimilis Athias-Henriot. Из-за его узкой пищевой специализации для разведения фитосейулюса необходимы вегетирующие растения, на которых накапливают его жертву – паутинного клеща.

Переход на современные технологии производства энтомофагов требует выполнения двух условий. Во-первых, необходимы культуры хищников и паразитов с заданными свойствами, которые обеспечат эффективный контроль вредителей в современных теплицах. Во-вторых, нужны существенные капиталовложения в строительство нового поколения биофабрик. ВИЗР располагает обширной коллекцией энтомофагов, специалистами по их видовой диагностике и селекции, методическими разработками по сохранению высокого качества коллекционных культур при длительном хранении. В коллекцию ВИЗРа входят виды, на использовании которых базируются современные системы биологической защиты [18]. Общее число энтомофагов в 2024 г. достигло 42 видов. В коллекции хранятся уникальные селекционные линии энтомофагов. В течение последних пяти лет коллекцию пополнили новые виды восточноазиатской фауны, которые в ближайшем будущем найдут применение в защите растений.

В соответствии с тенденциями развития тепличного растениеводства в России стала очевидной необходимость создания отечественного промышленного производства энтомофагов, которое обеспечит широкий ассортимент биологических средств защиты растений, стабильность поставок в течение всего года, строгий контроль качества энтомофагов (прежде всего видовую чистоту культур), рентабельность массового разведения энтомофагов, основанную на значительных объёмах производства и сопряжении технологических циклов разных видов энтомофагов. Примером взаимовыгодного сотрудничества в области крупномасштабного производства полезных насекомых для защиты растений может служить биотехнологическое производство ООО “НПП ИНАППЕН” и ВИЗРа. Институт предложил патенты и технологии, а коммерческая структура – производственные мощности. Проект должен обеспечить потребности отечественного растениеводства и сопредельных стран.

Огромным потенциалом в биологической защите растений обладают микроорганизмы. Микробиологические препараты, разрабатываемые и используемые в России, основаны на вирусах, бактериях и грибах. Вирусные инсектициды высокоспецифичны для целевых вредных организмов, безопасны для теплокровных, птиц, рыб и полезных насекомых. Основные энтомопатогенные вирусные препараты, как правило, создают на основе представителей семейства Baculoviridae. Бактериальные препараты для борьбы с вредными насекомыми и клещами разрабатывают на основе разных штаммов Bacillus thuringiensis. Основу препаратов для борьбы с фитопатогенами составляют бактерии родов: Bacillus (B. subtilis, B. nigrum, B. amyloliquefaciens), Pseudomonas (Ps. aureofaciens, Ps. fluorescens). Грибные препараты для борьбы с вредителями созданы на основе Beauveria bassiana, Metarhizium anisopliae и др., а для борьбы с фитопатогенами – на основе рода Trichoderma (Tr. veride, Tr. asperellum, Tr. harzianum, Tr. virens). В 2025 г. для применения в Российской Федерации разрешены 36 инсектицидов: на основе энтомопатогенных вирусов (2), бактерий (12), грибов (5), продуктов вторичного метаболизма актиномицетов (18), 48 фунгицидов на основе бактерий (31), грибов (3), бактерий и грибов (4), а также шесть феромонов [19–21]. Доля биопестицидов на мировом рынке средств защиты растений составляет около 10% [22].

Следует отметить, что разработка и внедрение микробиологических средств осуществляются недостаточно активно. В 2004 г. можно было использовать 37 препаратов, в 2018 – 60, в 2025 г. – 90. Есть тенденция на постепенное увеличение микробиопрепаратов, но работу по этому важному направлению экологизации защитных мероприятий необходимо интенсифицировать.

В настоящее время быстро развиваются технологии защиты растений, основанные на РНК-интерференции. Несмотря на очевидные преимущества РНК-препаратов и/или внедрения в геном растений генов, кодирующих смертоносные для насекомых молекулы малых РНК, привлекает к себе внимание комбинированное использование искусственных (в виде спреев препаратов двухцепочечных РНК (дцРНК)) и природных механизмов регулирования численности популяций вредителей с помощью естественных “контролёров”, в качестве которых перспективны эндофитные бактерии Bacillus thuringiensis [23, 24].

Химическая защита растений. Первые упоминания об использовании химических веществ для защиты продовольственных культур появились в третьем тысячелетии до н.э. Человечество использовало серу и соли меди. В настоящее время в нашей стране 98% общего объёма средств защиты растений составляют химические пестициды [25]. Масштабы мероприятий по защите сельскохозяйственных культур постоянно растут. Площади фитосанитарных обработок пестицидами выросли с 58.9 млн га в 2010 г. до 100 млн га в 2023 г.

Благодаря научно-технологическим разработкам ВИЗРа, ФНЦ БЗР, ВНИИФ, ВНИИЗР, ряда других научных учреждений и аграрных университетов (РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева, Кубанский ГАУ им. И.Т. Трубилина, Санкт-Петербургский ГАУ), а также коммерческих структур (АО Фирма “Август”, АО “Щёлково-Агрохим”, ООО “Агро Эксперт Груп” и др.) постоянно расширяется и совершенствуется ассортимент средств защиты растений, разрешённых к применению на территории Российской Федерации. В настоящее время он насчитывает более 2000 наименований (табл. 1). Как видим за 65 лет количество пестицидов разного назначения с момента регулирования оборота средств защиты растений (1961 г.) увеличилось в 35 раз. Совершенствуются действующие вещества, комбинации, препаративные формы и технологии применения. Особое внимание научные учреждения уделяют разработке технологических регламентов эффективного и безопасного использования средств защиты растений [26, 27].

Таблица 1. Средства защиты растений, разрешённые для применения в сельском хозяйстве Российской Федерации

* Дефолианты, десиканты, феромоны, регуляторы роста растений, моллюскоциды, репелленты.

На примере химических средств борьбы с вредителями можно проследить совершенствование ассортимента препаратов и действующих веществ (табл. 2). Сокращается количество неорганических и фосфорорганических соединений, прекращено использование хлор- и броморганики. Увеличивается количество неоникотиноидов и комбинированных препаратов.

Таблица 2. Химические средства борьбы с вредителями

Дальнейшее совершенствование ассортимента инсектицидов можно проиллюстрировать на примере средств защиты картофеля от колорадского жука (табл. 3). Анализ данных таблицы 3 по годам позволяет утверждать, что постепенно увеличивается количество используемых препаратов и биопрепаратов, сохраняются низкие нормы применения, снижается опасность инсектицидов для теплокровных животных за счёт увеличения количества умеренно опасных препаратов. В наших исследованиях представлен подробный анализ результатов научно-исследовательских работ по изучению средств защиты растений от вредных насекомых и клещей, разработке регламентов их эффективного и безопасного применения, совершенствованию ассортимента, методологии и стратегии их использования с учётом современных требований [28].

Таблица 3. Инсектициды для защиты картофеля от колорадского жука

Важное направление в обеспечении фитосанитарной безопасности – разработка технологий, методов и средств борьбы с возбудителями болезней растений. На протяжении многих лет в целях снижения потерь, вызываемых фитопатогенами, использовали различные средства: серу, медь и её соли, известь, формалин и препараты на основе ртути [29]. Совершенствование фунгицидов осуществлялось путём изъятия препаратов на основе сильнодействующих ядовитых веществ, создания препаратов на основе действующих веществ 3 и 4 классов опасности³ из новых химических классов, создания комбинированных препаратов с меньшими нормами применения и токсичностью для человека и теплокровных животных. Принципиальные изменения в ассортименте фунгицидов представлены в таблице 4.

Таблица 4. Ассортимент фунгицидов

Количество используемых препаратов увеличилось с 11 в 1961 г. до 597 в 2025 г., расширился спектр действующих веществ, появились новые химические классы, развивается применение комбинированных препаратов, позволяющих защищать растения от нескольких болезней и снижать токсическую нагрузку. Отчётливо видна тенденция сокращения норм применения фунгицидов – от 12.9 л, кг/га в 1961 г. до 0.8 л, кг/га в 2025 г. Снижается токсичность препаратов, их основу составляют средства 3 и 4 классов опасности.

Особую роль в эффективности, технологии применения, безопасности для человека и окружающей среды играют препаративные формы пестицидов, сочетающие требуемые физико-химические свойства веществ с особенностями их распределения в окружающей среде. Эти формы постоянно совершенствуются. Уходят из оборота такие формы, как дуст (порошок), так как они пылят при работе, их заменяют на смачивающиеся порошки, гранулы, а также жидкие формы: концентрат эмульсии, концентрат суспензии, водный раствор, микрокапсулированная суспензия и др. (табл. 5).

Таблица 5. Препаративные формы фунгицидов

В последнее время широкое распространение получили коллоидные системы – мицеллярные растворы (концентрат коллоидного раствора) и микроэмульсии. Эти инновационные препаративные формы имеют ряд преимуществ. Размер частиц меньше 0.1 мкм, что позволяет частицам действующего вещества быстро проникать в защищаемое растение и оказывать защитное и куративное (лечащее) действие. Они обладают высокой дождестойкостью, полным смачиванием поверхности растений и хорошей адгезией.

Перспективный технологический приём в защите растений – предпосевная обработка семян. Этот приём эффективен для защиты зерновых, зернобобовых, овощных и технических культур от большинства возбудителей болезней и многих вредителей [30]. Обработка семян сельскохозяйственных культур вне полевых условий позволяет защитить высеваемое семя как от внешней, так и от внутренней инфекции, а молодое растение – от фитофагов и фитопатогенов. Данный приём имеет неоспоримые преимущества по сравнению с другими способами использования химических средств: он экономичен (не нужно обрабатывать посевы тракторным опрыскивателем), экологичен (исключается загрязнение пестицидами окружающей среды), не зависит от погодных условий. О перспективности этого направления можно судить по постоянно расширяющемуся ассортименту препаратов для предпосевной обработки семян. Доля таких веществ в общем объёме пестицидов составляет 40%.

Важное условие получения стабильных урожаев – борьба с сорными растениями. Посевы большинства культур засорены, а при наличии многолетних корневищных и корнеотпрысковых сорняков потери урожая достигают 30–40% [31]. Сорные растения отличаются от других групп вредных организмов тем, что они распространены повсеместно и постоянно оказывают отрицательное влияние на культурные растения, конкурируя с ними за свет, влагу и питательные вещества.

Арсенал средств защиты сельскохозяйственных культур от сорных растений к концу прошлого столетия включал широкий набор химических препаратов. Однако в связи с возделыванием новых культур, изменением климатических условий и видового состава сорных растений, а также возникновением их резистентных популяций ассортимент гербицидов и технологии их применения постоянно совершенствуются (табл. 6). В начале XXI в. были исключены из оборота высокотоксичные действующие вещества и препараты, к 2025 г. разработаны инновационные, более безопасные действующие вещества (101), в несколько раз увеличилось количество препаратов на их основе (903). Предпочтение отдают гербицидам с более низкими нормами применения, менее токсичным, избирательно действующим, более экологичным и безопасным.

Таблица 6. Ассортимент гербицидов

Расширение сферы применения и повышение безопасности во многом достигнуто за счёт создания комбинированных препаратов, количество которых достигло 320 (35% от общего количества гербицидов). Продолжают совершенствоваться препаративные формы гербицидов. Значительное место занимают водно-диспергируемые гранулы и концентраты эмульсий, снижается количество порошкообразных форм. Появились новые препаративные формы, позволяющие снижать нормы применения, и технологии обработки полей. Например, препараты Зонтран (концентрат коллоидного раствора) и Лазурит Супер (концентрат наноэмульсии) за счёт инновационных препаративных форм можно применять не только до всходов культуры, но и в ранние фазы роста растений. При этом удалось снизить норму применения действующего вещества гербицидов на единицу обрабатываемой площади практически в 3 раза.

Научно-технологические разработки фундаментального и поискового характера по защите растений соответствуют Доктрине продовольственной безопасности Российской Федерации, Стратегии научно-технологического развития Российской Федерации о переходе к высокопродуктивному и экологически чистому агрохозяйству, разработке и внедрению систем рационального применения средств химической и биологической защиты сельскохозяйственных растений, Программе фундаментальных научных исследований в Российской Федерации на долгосрочный период о разработке и внедрении новых природоподобных, биологических и химических средств защиты растений, Указу Президента РФ № 529 от 18.06.2024 г. о подготовке технологий создания биологических и химических средств для повышения урожайности сельскохозяйственных культур, их защиты от болезней и вредных организмов, а также технологий сохранения биологического разнообразия и борьбы с чужеродными (инвазивными) видами животных, растений и микроорганизмов.

¹ Инвазионный (инвазивный) вид – биологический вид, распространение которого угрожает биологическому многообразию. Типичная первоначальная причина распространения инвазионных видов – непреднамеренная интродукция организмов за пределы мест их естественного обитания.

² Организмы, которые истребляют вредных насекомых, называются энтомофагами, а хищники и паразиты, уничтожающие клещей, – акарифагами.

³ Класс опасности – условная величина вредного воздействия, которая устанавливается в соответствии с нормативными отраслевыми документами. 1-й класс – вещества чрезвычайно опасные; 2-й – вещества высокоопасные; 3-й – вещества умеренно опасные; 4-й – вещества малоопасные.

Sobre autores

V. Dolzhenko

Autor responsável pela correspondência
Email: dolzhenko@iczr.ru

академик РАН, руководитель Центра биологической регламентации использования пестицидов

Bibliografia

Arquivos suplementares