Экономически обоснованная защита растений: комплексный подход к борьбе с вредителями.

Введение

Подход к экономическому контролю вредителей

Интегрированное управление вредителями (IPM), также известное как интегрированный контроль вредителей (IPC), – это комплексный подход, объединяющий химические и нехимические методы для экономического контроля вредителей. IPM направлено на подавление популяций вредителей ниже экономического порога вредоносности (EIL). Продовольственная и сельскохозяйственная организация ООН определяет IPM как "тщательное рассмотрение всех доступных методов борьбы с вредителями и последующую интеграцию соответствующих мер, препятствующих развитию популяций вредителей и поддерживающих использование пестицидов и других вмешательств на уровне, экономически оправданном, и снижающих или минимизирующих риски для здоровья человека и окружающей среды. IPM подчеркивает важность выращивания здоровых культур с наименьшими возможными нарушениями агроэкосистем и стимулирует естественные механизмы контроля вредителей". Энтомологи и экологи призывают к внедрению IPM с 1970-х годов. IPM обеспечивает более безопасную борьбу с вредителями. Внедрение и распространение инвазивных видов также можно контролировать с помощью IPM, снижая риски при одновременном увеличении выгод и сокращении затрат.

История

Вскоре после Второй мировой войны, когда синтетические инсектициды стали широко доступны, энтомологи в Калифорнии разработали концепцию "контролируемой защиты растений от вредителей". Примерно в то же время энтомологи в хлопковом поясе США выступали за аналогичный подход. В рамках этой схемы защита растений от вредителей осуществлялась под "контролем" квалифицированных энтомологов, а применение инсектицидов основывалось на выводах, полученных в результате периодического мониторинга популяций вредителей и их естественных врагов. Это рассматривалось как альтернатива программам, основанным на календарных сроках. Контролируемая защита растений основывалась на знании экологии и анализе прогнозируемых тенденций в популяциях вредителей и естественных врагов. Контролируемая защита растений заложила значительную концептуальную основу для "интегрированной защиты растений", сформулированной энтомологами Калифорнийского университета в 1950-х годах. Интегрированная защита растений была направлена на определение оптимального сочетания химических и биологических методов борьбы с конкретным вредителем. Химические инсектициды должны были использоваться таким образом, чтобы оказывать минимальное негативное воздействие на биологический контроль. Таким образом, термин "интегрированный" был синонимом "совместимый". Химические методы борьбы должны были применяться только после того, как регулярный мониторинг показывал, что популяция вредителей достигла уровня, требующего вмешательства (экономический порог вредоносности), чтобы предотвратить достижение уровня, при котором экономический ущерб превысит стоимость мер по защите растений (уровень экономического ущерба). IPM (Integrated Pest Management – интегрированная защита растений) расширила концепцию интегрированной защиты растений на все классы вредителей и включила в себя все доступные тактики. Методы борьбы, такие как применение пестицидов, должны были применяться в соответствии с принципами интегрированной защиты растений, но теперь они должны были быть совместимы с тактиками для всех классов вредителей. Другие тактики, такие как устойчивость растений-хозяев и агротехнические приемы, стали частью системы IPM. IPM объединила энтомологов, патологов растений, нематологов и специалистов по борьбе с сорняками. В Соединенных Штатах IPM была закреплена в национальной политике в феврале 1972 года, когда президент Ричард Никсон поручил федеральным агентствам принять меры для продвижения применения IPM во всех соответствующих секторах. В 1979 году президент Джимми Картер создал межведомственный координационный комитет по IPM для обеспечения разработки и внедрения практики IPM. Перри Адкиссон и Рэй Ф. Смит получили Всемирную продовольственную премию в 1997 году за продвижение использования IPM.

Shortly after World War II, when synthetic insecticides became widely available, entomologists in California developed the concept of "supervised insect control". Around the same time, entomologists in the US Cotton Belt were advocating a similar approach. Under this scheme, insect control was "supervised" by qualified entomologists and insecticide applications were based on conclusions reached from periodic monitoring of pest and natural enemy populations. This was viewed as an alternative to calendar based programs. Supervised control was based on knowledge of the ecology and analysis of projected trends in pest and natural enemy populations. Supervised control formed much of the conceptual basis for the "integrated control" that University of California entomologists articulated in the 1950s. Integrated control sought to identify the best mix of chemical and biological controls for a given insect pest. Chemical insecticides were to be used in the manner least disruptive to biological control. The term "integrated" was thus synonymous with "compatible." Chemical controls were to be applied only after regular monitoring indicated that a pest population had reached a level that required treatment (the economic threshold) to prevent the population from reaching a level at which economic losses would exceed the cost of the control measures (the economic injury level). IPM extended the concept of integrated control to all classes of pests and was expanded to include all tactics. Controls such as pesticides were to be applied as in integrated control, but these now had to be compatible with tactics for all classes of pests. Other tactics, such as host plant resistance and cultural manipulations, became part of the IPM framework. IPM combined entomologists, plant pathologists, nematologists and weed scientists. In the United States, IPM was formulated into national policy in February 1972 when President Richard Nixon directed federal agencies to take steps to advance the application of IPM in all relevant sectors. In 1979, President Jimmy Carter established an interagency IPM Coordinating Committee to ensure development and implementation of IPM practices. Perry Adkisson and Ray F. Smith received the 1997 World Food Prize for encouraging the use of IPM.

Приложения

IPM применяется в сельском хозяйстве, садоводстве, лесном хозяйстве, в жилых зонах, для профилактической консервации культурного наследия и в общей борьбе с вредителями, включая борьбу с вредителями зданий и сооружений, вредителями газонов и декоративных растений. Методы IPM помогают предотвратить и замедлить развитие устойчивости, что известно как управление устойчивостью.

Процесс

IPM – это выбор и применение, подходящее для большинства ситуаций управления вредителями в сельском хозяйстве, здравоохранении и благоустройстве территорий. Процесс IPM начинается с мониторинга, включающего осмотр и идентификацию, за которым следует установление уровней экономического ущерба. Уровни экономического ущерба определяют экономический порог вредоносности. Уровень экономического ущерба – это численность популяции вредителя, при которой ущерб, наносимый культуре, превышает стоимость мер по борьбе с ним. Это также может быть пороговое значение для определения недопустимого уровня, не связанного с экономическим ущербом. Пороговые значения для принятия решений чаще встречаются в борьбе с вредителями в зданиях и сооружениях, а уровни экономического ущерба – в классической борьбе с сельскохозяйственными вредителями. Например, наличие одной мухи в операционной больницы недопустимо, но одна муха в вольере для домашних животных – допустимо. Как только численность вредителя превысит установленный порог, необходимо предпринять действия для сокращения и контроля его популяции. Интегрированная защита растений включает в себя различные методы, такие как агротехнические приемы, например, физические барьеры, биологические методы, такие как привлечение и сохранение естественных врагов и хищников вредителя, и, наконец, химические методы или пестициды. Опора на знания, опыт, наблюдения и интеграцию различных методов делает IPM подходящим для органического земледелия (за исключением синтетических пестицидов). Хотя пестициды, и особенно инсектициды, используемые в органическом земледелии и садоводстве, как правило, безопаснее синтетических, они не всегда более безопасны или экологичны, чем синтетические пестициды, и могут нанести вред. На обычных фермах IPM может снизить воздействие опасных химических веществ на человека и окружающую среду и потенциально снизить общие затраты. Оценка риска обычно включает в себя четыре аспекта: 1) характеристику биологических средств защиты, 2) риски для здоровья, 3) экологические риски и 4) эффективность. Неправильная идентификация вредителя может привести к неэффективным мерам. Например, повреждение растений из-за переувлажнения может быть ошибочно принято за грибковую инфекцию, поскольку многие грибковые и вирусные инфекции возникают во влажных условиях. Мониторинг начинается немедленно, до того, как активность вредителя станет значительной. Мониторинг сельскохозяйственных вредителей включает отслеживание плодородия почвы/субстрата для посадки и качества воды. На общее здоровье растений и их устойчивость к вредителям в значительной степени влияют pH, щелочность, содержание растворенных минералов и потенциал восстановления кислорода. Многие болезни распространяются через воду, непосредственно с ирригационной водой и косвенно – при разбрызгивании. Как только вредитель идентифицирован, знание его жизненного цикла позволяет определить оптимальные моменты для вмешательства. Например, сорняки, размножающиеся семенами прошлого года, можно предотвратить с помощью мульчи и предпосевных гербицидов. Культуры, устойчивые к вредителям, такие как соя, могут не требовать вмешательства, если вредители не многочисленны или не быстро размножаются. Вмешательство оправдано, если ожидаемый ущерб от вредителя превышает стоимость мер по борьбе с ним. Угрозы для здоровья могут потребовать вмешательства, которое не оправдано экономическими соображениями. Конкретные участки также могут иметь различные требования. Например, белый клевер может быть приемлем на боковых сторонах площадки для ти (tee box) на поле для гольфа, но недопустим на фэйрвее, где он может затруднить игру. Возможные меры включают механические/физические, агротехнические, биологические и химические. Механические/физические методы включают сбор вредителей с растений или использование сеток или других материалов для защиты растений от вредителей, таких как птицы на виноградниках или грызуны в зданиях. Агротехнические методы включают поддержание территории свободной от благоприятных условий путем удаления отходов или больных растений, затопления, засыпки песком и использования устойчивых к болезням сортов культур. При массовом выпуске хищников их собирают, разводят в больших количествах и периодически выпускают в зону поражения вредителями. Это используется для немедленного сокращения численности вредителей, обычно для однолетних культур, но не подходит для длительного применения. При индуктивном выпуске ограниченное количество полезных организмов вводится в начале вегетационного периода. Эта стратегия обеспечивает долгосрочный контроль, поскольку потомство организмов влияет на популяции вредителей в течение всего сезона и широко распространена в садах. При сезонном индуктивном выпуске полезные организмы собирают, разводят в больших количествах и выпускают сезонно для поддержания популяции полезных организмов. Это часто используется в теплицах. Биологические методы контроля, упомянутые выше, целесообразны только в крайних случаях, поскольку введение новых видов или пополнение численности естественных видов может оказать негативное воздействие на экосистему. Биологические методы контроля можно использовать для борьбы с инвазивными видами или вредителями, но они также могут стать путем для проникновения новых вредителей. Химические методы включают применение садовых масел или инсектицидов и гербицидов. Программа экологической защиты растений IPM использует пестициды, полученные из растений, такие как растительные препараты, или другие природные материалы. Пестициды можно классифицировать по механизму их действия. Чередование препаратов с различными механизмами действия минимизирует устойчивость вредителей. Бурый планхоппер, Nilaparvata lugens, основной объект борьбы фермеров, становится все более устойчивым. С 2008 года вспышки уничтожили урожай риса по всей Азии, но не в дельте Меконга. Сокращение опрыскивания позволило естественным врагам нейтрализовать планхопперов во Вьетнаме. В 2010 и 2011 годах массовые вспышки планхопперов поразили 400 000 гектаров тайских рисовых полей, что привело к убыткам в размере около 64 миллионов долларов. Правительство Таиланда сейчас продвигает подход "не опрыскивать в первые 40 дней". Напротив, раннее опрыскивание убивает лягушек, пауков, ос и стрекоз, которые охотятся на более поздних и опасных планхопперов и создают устойчивые штаммы. Планхопперам теперь требуются дозы пестицидов в 500 раз больше, чем изначально. Чрезмерное использование без разбора убивает полезных насекомых и уничтожает популяции птиц и земноводных. Пестициды подозреваются в нанесении вреда здоровью человека и стали распространенным средством самоубийства для сельских жителей Азии. В 2001 году ученые предложили 950 вьетнамским фермерам попробовать IPM. На одном участке каждый фермер выращивал рис, используя обычные количества семян и удобрений, применяя пестициды по своему усмотрению. На соседнем участке использовалось меньше семян и удобрений, и пестициды не применялись в течение 40 дней после посадки. Урожайность с экспериментальных участков была такой же хорошей или даже лучше, а затраты были ниже, что принесло на 8–10% больше чистой прибыли. Эксперимент привел к кампании "три сокращения, три достижения", утверждающей, что сокращение использования семян, удобрений и пестицидов повысит урожайность, качество и доход. Были созданы плакаты, листовки, телевизионная реклама и радиомыльная опера 2004 года, в которой рассказывалось о фермере, который постепенно принял изменения. Не помешало тому, что вспышка планхопперов в 2006 году сильнее ударила по фермерам, использующим инсектициды, чем по тем, кто их не использовал. Фермеры дельты Меконга сократили опрыскивание инсектицидами с пяти раз за цикл выращивания до нуля-одного раза. Центр защиты растений и Международный институт исследования риса (IRRI) призывают фермеров выращивать цветы, окра и бобы на берегах рисовых полей вместо уничтожения растительности, что было типично. Растения привлекают пчел и крошечную осу, которая поедает яйца планхопперов, а овощи диверсифицируют доходы ферм. Сельскохозяйственные компании предлагают комплекты пестицидов с семенами и удобрениями со стимулами для оптовых закупок. Предлагаемый закон во Вьетнаме требует лицензирования дилеров пестицидов и одобрения правительством рекламы для предотвращения преувеличенных заявлений. Инсектициды, нацеленные на других вредителей, такие как Scirpophaga incertulas (стеблевой мотылек), личинки мотыльков, питающихся растениями риса, предположительно дают прирост в 21% при правильном использовании.

IPM is the selection and and is applicable to most agricultural, public health and amenity pest management situations. The IPM process starts with monitoring, which includes inspection and identification, followed by the establishment of economic injury levels. The economic injury levels set the economic threshold level. Economic Injury level is the pest population level at which crop damage exceeds the cost of treatment of pest. This can also be an action threshold level for determining an unacceptable level that is not tied to economic injury. Action thresholds are more common in structural pest management and economic injury levels in classic agricultural pest management. An example of an action threshold is one fly in a hospital operating room is not acceptable, but one fly in a pet kennel would be acceptable. Once a threshold has been crossed by the pest population action steps need to be taken to reduce and control the pest. Integrated pest management employs a variety of actions including cultural controls such as physical barriers, biological controls such as adding and conserving natural predators and enemies of the pest, and finally chemical controls or pesticides. Reliance on knowledge, experience, observation and integration of multiple techniques makes IPM appropriate for organic farming (excluding synthetic pesticides). These may or may not include materials listed on the Organic Materials Review Institute (OMRI) Although the pesticides and particularly insecticides used in organic farming and organic gardening are generally safer than synthetic pesticides, they are not always more safe or environmentally friendly than synthetic pesticides and can cause harm. For conventional farms IPM can reduce human and environmental exposure to hazardous chemicals, and potentially lower overall costs. Risk assessment usually includes four issues: 1) characterization of biological control agents, 2) health risks, 3) environmental risks and 4) efficacy. Mistaken identification of a pest may result in ineffective actions. E. g., plant damage due to over watering could be mistaken for fungal infection, since many fungal and viral infections arise under moist conditions. Monitoring begins immediately, before the pest's activity becomes significant. Monitoring of agricultural pests includes tracking soil/planting media fertility and water quality. Overall plant health and resistance to pests is greatly influenced by pH, alkalinity, of dissolved mineral and oxygen reduction potential. Many diseases are waterborne, spread directly by irrigation water and indirectly by splashing. Once the pest is known, knowledge of its lifecycle provides the optimal intervention points. For example, weeds reproducing from last year's seed can be prevented with mulches and pre emergent herbicide. Pest tolerant crops such as soybeans may not warrant interventions unless the pests are numerous or rapidly increasing. Intervention is warranted if the expected cost of damage by the pest is more than the cost of control. Health hazards may require intervention that is not warranted by economic considerations. Specific sites may also have varying requirements. E. g., white clover may be acceptable on the sides of a tee box on a golf course, but unacceptable in the fairway where it could confuse the field of play. Possible interventions include mechanical/physical, cultural, biological and chemical. Mechanical/physical controls include picking pests off plants, or using netting or other material to exclude pests such as birds from grapes or rodents from structures. Cultural controls include keeping an area free of conducive conditions by removing waste or diseased plants, flooding, sanding, and the use of disease resistant crop varieties. With inundative release, predators are collected, mass reared and periodically released in large numbers into the pest area. This is used for an immediate reduction in host populations, generally for annual crops, but is not suitable for long run use. With inoculative release a limited number of beneficial organisms are introduced at the start of the growing season. This strategy offers long term control as the organism's progeny affect pest populations throughout the season and is common in orchards. With seasonal inoculative release the beneficials are collected, mass reared and released seasonally to maintain the beneficial population. This is commonly used in greenhouses. The biological controls mentioned above only appropriate in extreme cases, because in the introduction of new species, or supplementation of naturally occurring species can have detrimental ecosystem effects. Biological controls can be used to stop invasive species or pests, but they can become an introduction path for new pests. Chemical controls include horticultural oils or the application of insecticides and herbicides. A green pest management IPM program uses pesticides derived from plants, such as botanicals, or other naturally occurring materials. Pesticides can be classified by their modes of action. Rotating among materials with different modes of action minimizes pest resistance. The brown planthopper, Nilaparvata lugens, the farmers' main target, has become increasingly resistant. Since 2008, outbreaks have devastated rice harvests throughout Asia, but not in the Mekong Delta. Reduced spraying allowed natural predators to neutralize planthoppers in Vietnam. In 2010 and 2011, massive planthopper outbreaks hit 400,000 hectares of Thai rice fields, causing losses of about $64 million. The Thai government is now pushing the "no spray in the first 40 days" approach. By contrast early spraying kills frogs, spiders, wasps and dragonflies that prey on the later arriving and dangerous planthopper and produced resistant strains. Planthoppers now require pesticide doses 500 times greater than originally. Overuse indiscriminately kills beneficial insects and decimates bird and amphibian populations. Pesticides are suspected of harming human health and became a common means for rural Asians to commit suicide. In 2001, scientists challenged 950 Vietnamese farmers to try IPM. In one plot, each farmer grew rice using their usual amounts of seed and fertilizer, applying pesticide as they chose. In a nearby plot, less seed and fertilizer were used and no pesticides were applied for 40 days after planting. Yields from the experimental plots was as good or better and costs were lower, generating 8% to 10% more net income. The experiment led to the "three reductions, three gains" campaign, claiming that cutting the use of seed, fertilizer and pesticide would boost yield, quality and income. Posters, leaflets, TV commercials and a 2004 radio soap opera that featured a rice farmer who gradually accepted the changes. It didn't hurt that a 2006 planthopper outbreak hit farmers using insecticides harder than those who didn't. Mekong Delta farmers cut insecticide spraying from five times per crop cycle to zero to one. The Plant Protection Center and the International Rice Research Institute (IRRI) have been encouraging farmers to grow flowers, okra and beans on rice paddy banks, instead of stripping vegetation, as was typical. The plants attract bees and a tiny wasp that eats planthopper eggs, while the vegetables diversify farm incomes. Agriculture companies offer bundles of pesticides with seeds and fertilizer, with incentives for volume purchases. A proposed law in Vietnam requires licensing pesticide dealers and government approval of advertisements to prevent exaggerated claims. Insecticides that target other pests, such as Scirpophaga incertulas (stem borer), the larvae of moth species that feed on rice plants allegedly yield gains of 21% with proper use.