Биологический контроль

Биологический контроль (биологическая защита растений, биометод) — это совокупность методов подавления численности вредных организмов (вредителей, возбудителей болезней, сорных растений) с использованием их естественных врагов (хищников, паразитов, патогенов) или продуктов их жизнедеятельности. В отличие от химического метода, биологический контроль основан на природных механизмах регуляции численности популяций и направлен на снижение ущерба от вредных видов без полного их уничтожения. Основная цель — достижение экологического и экономического равновесия в агроценозах и естественных экосистемах.

История

Древние истоки

Первые свидетельства использования биологического контроля относятся к Древнему Китаю (IV век до н. э.), где для защиты цитрусовых садов от вредителей применяли муравьёв-ткачей (Oecophylla smaragdina). В Древнем Египте для борьбы с грызунами содержали кошек и мангустов. Однако систематическое научное обоснование биометод получил лишь в XIX веке.

Становление науки

В 1888 году в США был осуществлён первый успешный проект классического биологического контроля: завезённый из Австралии жук-коровка родолия (Rodolia cardinalis) за несколько лет практически полностью уничтожил популяцию австралийского желобчатого червеца (Icerya purchasi), угрожавшего цитрусовым плантациям Калифорнии. Этот случай стал классическим примером эффективности интродукции естественных врагов.

В России систематические исследования в области биометода начались в конце XIX — начале XX века. И. В. Мичурин и Н. И. Вавилов обращали внимание на необходимость использования природных механизмов защиты. В 1930-х годах в СССР были созданы первые биолаборатории по разведению энтомофагов (насекомых-хищников и паразитов). В 1960–1980-х годах биологический контроль активно развивался в тепличных хозяйствах, где применение химических пестицидов было ограничено.

Современный этап

С 1990-х годов, в связи с ростом экологических требований и развитием органического сельского хозяйства, интерес к биометоду возрос. В России и мире разрабатываются биопрепараты на основе бактерий, грибов, вирусов и нематод. В 2020-х годах биологический контроль стал частью стратегии интегрированной защиты растений (IPM), сочетающей химические, биологические и агротехнические методы.

Классификация методов

Биологический контроль подразделяется на несколько основных направлений в зависимости от используемых агентов и способов их применения.

По типу используемых организмов

1. Энтомофаги — хищные и паразитические насекомые, питающиеся вредителями.

• Хищники: божьи коровки (кокцинеллиды), златоглазки, жужелицы, хищные клещи (фитосейулюс), муравьи.
• Паразиты: наездники (ихневмониды, бракониды), трихограммы (яйцееды), тахины (мухи-ежемухи).

1. Энтомопатогены — микроорганизмы, вызывающие заболевания у вредителей.

• Бактерии: Bacillus thuringiensis (Bt) — продуцирует токсины, поражающие кишечник насекомых.
• Грибы: Beauveria bassiana, Metarhizium anisopliae — прорастают через кутикулу насекомого.
• Вирусы: бакуловирусы (ядерные полиэдрозы) — специфичны для отдельных видов вредителей.
• Нематоды: энтомопатогенные нематоды (Steinernema, Heterorhabditis) — в симбиозе с бактериями убивают насекомых.

1. Антагонисты фитопатогенов — микроорганизмы, подавляющие возбудителей болезней растений.

• Бактерии: Pseudomonas fluorescens, Bacillus subtilis (сенная палочка).
• Грибы: Trichoderma viride, Trichoderma harzianum — паразитируют на грибах-возбудителях болезней.

1. Гербифаги — организмы, питающиеся сорными растениями.

• Насекомые: листоеды, долгоносики, минирующие мухи (например, амброзиевый листоед Zygogramma suturalis для борьбы с амброзией).
• Грибы: фитопатогенные грибы, вызывающие болезни сорняков (например, Colletotrichum gloeosporioides для борьбы с заразихой).

По способу применения

1. Классический биологический контроль — интродукция (завоз) естественных врагов из других регионов для акклиматизации и самоподдержания популяции. Применяется против завезённых (инвазивных) видов вредителей.
2. Инокулятивный (сезонный) выпуск — периодическое разведение и выпуск агентов биоконтроля в ограниченных количествах для накопления эффекта в течение сезона. Часто используется в теплицах.
3. Иммунизативный (массовый) выпуск — одноразовый массовый выпуск агентов (например, трихограммы) для быстрого подавления вспышки численности вредителя.
4. Биопестициды — применение препаратов на основе живых микроорганизмов или продуктов их метаболизма (токсинов, антибиотиков). Вносятся как обычные пестициды, но обладают избирательным действием.

Механизмы действия

Хищничество и паразитизм

Энтомофаги активно ищут и уничтожают жертву. Хищники (например, божьи коровки) поедают множество особей вредителя на разных стадиях развития. Паразиты (например, наездники) откладывают яйца внутрь или на поверхность тела жертвы, личинки паразита развиваются, питаясь тканями хозяина, что приводит к его гибели. Трихограммы паразитируют в яйцах бабочек-вредителей, предотвращая появление гусениц.

Патогенез

Энтомопатогенные микроорганизмы проникают в тело насекомого через кишечник (при поедании) или через кутикулу. Внутри они размножаются, выделяют токсины и ферменты, разрушающие внутренние органы. Насекомое погибает от токсикоза или сепсиса. Трупы часто покрываются спорами гриба, которые служат источником заражения для других особей.

Антибиоз и конкуренция

Антагонисты фитопатогенов (например, Trichoderma и Bacillus subtilis) подавляют возбудителей болезней несколькими способами:

• Антибиоз — выделение антибиотических веществ, убивающих или замедляющих рост патогена.
• Конкуренция — быстрое заселение субстрата (почвы, корней, листьев), лишающее патоген питательных веществ и пространства.
• Гиперпаразитизм — прямое паразитирование на клетках патогенного гриба.

Применение

Сельское хозяйство

Биологический контроль наиболее широко применяется в защищённом грунте (теплицы, оранжереи), где созданы контролируемые условия. В России и мире для теплиц массово разводят:

• Фитосейулюс (Phytoseiulus persimilis) — хищный клещ против паутинного клеща.
• Энкарзию (Encarsia formosa) — наездник против белокрылки.
• Амблисейусы (Amblyseius spp.) — против трипсов.
• Галлицу афидимизу (Aphidoletes aphidimyza) — против тли.

В открытом грунте применяют выпуски трихограммы (против совок, огнёвок, листовёрток) и биопрепараты на основе Bacillus thuringiensis (против колорадского жука, гусениц капустной белянки).

Лесное хозяйство

Биометод используется для защиты лесов от массовых вспышек вредителей (сибирский шелкопряд, непарный шелкопряд). Применяются авиационные обработки вирусными препаратами (вирин) и бактериальными средствами.

Медицина и ветеринария

Биологический контроль применяется для борьбы с переносчиками заболеваний. Например, использование рыб гамбузий (Gambusia affinis) для уничтожения личинок комаров в водоёмах. В ветеринарии используют энтомопатогенных нематод для борьбы с иксодовыми клещами.

Преимущества и недостатки

Преимущества

• Экологическая безопасность: не накапливается в почве, воде, растениях; не вызывает загрязнения окружающей среды.
• Избирательность: большинство агентов биоконтроля поражают только определённые виды вредителей, не затрагивая полезных насекомых (пчёл, опылителей) и человека.
• Отсутствие резистентности: у вредителей медленнее вырабатывается устойчивость к биологическим агентам, чем к химическим пестицидам.
• Самоподдержание: при классическом биоконтроле популяция естественного врага может сохраняться в экосистеме длительное время.
• Возможность использования в органическом земледелии: биометод разрешён стандартами органического производства.

Недостатки

• Медленное действие: эффект от выпуска энтомофагов или применения биопрепаратов проявляется не сразу, а через несколько дней или недель.
• Высокая стоимость: разведение и хранение живых организмов требует специальных условий и затрат.
• Зависимость от условий: эффективность биометода сильно зависит от температуры, влажности, освещённости и других факторов.
• Сложность прогнозирования: трудно точно рассчитать необходимое количество агентов и время их выпуска.
• Ограниченный спектр действия: каждый агент эффективен против узкого круга вредителей.

Критика и ограничения

В России и мире существуют определённые ограничения на применение биологического контроля. В частности, интродукция чужеродных видов может привести к нарушению местных экосистем (например, случай с завозом жужелицы Carabus в Северную Америку, которая стала хищничать на местных улитках). Поэтому все проекты по интродукции проходят обязательную экологическую экспертизу.

Кроме того, в России действуют санитарные нормы, регламентирующие производство и применение биопрепаратов. Некоторые штаммы микроорганизмов могут быть потенциально опасны для человека или теплокровных животных, поэтому их использование строго контролируется Роспотребнадзором.

Интересные факты

• Самый известный пример биологического контроля — использование божьих коровок для борьбы с тлёй. Одна личинка божьей коровки за период развития может съесть до 1000 тлей.
• В Китае для защиты рисовых полей от насекомых-вредителей традиционно используют уток. Утки поедают насекомых, сорняки и личинки комаров, не повреждая риса.
• В 2020 году российские учёные из Всероссийского института защиты растений (ВИЗР) разработали новый биопрепарат на основе энтомопатогенного гриба Beauveria bassiana для борьбы с колорадским жуком, который показал эффективность до 90%.

Источники

1. Воронцов А. И. «Биологическая защита растений». — М.: Агропромиздат, 1998.
2. Зинченко В. А., Гричанов И. Я. «Биологический метод защиты растений». — СПб.: Лань, 2015.
3. Коваль А. Г. «Энтомофаги в защите растений». — М.: Колос, 2003.
4. Материалы Всероссийского института защиты растений (ВИЗР) за 2020–2023 гг.
5. Федеральный закон «О карантине растений» № 206-ФЗ от 21.07.2014 (с изменениями).
6. Отчёты Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН (ФАО) по биологическому контролю (2019–2022).