Биопестициды на винограднике

Статья посвящена изучению эффективности использования биопестицидов (биопрепаратов) для борьбы с болезнями винограда

Биопестициды сегодня становятся мейнстримом. В то время как более ранние биопрепараты заработали негативную репутацию из-за скромной результативности по сравнению с химическими средствами защиты растений (СЗР), новые продукты на сегодняшний день активно распространяются и демонстрируют эффективность, вполне сопоставимую с химическими средствами.

В ходе опытных опрыскиваний виноградников в Корнельском университете (США) для борьбы с болезнями в течение семи лет были оценены биопестициды различного механизма действия. Давайте разберемся, насколько хорошо они работают и какое место занимают в программе борьбы с болезнями винограда.

Однако, прежде чем мы приступим к оценке и разбору, мы должны сначала познакомиться с основными понятиями биозащиты растений.

Биопестициды имеют принципиально иные способы действия, чем традиционные химические вещества.

Восприятие этой разницы является ключом к пониманию того, как биопестициды могут вписаться в комплексную программу борьбы с болезнями винограда. В этой статье будут представлены различные типы биопестицидов, история их появления, эффективность, обсуждены соображения по их использованию для борьбы с болезнями винограда.

Что такое биопестициды?

Биопестициды — это продукты, полученные из таких природных материалов, как животные, растения, бактерии и некоторые минералы. Например, такие вещи, которыми вы пользуетесь на кухне – например, масло канолы (рапсовое) и пищевая сода - обладают противомикробными свойствами и считаются биопестицидами.

Биопестициды являются самым быстрорастущим сектором рынка средств защиты растений, несмотря на то, что они составляют всего 5% мирового рынка СЗР.

Как работают биопестициды?

Точно так же, как мы разделяем традиционные химические СЗР по способу их действия, существуют разные типы биопестицидов. Обычно выделяют три типа биопестицидов, однако их можно разбить на более мелкие градации.

Биохимические пестициды

Биохимический пестицид представляет собой встречающееся в природе вещество, которое борется с вредителями и/или возбудителями болезней с помощью нетоксичных механизмов. Они могут иметь растительное, животное, микробное или минеральное происхождение. 

С точки зрения борьбы с болезнями винограда, наиболее распространенными биохимическими пестицидами являются экстракты растений и экстракты микробов.

Экстракты растений

До появления людей растениям приходилось самостоятельно спасаться от болезней и вредителей. Вы, вероятно, знакомы с соединениями такого рода лучше, чем думаете, поскольку многие природные соединения, такие как кофеин и никотин, веками использовались человеком для несельскохозяйственного использования. Примером биопестицида на основе растительного экстракта является Регалия (экстракт Рейнутрии сахалинской), Новосил, масло дерева Ним.

Экстракты микробов

Микробы сражаются друг с другом гораздо дольше, чем с растениями. Микробные экстракты, такие как пенициллин - первый антибиотик,  являются основой большей части современной медицины. Примером биопестицида на основе микробного экстракта являются OSO (биофунгицид на основе соли цинка полиоксина D), Полар 50.

Минералы и прочее соединения

Масла и минеральные соединения считаются биохимическими пестицидами по определению. Эта категория включает множество широко используемых пестицидов, включая органическое масло для борьбы с оидиумом JMS Stylet Oil, растворимый силикат калия (Sil-Matrix), органическую медь (растворимое медное удобрение с жирной кислотой Cueva), фосфористую кислоту (Phostrol - одно- и двухосновные натрий, калий + фосфиты аммония) и перекись водорода (Oxidate).

Микробные пестициды

Микробный пестицид в качестве активного ингредиента состоит из живого микроорганизма (например, бактерии, грибка, вируса или простейшего организма). Микробные пестициды могут контролировать множество различных видов вредителей и возбудителей болезней, хотя каждый отдельный активный ингредиент относительно специфичен для своей цели. Например, есть грибки, которые борются с определенными сорняками, и другие грибы, убивающие определенных насекомых. Пример – Спиносад, Триходермин, Проклэйм, Юнона и др.

Подкатегория биофунгицидов включает в себя составы живых организмов, используемые для специфического контроля активности фитопатогенных грибов. Идея биофунгицидов основана на десятилетиях научных исследований, демонстрирующих, что некоторые полезные микроорганизмы, обычно выделяемые из почвы, могут препятствовать активности возбудителей болезней растений. Так, например, есть достаточное количество исследований, показывающих, что при ведении укрывной культуры винограда при укрытии кустов на зиму земляным валом за зимний период количество инокулята фитопатогенов (в частности, оидиума) снижается.

Существует четыре основных способа действия биофунгицидов.

Конкуренция

Идея этого механизма заключается в том, что патоген растений не может закрепиться в растении, если для него нет места. Эти биофунгициды конкурируют с возбудителями болезней растений за питательные вещества, места проникновения и заражения и общее пространство («нишу»), не нанося вреда самому растению. Например, они могут колонизировать всю поверхность корня, не оставляя места для развития патогенов корневой гнили. В виноградарстве примером биофунгицида такого типа является Double Nickel LC (штамм Bacillus amyloliquefaciens D747), БФТИМ КС-2, Оргамика С.

Паразитизм и антибиоз

Эти биофунгициды используют более прямой подход к борьбе с болезнями растений, используя борьбу между микробами. Они напрямую атакуют, потребляют или производят соединения, уничтожающие возбудителей болезней растений. В виноградарстве примером биофунгицида этого типа является Howler (активное вещество Pseudomonas chlororaphis штамм AFS009), Стирора.

Индукция защиты

Эти биофунгициды не действуют на другие микробы, а вместо этого активируют собственную защитную систему растения, чтобы оно само могло лучше защитить себя от патогенов растений. Включая системную приобретенную устойчивость (SAR), такие биофунгициды улучшают реакцию растений на атаку возбудителей болезней, стимулируя выработку защитных соединений растений в месте активного заражения, а также по всему растению (системно). Примером биофунгицида этого типа в виноградарстве является Lifegard (Bacillus mycoides isolate J (BmJ).

Стимулирование роста растений

Биофунгициды также воздействуют на растение, но не задействуют его защитную систему. Вместо этого они способствуют здоровью и росту растений, тем самым улучшая способность растения включать собственную защиту для борьбы с возбудителями болезней.

Третья категория биопестицидов относится к введенным в растения защитные средства (PIP) и она в виноградарстве пока еще практически не используется. Это пестицидные вещества, которые растения производят из генетического материала, добавленного к растению (ГМО). 

Например, ученые получили сорта кукурузы, устойчивые к европейскому кукурузному мотыльку, путем включения гена пестицидного белка Bt в собственный генетический материал кукурузы. Таким образом, растение вместо бактерии Bt производит вещество, уничтожающее вредителя.

Особые соображения

При рассмотрении вопроса об использовании биопестицидов важно помнить, что они действуют как замок на двери дома. Хороший замок остановит непрофессиональных или случайных воров, но умелые, настойчивые воры или группа воров в достаточном количестве все же могут прорваться в дом. И самое главное, биопестициды не могут остановить вора, который уже находится в доме, когда входная дверь заперта.

Для наиболее эффективного использования биопестициды должны быть в наличии до того, как начнется заражение патогенами, поскольку их действие в основном носит защитный характер. Ключевым исключением является органическое масло Stylet Oil (парафиновое масло), которое является высокоэффективным средством для уничтожения оидиума.

Поэтому часто биопестициды необходимо применять повторно несколько раз как для защиты нового прироста, так и для обеспечения присутствия эффективных популяций микроорганизмов в случае биофунгицидов с живыми микробами.

Кроме того, поскольку некоторые биофунгициды состоят из живых организмов, они часто имеют специальные требования к хранению, сроку годности и обращению, чем обычные фунгициды.

Какие типы биопестицидов эффективны для борьбы с болезнями винограда?

На протяжении многих лет отделение фитопатологии винограда Корнельского университета проводило оценку ряда различных типов биопестицидов на виноградниках.

Хотя есть много способов, с помощью которых можно бы было углубиться в полученные данные, авторы стремились обобщить свои выводы просто для того, чтобы дать виноградарям общее представление о том, как биопестициды действуют в борьбе с милдью и оидиумом винограда.

Графики и таблица, приведенные ниже, представляют средний процент контроля заболеваемости за все годы изучения. Процент (%) контроля сравнивает эффективность применения биопрепаратов с общим количеством заболеваний в контрольном варианте (без обработки) за данный год. Для оидиума и милдью оценивали процент поражения отдельно на листьях отдельно, на гроздях отдельно.

Рисунок 1. В отношении оидиума мы установили, что наилучший контроль заболеваемости обеспечивают микробные экстракты и различные соединения. Биофунгициды живых микробов и растительные экстракты действуют примерно одинаково для борьбы с оидиумом как для листьев, так и для гроздей.

Рисунок 2. В отношении милдью лучше всего проявили себя живые микробы. За исключением живых микробов, которые обеспечивают довольно эквивалентный контроль за этим заболеванием, было установлено, что биопестициды, как правило, обеспечивают лучший контроль у гроздей, чем листьев.

Зачем использовать биопестициды?

Биопестициды обычно менее токсичны, чем обычные химические пестициды, поскольку они обычно воздействуют только на целевые патогены и близкородственные организмы. Это контрастирует с широким спектром традиционных пестицидов, которые могут воздействовать на всё, включая птиц, насекомых и млекопитающих.

Биопестициды часто эффективны в небольших количествах и зачастую быстро разлагаются, что приводит к меньшему воздействию на окружающую среду и в значительной степени позволяет избежать проблем с ее загрязнением.

Кроме того, большинство биофунгицидов имеют короткие интервалы повторного использования (0-4 часа) и не имеют срока ожидания, что позволяет их использовать в любое время перед сбором урожая.

Биопестициды не несут такого же риска развития устойчивости к патогенам, как более целенаправленные традиционные химические пестициды, имеющие разнообразные механизмы действия. Например, у патогенов невозможно развить устойчивость к Lifegard, потому что это биофунгицид, индуцирующий защиту, и он не действует непосредственно на патоген.

Биопестициды дополняют традиционную химию

Что наиболее важно, при использовании в качестве компонента комплексной борьбы с болезнями винограда использование биопестицидов может сократить использование химических СЗР, сохраняя при этом качество урожая и урожайность.

Рисунок 3. Например, в сезоне 2020 года, который был годом умеренной нагрузки как для оидиума, так и для милдью, установлено, что чередование Lifegard и Орвего обеспечивает почти такой же контроль над милдью, как и прямая программа использования только Орвего.

Рисунок 4. Для борьбы с оидиумом в сезоне 2020 г. установлено, что чередование Вивандо/ Lifegard и Вивандо/Pseudomonas chlororaphis (Howler) обеспечивали почти такой же контроль, что и только Вивандо. Аналогичные результаты получены при чередовании Lifegard/Флутианил (Gatten) и только применение непосредственно флутианила.

В обоих этих случаях мы обнаружили, что использование биопестицида в чередовании снижает общее использование обычной химии вдвое, сохраняя при этом высокую эффективность борьбы с болезнями.

Включение биопестицидов в программу борьбы с болезнями снижает нагрузку на обычные химические препараты, замедляя развитие устойчивости к фунгицидам в целевых популяциях патогенов. Это очень серьезная проблема, ведь долговечность высокоэффективных традиционных химикатов имеет крайне важное значение для долгосрочного здоровья и устойчивости виноградников, поэтому использование биопестицидов в вашей схеме борьбы с болезнями в начале или в конце вегетационного сезона может гарантировать, что традиционные химические средства, на которые мы полагаемся для надежной борьбы с оидиумом и милдью в критический период до и после цветения, будут в вашем наборе средств защиты на долгие годы.

Подробнее о возникновении устойчивости (резистентности) читайте здесь: Устойчивость к фунгицидам – растущая проблема

Рассмотрим таблицу.

В таблице представлен средний процент контроля заболеваемости за все изучаемые годы. Процент (%) контроля показывает эффективность лечебного эффекта в сравнении с общим количеством заболеваний в контрольном варианте без обработок за указанный период времени.

Для оидиума (О), милдью (M) и черной гнили (ЧГ) оценивали процент защитного действия на листьях и на гроздьях винограда по отдельности. В отношении серой гнили (СГ) оценивали только грозди.

Таблица - Сравнение биопестицидов, протестированных на виноградниках, проведенное отделом фитопатологии Корнельского университета, среднее за 2013 - 2021 гг.

Ключевые выводы

После многих лет разработки и изучения биопестициды стали значительно более практичным и полезным инструментом для борьбы с болезнями винограда. Недавно выпущенные биопродукты являются результатом десятилетий инноваций и открытий в процессе их создания и отбора, и их показатели эффективности это доказывают.

Биопестициды имеют принципиально иные способы действия, чем обычные химические вещества. Хотя они функционируют по-разному, они повсеместно действуют как защитники. Исключением является органическое масло JMS Stylet-Oil, которое является отличным средством и для уничтожения возбудителя оидиума.

В годы с умеренным развитием болезни многие новые биопестициды способны обеспечить защиту, сравнимую с обычными средствами защиты растений. Тем не менее, они борются и в годы эпифитотий.

В целом, полученные данные показывают, что биопестициды приносят наибольшую пользу при чередовании с обычными средствами химзащиты.

Использование биопестицидов в схеме защиты растений качестве партнеров по чередованию препаратов может помочь уменьшить нагрузку на виноградники, тем самым снизить вероятность возникновения резистентности к фунгицидам.

Авторы: Кэти Голд, Дэйв Комбс, Уэйн Вилкокс (Katie Gold, Dave Combs, Wayne Wilcox)

Кэти Голд — доцент фитопатологии винограда в отделении фитопатологии растений и биологии микробов Корнельского универститета, Дэйв Комбс — специалист по поддержке исследований, Cornell AgriTech, Женева, штат Нью-Йорк, США.