Технология получения биологических средств защиты растений

События последних десятилетий ХХ века существенно повлияли на состояние природы и общества, в том числе на ситуацию в сельском хозяйстве, в т. ч. в области защиты растений. В результате сформировались основные глобальные и региональные факторы экологического, техногенного и геополитического характера, определяющие особенности современного развития биологического направления в защите растений. В первую очередь, это рост мирового населения, которое к 2050 году достигнет 9,0 млрд человек, и необходимость устойчивого развития мировой экономики, особенно в продовольственном секторе. Однако, по самым консервативным оценкам, сегодня потери урожая от вредителей достигают не менее 35-50%, и выбор способов их предотвращения строго зависит от решения экологических проблем (изменение климата, преодоление последствий антропогенного давления на экосистемы, сохранение биологического разнообразия и т. д.). Эти явления происходят на фоне быстрого развития экологии, географии, биологии и биотехнологии, а также растущего интереса к научным открытиям со стороны широких слоев общества [1].
Геополитические процессы. В частности, распад ряда государств и блоков оказал прямое влияние на проблемы защиты посевов. Его последствия включают непоследовательность в действиях новых компаний в области фитосанитарной защиты и карантина: общая децентрализация систем государственных услуг, несоответствия в законах и нормативных актах, касающихся использования средств защиты растений, использования различных наборов пестицидов, производства и экспорта запрещенных лекарств. Была ликвидирована единая советская система производства микробиологических пестицидов, в которую входили два крупных предприятия и более 1700 биофабрик по производству 10 лекарственных препаратов. Объем внедрения микробных препаратов в СССР неуклонно увеличивался: 1970 г. - 197 000 га, 1976 г. - 2,88 млн. Га, а в середине 80-х гг. - 7-8 млн га. В настоящее время в Новосибирской области действует только российский Бердский завод биопрепаратов, производящий лепидоцид, битоксибациллин и другие микробные препараты, а также около сотни биолабораторий, биофабрик и торговых компаний. Между тем, по данным Одесского биотехнического института инженерии и технологий, только Украине необходимо 36-38 тысяч тонн микробных препаратов в год. В целом после распада СССР масштабы применения биологических методов защиты растений снизились с 22 млн га (1990 г.) до 1,5 млн га: в России площади, обработанные микробными препаратами, резко уменьшились, а в Украине почти полностью от них зависит. импорт.
Социально-экономические процессы. Приватизация привела к фрагментации крупных земельных участков и передаче овощей и картофеля в частный сектор. Это затрудняет использование комплексных систем защиты растений и провоцирует распространение медведя, лопатки капусты, луковой мухи и т. д. Более того, из-за неумеренного и бесконтрольного применения химикатов, агротехнических нарушений и отсутствия правильного отбора и севооборота культур в частных усадьбах возникли очаги образования устойчивых видов вредителей. Например, на приусадебных участках Украины «из-за отсутствия профилактических мер увеличилось количество и вредоносность долгоносиков, ложных щитовок, тлей, моли и т. д»[2]. Новые запасы паразитов, фитопатогенов и сорняков также быстро формируются на землях, удаленных от сельскохозяйственного производства. С другой стороны, чрезмерная нагрузка пестицидов привела к снижению роли естественных факторов (хищников, паразитов, патогенов) в регулировании численности травоядных организмов. В результате произошло не только занесение новых паразитов, но и расширение ареала и ареала доминирующих и экономически значимых видов за счет организмов, которые ранее не привлекали внимания. Среди них были отмечены как карантинные предметы, так и вирусоносители, например, калифорнийские трипсы, табачная белокрылка, множество нематод, переносящих вирусы с томатов, огурцов, картофеля и др. [3] В последние годы было отмечено увеличение нагрузки на патогенные растения с образованием фитопатокомплексов, включая ассоциации вирусов или грибов, переносимых специализированными нематодами-хозяевами [4]. Интенсивное развитие международных экономических связей, широкое внедрение зарубежных сортов и массовый импорт сельскохозяйственной продукции способствуют обострению этих проблем, а высокая вредоносность «захватчиков» стимулирует поиск новых средств защиты растений. Примером может служить распространение золотистой картофельной нематоды Globodera rostochiensis в регионах Украины [2], проникновение западного кукурузного жука Diabrotica virgifera virgifera в страну с 2008 года. Многие карантинные вредители обнаружены в странах с торговыми отношениями с СНГ (бледные нематода, колумбийская корневая нематода, коричневая картофельная гниль).
Географические процессы. Вариации гидрологических условий влияют на зоогеографию и биологию некоторых видов, таких как американская белая бабочка, создавая возможности для расширения их ареала (появление новых очагов в континентальных местообитаниях Центральной Азии и Сибири). Повышение температуры и влажности также способствует вспышкам размножения и развития у части популяции американской белой бабочки третьего поколения (считавшейся необязательной до первой половины 1990-х годов), что может привести к сдвигу в жизненном цикле (переход от бивольтинизма к тривольтинизму) [5]. Вредитель представляет угрозу для плодовых, садово-парковых, городских, лесных и защитных насаждений: гусеницы нанесли значительный ущерб городским насаждениям в Симферополе (2012 г.) и Севастополе (2009-2012 гг.) [6].
Процесс формирования устойчивости у фитофагов. Негативные последствия чрезмерного увлечения быстродействующими химическими веществами в погоне за сиюминутным эффектом (например, в парниковой экономике 1970-80-х годов) неизбежно должны привести к поиску альтернативных вариантов. Таким образом, в мире сложилась тенденция к формированию и распространению устойчивых рас и популяций вредителей. В 1960 г. было 120 устойчивых видов членистоногих, в 1964 г. - 140, а к 1969 г. - 330 видов, устойчивых к хлор- и фосфорорганическим пестицидам [7]. В СССР в 1979-1980 гг. этот показатель возрос с 18 до 27 видов. К 2012 г. в мире было зарегистрировано 10357 случаев резистентности 574 видов членистоногих к 338 веществам [8] (в СНГ свыше 50 видов).
Процессы в области законодательства. С другой стороны, повышенное внимание к здоровью человека в сочетании с растущей ролью экологических движений в странах с развитой экономикой отражено в многочисленных законодательных документах. К ним относятся резолюция Генеральной Ассамблеи ООН UIVGA 39/58 (1979), Рио-де-Жанейрская декларация (1992), Йоханнесбургская декларация по устойчивому развитию (2002) и другие материалы, в которых подчеркивается приоритет здоровья будущих поколений и определяется отношение к воздействию пестицидов на экосистемы, включая долгосрочное воздействие на полезные организмы и теплокровных животных. В большинстве развитых стран преобладает комплексный подход к обследованию людей, связанный с защитой растений, с учетом наследственных факторов, условий жизни, оценки санитарно-гигиенической, эпидемиологической и эпизоотической ситуации и состояния окружающей среды. В последние годы наметилась тенденция к изменению ассортимента средств защиты растений за счет снижения общего числа химических пестицидов - в последние годы запрещены сотни препаратов, многие страны отказались от применения высокотоксичных хлор- и фосфорорганических препаратов.
Процессы в науке и практике. В результате изменений в мировом сельском хозяйстве в грядущем столетии после фазы упадка интерес к биологическим методам защиты растений снова возрастает. Это облегчается пониманием зависимости устойчивого развития сельского хозяйства от экологически чистой системы защиты растений, даже если появился не совсем удачный термин «озеленение защитных мер». Это внедрение систем борьбы с вредителями и патогенами растений, в том числе препаратов природного происхождения - микробного, биологического и на основе биологически активных веществ (БАВ). Производство местных органических продуктов становится все более привлекательным с экономической точки зрения, и затраты на его производство могут быть окуплены за счет экспорта экологически чистых продуктов. В настоящее время в защите растений используется около 170 биологических агентов. По данным международных организаций, хотя создание и производство одного биопрепарата обходится в 50 миллионов долларов, с 1984 года их количество ежегодно растет на 4-5%. В настоящее время существует более 40 коммерческих биологических препаратов, большинство из которых используется в странах СНГ. Эксперты прогнозируют, что в будущем почти половину производства средств защиты растений будут составлять биологические препараты. Только для регулирования численности колорадского жука используют 10 препаратов бактерий, грибов и нематод, а для борьбы с фитопатогенами рекомендуется 10 препаратов бактерий и грибов. По мнению практиков, защита яблони, черной смородины и других культур микробиологическими препаратами требует тех же затрат, что и использование химикатов, а их использование в садах с низким уровнем разнообразия и численности вредителей обходится на 15-20% дешевле.