Понимание борьбы с болезнями растений: глобальное руководство

Болезни растений представляют серьезную угрозу для глобальной продовольственной безопасности, экономической стабильности и экологической устойчивости. Эффективная борьба с болезнями растений имеет решающее значение для обеспечения здоровых культур, снижения потерь урожая и минимизации негативного воздействия на экосистемы и здоровье человека. Это всеобъемлющее руководство содержит обзор принципов и практик борьбы с болезнями растений, применимых в различных сельскохозяйственных системах и географических регионах.

Что такое болезни растений?

Болезни растений – это аномальные состояния, которые нарушают нормальное функционирование растений. Эти заболевания могут быть вызваны различными биотическими (живыми) и абиотическими (неживыми) факторами.

Биотические причины

Биотические заболевания вызываются живыми организмами, в том числе:

• Грибы: Наиболее распространенная причина болезней растений, грибы могут заражать различные части растений, приводя к таким заболеваниям, как ржавчина, головня, мучнистая роса и гнили. Например, ржавчина пшеницы, вызываемая Puccinia graminis f. sp. tritici, может уничтожать посевы пшеницы во всем мире.
• Бактерии: Бактериальные заболевания могут вызывать увядание, ожоги, пятна и раны. Примером является бактериальное увядание томатов, вызываемое Ralstonia solanacearum, распространенная проблема в тропических и субтропических регионах.
• Вирусы: Вирусы являются облигатными паразитами, которые могут вызывать различные симптомы, включая мозаичные узоры, замедление роста и скручивание листьев. Вирус мозаики томатов (ToMV) является распространенным примером, поражающим производство томатов во всем мире.
• Нематоды: Микроскопические круглые черви, которые живут в почве и питаются корнями растений, вызывая корневые узлы, поражения и снижение роста растений. Корневые нематоды (Meloidogyne spp.) являются серьезной проблемой для многих культур во всем мире.
• Фитоплазмы: Бактериеподобные организмы, у которых отсутствуют клеточные стенки и которые вызывают такие заболевания, как желтуха астр, поражающие различные культуры, включая овощи и декоративные растения.
• Оомицеты: Водные грибки, тесно связанные с водорослями, вызывающие такие заболевания, как пероноспороз и фитофтороз. Фитофтороз картофеля, вызываемый Phytophthora infestans, является исторически значимым заболеванием, которое вызвало ирландский картофельный голод.

Абиотические причины

Абиотические заболевания вызваны неживыми факторами, в том числе:

• Дефицит питательных веществ: Нехватка необходимых питательных веществ может привести к различным симптомам, таким как хлороз (пожелтение листьев) и замедленный рост. Дефицит железа является распространенной проблемой в щелочных почвах.
• Водный стресс: Как засуха, так и наводнения могут негативно повлиять на здоровье растений. Засуха может вызвать увядание и опадение листьев, в то время как наводнения могут привести к гниению корней и кислородному голоданию.
• Экстремальные температуры: Высокие и низкие температуры могут повредить ткани растений и нарушить физиологические процессы. Повреждения от мороза являются распространенной проблемой в умеренных регионах.
• Загрязнение воздуха: Загрязнители, такие как озон и диоксид серы, могут вызывать повреждение листьев и снижение роста растений.
• Дисбаланс pH почвы: Экстремальные уровни pH могут влиять на доступность питательных веществ и здоровье корней.
• Повреждение гербицидами: Случайное воздействие гербицидов может повредить непораженные растения.

Треугольник болезни

Треугольник болезни — это концептуальная модель, которая иллюстрирует взаимодействие трех факторов, необходимых для развития болезни: восприимчивого хозяина, вирулентного патогена и благоприятной среды. Понимание треугольника болезни необходимо для разработки эффективных стратегий борьбы с болезнями. Если какой-либо из этих трех элементов отсутствует или неблагоприятен, болезнь не возникнет или будет значительно снижена.

• Восприимчивый хозяин: Вид или сорт растения должен быть восприимчив к патогену.
• Вирулентный патоген: Патоген должен быть способен вызывать заболевание.
• Благоприятная среда: Условия окружающей среды должны способствовать развитию болезни (например, температура, влажность, свет).

Принципы борьбы с болезнями растений

Эффективная борьба с болезнями растений включает в себя сочетание стратегий, направленных на предотвращение развития болезней и снижение их воздействия. Эти стратегии можно условно разделить на следующие принципы:

1. Исключение

Исключение направлено на предотвращение проникновения патогенов в зоны, свободные от болезней. Этого можно достичь посредством:

• Карантинные правила: Внедрение строгих карантинных мер для предотвращения перемещения зараженного растительного материала через границы или внутри регионов. Например, во многих странах действуют карантинные правила, чтобы предотвратить проникновение экзотических вредителей и болезней.
• Использование незараженного посадочного материала: Получение семян, рассады и черенков от авторитетных поставщиков, гарантирующих отсутствие патогенов. Сертифицированные программы семян распространены для многих культур.
• Санитария: Очистка и дезинфекция инструментов, оборудования и теплиц для предотвращения распространения патогенов. Стерилизация секаторов между разрезами — хороший пример.

2. Искоренение

Искоренение направлено на уничтожение патогенов, которые уже присутствуют в определенной области. Этого можно достичь посредством:

• Удаление зараженных растений: Удаление и уничтожение зараженных растений для предотвращения распространения патогена на здоровые растения. Это особенно эффективно при локальных вспышках.
• Севооборот: Чередование культур для прерывания жизненного цикла патогенов, которые выживают в почве. Например, чередование не поражаемых культур с восприимчивыми культурами может снизить численность нематод.
• Стерилизация почвы: Использование тепла или химикатов для уничтожения патогенов в почве. Солнечная стерилизация почвы с использованием прозрачных пластиковых брезентов для нагрева почвы — это бесклеевой метод.

3. Защита

Защита направлена на создание барьера между растением-хозяином и патогеном или защиту растения от заражения. Этого можно достичь посредством:

• Химический контроль: Применение фунгицидов, бактерицидов или вироцидов для защиты растений от заражения. Выбор подходящего химиката и его применение в надлежащее время имеют решающее значение для эффективного контроля. Следует тщательно учитывать потенциальное воздействие на окружающую среду и развитие устойчивости в популяциях патогенов.
• Биологический контроль: Использование полезных микроорганизмов для подавления популяций патогенов. Примеры включают использование видов Bacillus для борьбы с грибковыми патогенами и использование хищных нематод для борьбы с паразитическими нематодами растений.
• Культурные методы: Модификация культурных методов для создания неблагоприятных условий для развития патогенов. Это может включать корректировку плотности посадки, улучшение дренажа почвы и обеспечение надлежащего внесения удобрений.

4. Устойчивость

Устойчивость предполагает использование сортов растений, устойчивых к определенным патогенам. Часто это наиболее эффективный и устойчивый метод борьбы с болезнями.

• Выведение устойчивости: Разработка новых сортов растений с повышенной устойчивостью к важным болезням. Это непрерывный процесс, поскольку патогены могут развиваться и преодолевать гены устойчивости.
• Использование устойчивых сортов: Выбор и посадка устойчивых сортов в районах, где распространены определенные заболевания. Это может значительно снизить потребность в химическом контроле.

Интегрированная борьба с вредителями (IPM)

Интегрированная борьба с вредителями (IPM) — это целостный подход к борьбе с вредителями и болезнями, который сочетает в себе несколько стратегий, чтобы минимизировать использование синтетических пестицидов при сохранении урожайности сельскохозяйственных культур. IPM делает акцент на профилактике, мониторинге и использовании нехимических методов борьбы, когда это возможно. Ключевые компоненты IPM включают:

• Мониторинг и разведка: Регулярный осмотр растений на наличие признаков заболевания или заражения вредителями.
• Идентификация: Точное определение вредителя или болезни, вызывающей проблему.
• Пороги: Установление порогов воздействия, которые являются уровнями заражения вредителями или болезнями, требующими вмешательства.
• Профилактика: Внедрение профилактических мер, таких как использование устойчивых сортов, практика севооборота и поддержание надлежащей санитарии.
• Контроль: Использование комбинации методов контроля, включая культурные методы, биологический контроль и химический контроль, при необходимости.
• Оценка: Оценка эффективности стратегий управления и внесение корректировок по мере необходимости.

Стратегии борьбы с болезнями для конкретных культур

Конкретные используемые стратегии борьбы с болезнями будут зависеть от культуры, болезни и условий окружающей среды. Вот несколько примеров:

Пшеница

• Ржавчина: Использование устойчивых сортов, применение фунгицидов и практика севооборота.
• Фузариоз колоса: Использование устойчивых сортов, применение фунгицидов во время цветения и управление растительными остатками.
• Мучнистая роса: Использование устойчивых сортов и применение фунгицидов.

Рис

• Рисовый бласт: Использование устойчивых сортов, применение фунгицидов и управление внесением азотных удобрений.
• Бактериальный ожог: Использование устойчивых сортов и избежание чрезмерного внесения азотных удобрений.
• Шейная гниль: Управление плотностью посадки и применение фунгицидов.

Картофель

• Фитофтороз: Использование устойчивых сортов, применение фунгицидов и мониторинг погодных условий.
• Ранняя гниль: Использование устойчивых сортов, применение фунгицидов и поддержание хорошего здоровья растений.
• Общая парша: Поддержание pH почвы ниже 5,2 и использование устойчивых сортов.

Томаты

• Ранняя гниль: Использование устойчивых сортов, применение фунгицидов и практика севооборота.
• Фитофтороз: Использование устойчивых сортов, применение фунгицидов и мониторинг погодных условий.
• Фузариозное увядание: Использование устойчивых сортов и практика севооборота.

Бананы

• Панамская болезнь (Фузариозное увядание TR4): Строгие карантинные меры, использование незараженного посадочного материала и исследования устойчивых сортов. Это серьезная угроза для производства бананов во всем мире.
• Черная сигатока: Применение фунгицидов и обрезка зараженных листьев.

Роль технологий в борьбе с болезнями растений

Достижения в области технологий революционизируют борьбу с болезнями растений. К ним относятся:

• Точное земледелие: Использование датчиков, дронов и спутниковых изображений для мониторинга здоровья растений и раннего обнаружения вспышек заболеваний.
• Модели прогнозирования заболеваний: Использование данных о погоде и биологии заболеваний для прогнозирования вспышек заболеваний и оптимизации применения фунгицидов.
• Молекулярная диагностика: Использование ПЦР и других молекулярных методов для быстрой и точной идентификации патогенов.
• Редактирование генома: Использование CRISPR-Cas9 и других технологий редактирования генов для разработки устойчивых к болезням сортов.
• Искусственный интеллект (ИИ) и машинное обучение (ML): ИИ и ML используются для анализа больших наборов данных и разработки прогностических моделей для вспышек заболеваний и борьбы с ними.

Устойчивая борьба с болезнями растений

Устойчивая борьба с болезнями растений направлена на минимизацию воздействия на окружающую среду и социальное воздействие методов борьбы с болезнями при сохранении урожайности сельскохозяйственных культур. Это включает в себя:

• Снижение зависимости от синтетических пестицидов: Акцент на использовании нехимических методов борьбы, таких как устойчивые сорта, биологический контроль и культурные методы.
• Содействие биоразнообразию: Поддержание разнообразных систем земледелия и ландшафтов для усиления естественного подавления болезней.
• Сохранение природных ресурсов: Минимизация использования воды и удобрений и защита здоровья почвы.
• Принятие практик интегрированной борьбы с вредителями (IPM): Внедрение стратегий IPM для сокращения использования пестицидов и содействия устойчивому сельскому хозяйству.

Глобальные перспективы борьбы с болезнями растений

Практика борьбы с болезнями растений варьируется в разных регионах мира в зависимости от выращиваемых культур, условий окружающей среды и доступных ресурсов. В развивающихся странах ограничения по ресурсам и отсутствие доступа к информации могут создавать серьезные проблемы для эффективной борьбы с болезнями. Тем не менее, многие развивающиеся страны принимают методы устойчивого земледелия и способствуют использованию устойчивых сортов и агентов биологической борьбы. В развитых странах передовые технологии и методы точного земледелия используются для оптимизации борьбы с болезнями и сокращения использования пестицидов.

Международное сотрудничество и исследовательские усилия имеют решающее значение для решения глобальных проблем с болезнями растений. Эти виды сотрудничества включают обмен информацией, разработку новых технологий и координацию стратегий борьбы с болезнями.

Проблемы и будущие направления

Несмотря на достижения в области борьбы с болезнями растений, остаются некоторые проблемы:

• Появление новых заболеваний: Постоянно появляются новые заболевания, представляющие угрозу для производства сельскохозяйственных культур.
• Развитие устойчивости: Патогены могут развивать устойчивость к фунгицидам и другим мерам борьбы.
• Изменение климата: Изменение климата может изменить картину заболеваний и увеличить тяжесть вспышек.
• Ограниченный доступ к информации и ресурсам: Многие фермеры, особенно в развивающихся странах, не имеют доступа к информации и ресурсам, необходимым для эффективной борьбы с болезнями.

Будущие исследования и разработки должны быть сосредоточены на:

• Разработка новых сортов, устойчивых к болезням: Использование передовых методов селекции и технологий редактирования генома для разработки культур с повышенной устойчивостью к важным заболеваниям.
• Разработка новых и устойчивых мер контроля: Изучение новых агентов биологического контроля, биопестицидов и других устойчивых методов контроля.
• Улучшение моделей прогнозирования заболеваний: Разработка более точных и надежных моделей прогнозирования заболеваний для оптимизации решений по борьбе с болезнями.
• Содействие интегрированной борьбе с вредителями (IPM): Внедрение стратегий IPM для сокращения использования пестицидов и содействия устойчивому сельскому хозяйству.
• Усиление международного сотрудничества: Укрепление международного сотрудничества для решения глобальных проблем, связанных с болезнями растений.

Заключение

Борьба с болезнями растений является критическим компонентом устойчивого сельского хозяйства и глобальной продовольственной безопасности. Понимая принципы борьбы с болезнями и применяя интегрированные стратегии, мы можем защитить наши культуры, сократить потери урожая и минимизировать негативное воздействие на окружающую среду и здоровье человека. Продолжение исследований, разработок и международного сотрудничества необходимо для решения проблем, связанных с болезнями растений, и обеспечения устойчивого будущего сельского хозяйства.