За матеріалами наукової статті на тему «Producing sugar beets without neonicotinoids: An evaluation of alternatives for the management of viruses-transmitting aphids» («Виробництво цукрових буряків без неонікотиноїдів: оцінка альтернатив для боротьби з попелицями-переносниками вірусів») міжнародного журналу «Entomologia Generalis», 42 (2022).

Для оцінки альтернативних методів контролю були використані анотації 3878 посилань. З них було відібрано 301 наукову публікацію, в яких наводилися вказівки на ефективність захисту проти бурякової попелиці. Було визначено 75 стратегій контролю (продуктів або методів) як можливі альтернативи неонікотиноїдам.

Кожну стратегію контролю оцінювали за чотирма критеріями: ефективність, довговічність, застосовність і практичність. Використовуючи ці критерії, було виокремлено 20 методів або продуктів, які мають потенціал як альтернативи неонікотиноїдам, використання яких є можливим у короткостроковій перспективі.

Ці альтернативні методи включають п’ять синтетичних і три природні інсектициди, два ентомопатогенні гриби, два природних вороги членистоногих, органічні та мінеральні олії, два засоби захисту рослин, три агротехнічних прийоми та потенціал стійких сортів.

Більшість із них забезпечують важливий, але, мабуть, недостатній контроль попелиць, якщо використовувати їх окремо. Проте вони можуть взаємодоповнюватися та бути сумісними один з одним. Таким чином, необхідні інтегровані стратегії, щоб підтримувати врожайність буряків, обмежуючи ненавмисні впливи на навколишнє середовище та біорізноманіття.

Із моменту виходу на ринок імідаклоприду на початку 1990-х неонікотиноїдні інсектициди почали широко використовуватися для захисту рослин. Їх приголомшливий успіх пояснюється широким спектром ефективності (що забезпечується їх агоністичною дією на нікотиновий ацетилхоліновий рецептор комах), системним захистом рослин, низькою вартістю, тривалим ефектом і різноманітністю застосувань.

Сьогодні насіння, оброблене неонікотиноїдами, і позакореневе внесення цих діючих речовин все ще є одними з найбільш ефективних та економічних варіантів захисту сільськогосподарських культур від комах-фітофагів і вірусів, що передаються ними.

Однак через два десятиліття після початку їх продажів у науковій літературі почали з’являтися повідомлення про несприятливий вплив кількох молекул на бджіл. Тепер неонікотиноїди вважаються, принаймні частково, відповідальними за втрату комах і різноманіття птахів.

Отже, в 2018 році Єврокомісія вирішила заборонити їх використання на відкритому просторі, обмеживши їх застосування лише до тепличних умов (EFSA 2018). Завдяки положенню цього регламенту державам-членам ЄС все ще дозволено продавати на ринку насіння, оброблене тіаметоксамом і клотіанідином. Однак ці відступи можуть припинитися, оскільки Європейський суд отримав повноваження оцінити їх законність.

Цукрові буряки (Beta vulgaris L.) піддаються впливу бурякових вірусів жовтіння (BMYV, BYV, BChV, BtMV), які в основному передаються зеленою персиковою попелицею Myzus persicae Sulzer (напітвердокрилі: Aphididae). По всій Європі хвороба контролюється завдяки використанню насіння, обробленого неонікотиноїдами клотіанідином і тіаметоксамом, які присутні майже на 100% полів цукрових буряків. Додаткове позакореневе застосування неонікотиноїдів протягом вегетаційного періоду є рідкістю.

За відсутності будь-якої профілактичної чи захисної обробки скорочення врожайності може сильно варіюватися, зазвичай коливаючись від 25 до 70%, як повідомлялося у кількох звітах у 2020 році (наприклад, ITB, 2020; Farmers Daily, 2020). Однак важко точно оцінити цей вплив, оскільки на втрати врожаю можуть впливати багато факторів, наприклад погодні умови.

Використання обробленого інсектицидами насіння було дозволено для цукрових буряків частково через відносно низький ризик для бджіл: буряк збирають до початку його цвітіння, що зменшує ймовірність контакту запилювачів із зараженим пилком. Однак неконтрольоване цвітіння буряків на краю поля може становити ризик для запилювачів, а залишки неонікотиноїдів у ґрунті можуть негативно впливати на ґрунтову фауну.

Вилучення неонікотиноїдів із ринку матиме значні економічні наслідки, якщо фермерам не буде запропоновано ефективних та економічно вигідних альтернатив. Таким чином, потреба в підтримці розвитку альтернативних методів і просуванні екологічно чистого виробництва цукрових буряків є актуальною як ніколи.

Методологія

Огляд літератури. Із жовтня 2020 року по травень 2021 року було проведено комплексний огляд та оцінку всіх існуючих методів боротьби з попелицею на цукрових буряках відповідно до процесу PICO: популяція включала цукрові буряки; метод боротьби з вірусом попелиці або жовтіння вважався втручанням; ефективність цих альтернатив порівнювалася з неонікотиноїдною обробкою насіння; результат — це наукові публікації, отримані з трьох основних баз даних: SCOPUS®, Web of Science® і Google Scholar®. Інколи популяцію поширювали на інші польові культури, які зазнали впливу зеленої персикової попелиці та пов’язаних з нею вірусів, у разі відсутності результатів на цукрових буряках.

Було розглянуто дев’ять категорій потенційних альтернативних методів: (1) синтетичні інсектициди; (2) природні інсектициди (тобто активна речовина, витягнута безпосередньо з рослини або мікроорганізму або отримана з неї); (3) біологічний контроль за допомогою макроорганізмів; (4) біологічний контроль за допомогою мікроорганізмів; (5) біологічний контроль за допомогою семіохімічних речовин; (6) методи ведення сільського господарства; (7) фізичні методи контролю; (8) вибрані сорти рослин; (9) еліситори захисту рослин.

Оцінка результатів. Кожен результат оцінювався за чотирма критеріями: ефективність (E), застосовність (З), довговічність (Д) і практичність (П). Кожному критерію було присвоєно один із трьох балів: 1 (низький/поганий), 2 (середній) і 3 (високий/добрий). Ефективність була оцінена на основі здатності методу зменшувати появу попелиці або вірусу та/або запобігати втраті врожаю. Оцінка застосовності виражає рівень доступності кожного методу відповідно до його розробки та валідації в галузі та дозволу на його продажі. Оцінка довговічності відображає ризик розвитку резистентності у популяції попелиці, що з часом знизить ефективність методу. У цій оцінці не враховувалися потенційні побічні ефекти для навколишнього середовища. Нарешті, оцінка практичності описує легкість впровадження методу фермерами, головним чином залежно від необхідного обладнання, кількості обробок або втручань, робочого навантаження та необхідних технічних навичок.

Результати

Адаптація методології та глобальні результати. Загалом, для оцінки дев’яти категорій альтернативних методів було використано анотації 3878 джерел. Із них лише 7% були безпосередньо пов’язані з вирощуванням цукрових буряків. Тому бібліографічне дослідження довелося розширити на інші культури чи контексти, зберігаючи методи боротьби з A. fabae, M. persicae та пов’язаними з ними вірусами жовтіння цукрових буряків як загальної бази для досліджень. Виняток зроблено для методів генетичного контролю, де бібліографічне дослідження було зосереджено на цукрових буряках. Зрештою, висновки базувалися на 301 науковій публікації.

Різноманітність альтернативних методів. Загалом 76 контрольних продуктів або методів було визначено як можливі альтернативи неонікотиноїдам для боротьби з попелицею або пов’язаними з нею вірусами на цукрових буряках. Серед них 43 засоби захисту рослин, у тому числі 21 синтетичний інсектицид і 22 натуральні діючі речовини. У семи інших категоріях методів була виявлена менша кількість альтернатив (число в дужках): макроорганізми (8), фізичні методи (7), засоби захисту рослин (5), мікроорганізми (4), сільськогосподарські методи (4), семіохімікати ( 3) і сорти рослин (2).

Оцінка за категорією методів. Кожен метод контролю оцінювався за чотирма критеріями (ефективність, довговічність, застосовність і практичність). На Рис. 1 підсумовано середні бали для кожного критерію та категорії альтернативних методів.

Синтетичні інсектициди мають найвищий середній показник ефективності, але також найнижчий показник довговічності серед дев’яти категорій, що підкреслює значний ризик розвитку стійкості у відповідних видів попелиць. Їх практичність є хорошою (обприскування), але їхня середня застосовність є помірною, хоча ця оцінка дуже варіюється залежно від діючої речовини: деякі діючі речовини вже дозволені на буряку, тоді як для інших речовин потрібно буде отримати дозвіл на продажі або реєстрацію (що потребує багато часу).

Методи ведення сільського господарства мають другі найкращі середні показники ефективності, з максимальною довговічністю та придатністю від середнього до гарного рівня (більшість методів уже випробувано на інших культурах, окрім буряків), але вони мають практичність від низького до середнього рівня через необхідність модифікувати технічні маршрути для буряківництва.

Природні інсектициди та макроорганізми мають середні та хороші оцінки ефективності, відмінну довговічність, але низьку оцінку застосовності, оскільки вони все ще потребують додаткових досліджень або технічних коригувань перед застосуванням у польових умовах.

Мікроорганізми, сорти рослин, рослинні еліситори та фізичні методи мають показники ефективності від поганого до середнього рівнів, добру довговічність, досить хорошу оцінку застосовності та гарну практичність.

Нарешті, семіохімічні методи контролю характеризуються найнижчими середніми показниками ефективності, застосовності та практичності, незважаючи на відмінну довговічність.

Рис. 1. Середні показники за чотирма критеріями (ефективність, довговічність, застосовність, практичність) дев’яти категорій альтернативних стратегій, доступних для боротьби з попелицею на цукрових буряках

Короткострокові альтернативні методи. Щоб визначити альтернативні методи боротьби, які можуть швидко замінити неонікотиноїди, ми буди відібрані методи, які мали оцінку ефективності 3 (висока ефективність у боротьбі з попелицею або вірусами жовтіння) або 2 (середня ефективність, що потребує використання в поєднанні з іншими методами), а також рейтинг довговічності 3 (низький ризик розвитку резистентності) або 2 (помірний ризик розвитку резистентності), а також оцінку застосовності 3 (легкодоступне обладнання) або 2 (помірні адаптації, необхідні для технічних маршрутів та техніки). Було ідентифіковано 21 альтернативний метод або продукт, якими можна замінити неонікотиноїди в короткостроковій перспективі в боротьбі з буряковою попелицею (Табл. 1). Вони включають шість синтетичних інсектицидів і три природні інсектициди для обприскування, два ентомопатогенні гриби, два членистоногі природні вороги, одна органічна й одна мінеральна олія, два еліситори для захисту рослин, три методи ведення сільського господарства (включаючи посів проміжних культур знизу вгору та зверху вниз) і одну групу поліпшених сортів рослин.

Таблиця 1. Двадцять короткострокових (доступних відразу або протягом наступних кількох років) методів/продуктів, альтернативних обробці насіння цукрових буряків неонікотиноїдами, разом із відповідними оцінками їх ефективності, довговічності, застосовності та практичності (1=низький, 2=середній, 3=високий рівень)

Обговорення

Дане дослідження показує суттєвий дефіцит інформації щодо боротьби з буряковою попелицею. Менше 10% відібраних публікацій були зосереджені на інших захисних або профілактичних методах боротьби, крім неонікотиноїдів, для захисту цукрових буряків від вірусів жовтіння або їх переносників попелиць. Ці недоліки, безсумнівно, походять від загального використання неонікотиноїдів із 1990-х років, чия значна ефективність у зниженні зараження попелицями і легкість застосування викликали відсутність інтересу до розробки альтернативних методів боротьби. Незважаючи на це спостереження, було виявлено багато альтернативних рішень, у тому числі деякі варіанти, які вже застосовуються на відкритому просторі для захисту культурних рослин від зараження попелицями. Однак головною проблемою залишається адаптація цих методів до конкретного випадку вирощування цукрових буряків.

За останні пару років було докладено значних зусиль для розробки альтернатив неонікотиноїдам, оскільки кількість доступних варіантів урізноманітнилася, порівняно з минулими роками. Серед них інші «готові до використання» стратегії, альтернативні неонікотиноїдам, отримали пристойні бали ефективності. Вони коротко описані нижче.

Синтетичні інсектициди є одними з найбільш ефективних і «готових до використання» альтернатив неонікотиноїдам. Наприклад, флонікамід є системним інсектицидом, що проникає в тканини рослин та ефективний проти попелиць, пригнічуючи їх харчову поведінку. Ця діюча речовина доступна на європейському ринку та показала свою ефективність у боротьбі з популяціями зеленої персикової попелиці M. persicae на буряку.

Спіротетрамат, ще один системний інсектицид, дозволений до використання на кількох культурах в ЄС (включно з цукровими буряками), пригнічує біосинтез ліпідів у комах, які висмоктують сік, зокрема борошнистих червців, щитівок, попелиць, галиць. У той час як ефективність спіротетрамату нижча, ніж у флонікаміду в даному контексті, перший має вищий показник довговічності (тобто наразі не виявлено резистентності в польових популяціях M. persicae).

Окрім синтетичних інсектицидів, були виявлені засоби захисту рослин природного походження зі значною ефективністю в польових умовах, які включають олію німу, ефірну олію апельсина та спіносад. Усі вони мають переваги в тому, що доступні для фермерів і мають меншу стійкість, ніж синтетичні інсектициди. Однак була підтверджена токсичність деяких із цих продуктів для нецільових видів. Наприклад, олія німу містить азадірахтин, який може впливати на ріст, лущення і синтез екдистероїдів у комах. Його вплив на запилювачів і корисних комах досі залишається суперечливим. Він вважається дуже токсичним для водних організмів, і його використання у вигляді німазалу або інших препаратів азадірахтину зараз обмежене в кількох європейських країнах. Незважаючи на продемонстровану ефективність проти бурякової попелиці, спіносад не має глобальної реєстрації для боротьби з попелицею, і його токсичність для нецільових видів є потенційно високою. Незважаючи на те, що ці біологічні продукти вже застосовуються на цукрових буряках проти лускокрилих шкідників, ще належить визначити, як їх можна застосовувати для боротьби з попелицею (рецептура, доза…).

Слід також розглянути використання парафіну та органічних олій через їх легкість у використанні та високу ефективність, поєднуючи різні добре продемонстровані способи дії (включаючи висихання, задушення, стримування яйцекладки та стимулювання захисту рослин). Кілька продуктів на основі олії вже дозволені до використання та продаються для боротьби зі шкідниками, які заражають інші культури. Знову ж таки, на цукрових буряках ще потрібно оптимізувати їх дози та стратегії застосування.

Мікроорганізми (гриби та ентомопатогенні бактерії) та макроорганізми (хижаки та паразитоїди) також були ідентифіковані з хорошою ефективністю проти попелиць. Продукти на основі Lecanicillium muscarium, які вже дозволені та продаються для інших цілей, можуть бути швидко адаптовані. Основні перешкоди для їх застосування стосуються масового виробництва (в техніко-економічному відношенні) та застосування в польових умовах (спосіб розподілу та ефективна доза). Безсумнівно, існує багато невідомого біологічного різноманіття, яке можна використовувати для розробки нових продуктів. Необхідно додатково вивчити ненавмисний вплив цих продуктів на навколишнє середовище. Тому їх не можна розглядати як короткострокове рішення для компенсації припинення використання неонікотиноїдів.

Генетична селекція на стійкість до вірусів жовтіння є перспективним способом захисту цукрових буряків. У 1990-х роках тривали активні дослідження в цій галузі, коли були представлені неонікотиноїди, що показало існування варіантів, стійких до кількох вірусів жовтіння, як у Beta vulgaris, так і в диких буряках B. vulgaris subsp. Maritima. Ця стійкість є генетично контрольованою та спадковою. Нещодавно із забороною неонікотиноїдів у багатьох європейських країнах дослідження в цій галузі відновилися з розробкою молекулярних маркерів, що призвело до ідентифікації нових джерел генів стійкості до вірусів жовтіння у видів роду Beta. Було визначено локуси кількісних ознак стійкості до BYV і BMYV, що відкриває шлях до використання молекулярних маркерів для селекції. У 2004 році Лютербахер та ін. оцінили стійкість до BYV у 597 зразків бета-версії, зібраних по всьому світу, 15% з яких виявили високу стійкість до BMYV і 8% — до BYV у тепличних умовах. Також були ідентифіковані сорти буряків, стійкі до попелиці, але здається більш доцільним зосередитися на прямій стійкості до вірусів, оскільки вона ефективніша (взаємодія генів між генами) і менш схильна до появи контррезистентності.

Нещодавні дослідження показують появу кількох варіантів засобів для захисту цукрових буряків від попелиці M. persicae або вірусів жовтіння. Ці еліситори імітують або активують біосинтетичні шляхи основних захисних фітогормонів (жасмонової кислоти, саліцилової кислоти та етилену), які потім індукують виробництво сполук, токсичних для комах або вірусів, таких як феноли, терпени або алкалоїди. Зокрема, дуже хороші результати були отримані з ацибензолар-С-метилом (бензотіадіазолом) для захисту рослин (помідорів, огірків, динь) від M. persicae та деяких вірусів, з ефективністю до 90% у польових умовах. Парафінова олія також має властивості стимулювати захист рослин, значно зменшуючи (-87%) передачу вірусу PVY M. persicae на картоплі.

У польових випробуваннях мульчування значно зменшило зараження листової капусти і картоплі попелицею M. persicae, що призвело до значного зниження захворюваності вірусом PVY. Мульчування може порушити поведінку попелиці, а також збільшити температуру, що робить такі умови несприятливими для розвитку попелиці, і призведе до індукції захисту рослин. Захисний ефект мульчування підсилюється в поєднанні з розпиленням парафінової олії, що зменшує кількість M. persicae і захворюваність PYV на картоплі.

У той час як внесення азотних добрив зазвичай призводить до збільшення популяції попелиці на оброблених рослинах, використання органічних добрив замість синтетичних зменшує цей ефект. Застосування біогумусу значно зменшило напади M. persicae на капусті, огірках та томатах. Використання біогумусу може призвести до зменшення доступності азоту в соку та стимулювати виробництво фенолів у листі (глюкозинолатів), що протидіють живленню шкідника, шляхом активації захисних сил рослин.

Багато комбінацій рослин, вирощуваних як проміжні культури, продемонстрували хороший контроль зеленої персикової попелиці, наприклад бобові для захисту брокколі, часник для захисту тютюну, гірчиця, ріпак або томати для захисту звичайної капусти, овес або боби, або знову капуста, селера, цибуля та гірчиця для захисту картоплі.

Одним із головних механізмів цієї асоціативної резистентності є порушення процесу локалізації та колонізації рослини-господаря відразливими або маскуючими запахами, які виділяють асоційовані рослини-не-господарі.

Інші допоміжні рослини забезпечують альтернативні харчові ресурси (наприклад, пилок або нектар) або приманки для природних ворогів (хижаків або паразитоїдів), які можуть краще контролювати здобич попелиці, тобто посилювати біологічний контроль. Наприклад, висівання квіткових грядок призвело до збільшення рівня паразитування зеленої персикової попелиці на полях помідорів і тютюну.

Ми не змогли проаналізувати соціально-економічні проблеми, пов’язані з визначеними альтернативними варіантами для неонікотиноїдів на цукрових буряках, а також їхні наслідки для навколишнього середовища чи здоров’я людини. Необхідно розробити методологію, спеціально розроблену для документування аналізу користі/ризику, пов’язаного з неонікотиноїдними альтернативами, оскільки більше половини визначених альтернативних методів можуть викликати занепокоєння щодо біорізноманіття або щодо їх довговічності. Здається очевидним, що реалізація більшості альтернатив, запропонованих у даному дослідженні, буде дорожчою, ніж використання обробленого неонікотиноїдами насіння, принаймні в перші роки застосування через баланс попиту та пропозиції.

Після нещодавнього рішення ЄС про заборону використання неонікотиноїдів на відкритому просторі стала необхідною розробка альтернативних їм методів. Ймовірне майбутнє рішення Суду може лише посилити цю терміновість. Відтепер пріоритет має бути наданий ефективним і стійким стратегіям боротьби з попелицею.

Даний огляд показує, що вже розроблено численні альтернативи, включно з такими, які досягають хороших показників ефективності, але вони є короткостроковими. Більшість із них забезпечують важливий, але, мабуть, недостатній контроль, якщо використовувати їх окремо. Однак вони явно є сумісними та доповнюють один одного. Ймовірно, що їх спільне використання в стратегії інтегрованої боротьби зі шкідниками буде необхідним у майбутньому, щоб досягти значного захисту врожаю цукрових буряків, одночасно захищаючи людей, запилювачів та будь-які інші важливі живі організми. Тому необхідно проводити експерименти, щоб перевірити їх адитивний або синергетичний ефект.