Энтомофаги и хищники. Болезни насекомых и их применение в борьбе с вредителями леса

На протяжении жизненного цикла насекомые несколько раз существенно изменяются. Сначала – яйца. Они неподвижны. Продолжительность развития яиц у разных видов сильно различается. У непарного шелкопряда яйца развиваются очень долго. Это самая длительная фаза его развития – от середины июля до первой декады мая! Кладка яиц этого вида обычно при низкой численности популяций располагается в нижней части ствола, ниже среднего уровня снежного покрова. На Дальнем Востоке обычное место яйцекладок непарного шелкопряда – нижняя сторона листа. Когда начинается рост численности популяций, кладки появляются на открытых элементах рельефа – скалах и осыпях. Отсюда отродившиеся гусеницы ветром разносятся на большие расстояния. При высокой численности яйцекладки шелкопряда покрывают все доступные поверхности вокруг фонарей и других источников света (рис. 92).

Яйца покрыты волосистым покровом – в максимально возможной степени защищены от природных опасностей и врагов. Несмотря на такую защиту, одним из главных естественных регуляторов численности непарного шелкопряда являются яйцееды – перепончатокрылые насекомые, питающиеся яйцами более крупных насекомых и непарного шелкопряда, в том числе.

Наиболее известным среди энтомофагов, специализирующихся на яйцах больших гусениц, является трихограмма (Trichogramma euproctidis Gir). Это крошечное насекомое даже используется человеком для подавления численности вредителей. Выращенных в лабораторных условиях трихограмм выпускают в очаги вредных насекомых, когда те находятся в фазе яйца (рис. 93).

Именно для непарного шелкопряда применение трихограммы было перспективным направлением, так как продолжительность фазы яйца у этого вида очень большая. Однако выпуск трихограммы в очаги вредных лесных насекомых, как метод борьбы с ними, в настоящее время существует только теоретически. Выращивание трихограммы требует больших и постоянных усилий, а потребность в подавлении численности вредителей в лесу возникает далеко не каждый год.

Фаза гусеницы у непарного шелкопряда продолжается два с небольшим месяца. Крошечные гусеницы первых возрастов имеют гигантские относительно размеров тела и головы волоски. В этот период каким либо врагам физически трудно подобраться к телу гусеницы. В старших возрастах их поражают многочисленные наездники и мухи, которые откладывают на теле гусениц свои яйца (рис. 94).

Большинство личинок паразитов развивается синхронно с гусеницами хозяина и доживает внутри них до стадии куколки, в которой уже развивается гораздо быстрее хозяина, буквально выедая куколку изнутри. Иногда личиночные паразиты становятся важным фактором прекращения роста популяции вредителя, но это про- исходит, как правило, уже в конце вспышки массового размножения. На 2–3-й год развития очага массового размножения непарного шелкопряда в популяции накапливается большое количество не только паразитов, но и хищников. Это, как правило, жуки, например большой зеленый красотел (Calosoma sycophanta L.), у которого хищничают не только жуки, но и гусеницы (рис. 95).

У сибирского шелкопряда, напротив, яйца развиваются сравнительно быстро – около 8 недель. Ничем не защищенные яйца лежат прямо на хвоинках, и единственным защитным механизмом является их почти одиночное размещение. Несмотря на открытость и уязвимость яиц, яйцееды становятся важным фактором смертности сибирского шелкопряда только в том случае, когда вспышка развивается совместно с непарным шелкопрядом или другим видом лесных насекомых. Как правило, в этом случае популяция сибирского шелкопряда развивается медленнее, и на его яйца нападают яйцееды, накопившиеся на непарном шелкопряде. Продолжительность фазы гусениц у сибирского шелкопряда составляет больше года, поэтому именно эта фаза у него наиболее уязвима. Личиночные паразиты сибирского шелкопряда оказывают большое влияние на смертность в популяции. Иногда они не позволяют реализоваться вспышке массового размножения. Такие ситуации довольно часто наблюдались в лиственничной расе этого вредителя в Республике Тыва. Здесь развивались хронические очаги непарного шелкопряда и часто возникали вспышки античной волнянки, которые поддерживали высокий уровень численности популяций энтомофагов, развивающихся на гусеницах всех крупных бабочек.

В более северных районах ареала сибирского шелкопряда основным фактором смертности его популяций при увеличении их численности являются грибные заболевания, поражающие гусениц во время их зимовки в подстилке. Известны многочисленные случаи прекращения вспышки массового размножения сибирского шелкопряда вследствие его гибели от болезни мускардиноз. Это название происходит от французского «мускардина» – засахаренный фрукт. Именно как засахаренные фрукты выглядят гусеницы сибирского шелкопряда, погибшие от этого грибного заболевания. Оно вызывается энтомопатогенными грибами родов Boveria, Paecilomyces, Metarhizium и Sorosporella.

На основе энтомопатогенных грибов рода Boveria создан биологический препарат Боверин, который не без успеха используется для защиты плодовых и декоративных растений. Предпринимались неоднократные попытки использования энтомопатогенных грибов против вредителей леса, однако большого успеха в России они не имели.

Все насекомые, развивающиеся в каких-либо стадиях в подстилке и почве, подвергаются большому риску не только грибных заболеваний. Их могут съесть хищные насекомые и насекомоядные млекопитающие. Наиболее известны в этом качестве проволочники – личинки жуков-щелкунов, личинки жужелиц и муравьи рода Formica.

В середине ХХ в. в среде лесоводов и ококлонаучной общественности бытовало мнение о чрезвычайной полезности муравьев в борьбе с вредными насекомыми. Как и к привлечению птиц, охране и расселению муравейников уделялось большое внимание, вплоть до того, что лесхозам устанавливали плановые показатели. Муравьи неплохо изучены академической наукой. Одна из самых известных в этой области монографий Г. М. Длусского позволяет получить основательное представление об этой заметной группе лесных насекомых. Кроме этого А. А. Захаровым написана научно популярная книга «Муравей, семья, колония», в которой хорошо описана социальная жизнь муравьев и их использование в биологической защите леса.

Несмотря на очевидные и хорошо известные способности муравьев и птиц поедать гусениц и куколок, их эффективность, как фактора сдерживания вспышек массового размножения вредных насекомых, оказалась недостаточной.

Теоретические основы взаимоотношений паразита и хозяина, хищника и жертвы впервые были формально описаны американским математиком и демографом А. Д. Лоткой в 1925 г. и итальянским математиком В. Вольтерра в 1926 г. независимо друг от друга. Они предложили математические уравнения, которые можно использовать для моделирования систем «хищник – жертва», «паразит – хозяин», конкуренции и других видов взаимодействия двух биологических видов между собой. Эту модель в дальнейшем стали называть именами обоих исследователей «Модель Лотки–Вольтерры». Последующие исследования этой модели позволили установить теоретическую невозможность существенного сокращения вреда вспышки массового размножения от хищников и паразитов. Логическая конструкция этого теоретического закона проста: поскольку количество особей «хищников и паразитов» напрямую зависит от количества особей «жертвы, хозяина», а самостоятельной способностью резко увеличивать численность «хищники и паразиты» не обладают, они способны сокращать популяцию «жертвы, хозяина» только во второй половине вспышки его массового размножения, в фазе кульминации и кризиса, когда повреждение уже случилось. Графически этот закон иллюстрируется двумя синусоидообразными кривыми, одна из которых, описывающая динамику популяции «хищники и паразиты», запаздывая, практически повторяет кривую «жертвы, хозяина» (http://collectedpapers.com.ua /ru/eco/matematichne-modelyuvannya-v-ekologiyi).

Мировая и российская наука имеет большой опыт попыток применения энтомофагов в борьбе со вспышками массового размножения. Самые большие успехи достигнуты в борьбе с инвазивными видами филлофагов, завезенных в США и Канаду из Старого Света во второй половине ХХ в. Практическое применение энтомофагов против аборигенных видов вредителей в России не имело успеха.

Самым известным врагом вредителей леса являются птицы. Во времена расцвета орнитологии, в первой половине ХХ в., сформировалось несколько наивное направление практической орнитологии, как охрана и привлечение птиц. Основные надежды были связаны с привлечением насекомоядных птиц. В отдельных работах предлагались вполне конкретные приемы привлечения птиц в очаги массового размножения насекомых. Более того, известнейший орнитолог А. Н. Формозов предлагал подрезать птицам крылья и подкладывать яйца насекомоядных птиц в гнезда, например, воробьев.

Увы, многочисленные усилия по привлечению птиц к борьбе с вредными лесными насекомыми на практике оказались безуспешными по тем же причинам, что и для остальных «хищников и паразитов»: они не могли размножаться так быстро и так своевременно, чтобы подавить вспышку размножения вредителя. Узкая пищевая специализация для птиц тоже невозможна, они вполне могут довольствоваться обычными насекомыми, постоянно присутствующими в природе в небольших количествах.

В отличие от хищников и энтомофагов, не способных размножаться быстрее, чем популяции вредителя, микроорганизмы в этом отношении имеют больше перспектив. Основными патогенами насекомых являются грибы, бактерии и вирусы, а также нематоды.

В практике защиты леса наибольшее распространение получили микробиологические препараты на основе энтомопатогенной бактерии Bacillus turingiensis. Несколько разновидностей – штаммов – этой бактерии обладает высокой вирулентностью и используется в промышленном производстве средств защиты растений. Препараты этой группы в профессиональной среде обозначаются как Bt- производные инсектициды биологического синтеза. Они производятся в больших количествах в заводских условиях. В России наиболее известен Bt-производный инсектицид «Лепидоцид», который применяется для борьбы с чешуекрылыми насекомыми – вредителями леса (сибирский коконопряд, непарный шелкопряд, совки, пяденицы и т.п.). Препарат представляет собой питательную среду со спорами живых бактерий и их продуцентами – кристаллами токсинов. Препарат производится в виде порошка или в жидкой форме. Нанесенные на листья и съеденные гусеницами бабочек споры и кристаллы вызывают у них отравление и нарушают пищеварение. Гусеницы довольно быстро и массово погибают. Основным методом применения этого препарата является его распыление на лес с самолета или вертолета.

Большие ожидания и надежды у специалистов защиты леса были связаны с вирусными инфекциями насекомых – вредителей леса. Многочисленные эпизоды естественной гибели популяций от природных (нативных) вирусов в конце вспышки массового размножения давали надежду на возможность использования этих болезней в защите леса. Практика использования вирусов основывалась на простом методе сбора пораженных гусениц в естественном очаге болезни, их высушивании и зимнем хранении. Для приготовления препарата, непосредственно перед его применением, сохраненный вирусный материал смешивали с некоторым количеством воды и смачивателей, для лучшего прилипания к листьям или хвое, а также других ингридиентов. Полученной жидкостью обрабатывали деревья в очаге массового размножения в момент активного питания гусениц. В результате обработки в популяции вредителя развивалось вирусное заболевание, и она практически полностью погибала.

Наряду с многочисленными эпизодами успеха этого метода, в его применении было много неудач. Наиболее известными вирусными инфекциями, которые удавалось использовать для наработки биологических препаратов, были полиэдрозы непарного шелкопряда – «Вирин НШ» и рыжего соснового пилильщика – «Вирин-Диприонин». Полиэдрозами они назывались потому, что белок, продуцируемый вирусами этого типа, имеет вид сложного образования неопределенной геометрической формы – полиэдра. В 1980–1990-е гг. практиковался полукустарный метод наработки небольших партий вирусных препаратов и их применение. Большие надежды на вирусные инфекции были связаны с возможностью длительного сохранения ее в природе. В частности, вирус ядерного полиэдроза непарного шелкопряда пытались вносить в популяцию вредителя путем обработки искусственным препаратом его яйцекладок, предполагая, что инфицирование гусениц будет происходить в момент их выхода из яиц. Однако успешные научные эксперименты очень плохо приживались на практике.

Природный вирус рыжего соснового пилильщика успешно применяли в течение почти 10 лет – с конца 1980-х до конца 1990-х гг. Небольшие по площади очаги этого вида вредителя и их доступность для наземного внесения препарата позволяли поддерживать его применение. Ежегодно нарабатывалось нескольких литров вирусного материала, из которого перед внесением готовили необходимое количество рабочего раствора, в зависимости от технических характеристик опрыскивателя. Вирусный материал хорошо сохранялся в течение 1–2 лет, а его запас ежегодно обновляли.

Большие надежды и усилия в применении микробиологических препаратов были связаны с их главным преимуществом относительно химических средств защиты растений: они воз- действовали только на целевые организмы. Вирусные препараты видоспецифичны и действуют только на одного вредителя леса (непарного шелкопряда или рыжего соснового пилильщика). Бактериальные Bt-производные препараты вызывают болезнь только у чешуекрылых насекомых. Это довольно большое семейство и одновременно с вредным насекомым развивается немало других видов дневных бабочек, однако для остальных организмов эта инфекция в применяемых дозировках безопасна.

Лица, контактирующие с бактериальными препаратами, всегда должны помнить о том, что их безопасность для человека далеко не безгранична. В порошке или растворе содержится большое количество токсичных для всего живого кристаллов. По существу это такой же искусственный яд, как и разнообразные химические средства защиты растений, но получен он не химическим путем, а в результате биологического синтеза. В конечном продукте, изготовленном по этой технологии, кроме живой субстанции – спор бактерий, высокая концентрация кристаллов токсина – чистого химически вещества, обладающего очень высокой биологической активностью. Именно поэтому даже биологические препараты нельзя применять в дозировках, превышающих нормы, установленные производителем препарата. Такие же меры безопасности следует предпринимать и при работе с вирусными препаратами.