Почему системы прогнозирования болезней сельхозкультур надо постоянно обновлять, подключая экспертов из разных сфер

Фитофтороз картофеля, вызываемый Phytophthora infestans, является одной из наиболее опасных болезней культуры, которая требует постоянного применения пестицидов для профилактики.

Развитие болезни в значительной степени зависит от погодных условий, и поэтому во всем мире было разработано несколько схем прогнозирования с целью уменьшить затраты аграриев для борьбы с болезнью.

«Ирландские правила», разработанные в 1950-х годах и откалиброванные с учетом метеопрогнозов, практик производства картофеля и давления патогена P. Infestans все еще служат основой для рекомендаций фермерам.

Тем не менее, с момента появления модели «ирландских правил» произошли многочисленные изменения в составе и динамике фитофтороза. Группа ирландских ученых из Исследовательского центра Teagasc Crop, Университета Мейнут и Ирландской метеорологической службы протестировали модель в современных условиях и предложили внести ряд поправок.

Фитофтороз эволюционирует и становится более агрессивным

Фитофтороз (или поздняя гниль картофеля) относится к числу наиболее разрушительных болезней культуры картофеля из-за быстрого репродуктивного цикла фитопатогена и агрессивности. При отсутствии контроля, фитофтороз может быстро привести к полному уничтожению урожая, как в поле, так и при хранении после сбора урожая.

В Ирландии исторические вспышки фитофтороза картофеля оказали значительное культурное и экономическое воздействие, привели к массовому голоду и последующей миграции значительной части населения в течение 1840-х годов.

Сейчас в одной только Ирландии около 5 млн евро ежегодно расходуется на фунгициды для борьбы с фитофторозом картофеля, в то время как во всем мире затраты на контроль болезни и потери урожая превышают 1 млрд евро в год.

Скорость развития эпидемии в значительной степени зависит от погоды, причем наиболее важными переменными являются температура, относительная влажность и осадки, причем последние два фактора тесно связаны.

Длительные периоды влажной и прохладной погоды создают благоприятные условия для споруляции патогенных микроорганизмов, которые разносятся дождем и ветром.

Болезнь наносит ущерб как косвенно, так и напрямую: косвенно, путем уменьшения фотосинтетической поверхности, и непосредственно, когда зооспоры, смытые с листвы, заражают клубни в земле.

С конца 1970-х годов усиливающаяся глобализация привела к всемирной миграции генотипов патогенов, что привело к смещению доминантных, более старых клональных линий или генотипов, обычно называемых US-1, и способствовало развитию и распространению новых линий, некоторые из которых демонстрируют повышенную агрессивность.

Новые генотипы были обнаружены в Ирландии и в последние годы фиксируются все чаще. Кроме того, большая часть производства картофеля в Ирландии основана на более восприимчивых сортах картофеля к новым версиям патогенов.

Диверсификация возбудителей фитофтороза в сочетании с влиянием изменения климата делают контроль сложным, а риск эпидемий выше. В результате, картофелеводы регулярно применяют интенсивную защиту фунгицидами - в Западной Европе доходит до более чем 10 применений за сезон.

Необходимость разработки моделей прогнозирования фитофтороза картофеля давно признана важным инструментом для борьбы с болезнью, что мотивировано как экологическими, так и экономическими факторами.

В ответ на экологические проблемы, возникающие в связи с увеличением использования агрохимии, Директива Европейского сообщества 128/2009 об устойчивом использовании пестицидов содержит строгие руководящие принципы по устойчивому использованию средств защиты растений с целью снижения рисков для здоровья человека и окружающей среды.

Надежное прогнозирование болезней дает возможность снизить потери урожая и урожайность при неблагоприятных погодных условиях, а также обосновать фактическое обоснование использования средств защиты растений в соответствии с национальными и международными правилами.

Системы прогнозирования не могут жить прошлым и чужими данными

В своей основе системы прогнозирования болезней сельскохозкультур используют алгоритмы, как фундаментальные, так и эмпирически обоснованные, для прогнозирования циклов заболевания.

Фундаментальные модели разрабатываются на основе лабораторных экспериментов в камерах, теплицах или полях с контролируемой средой и описывают один или несколько сегментов взаимоотношений между хозяином и паразитом, подверженных влиянию окружающей среды.

Первоначально разработка моделей прогнозов для болезней сельхозкультур была сосредоточена преимущественно на изучении погодных явлений для прогнозирования развития и наступления эпидемий и носила в основном эмпирический характер, основываясь на продолжительности погодных явлений за пределами пороговых значений и вегетативной стадии растений.

В последнее время все чаще стали использовать фундаментальные подходы, чтобы охватить более сложные компоненты эпидемий, наряду с агропрактиками и химзащитой.

Остин Бурк, один из пионеров прогнозирования фитофтороза картофеля, разработал модель PLB, которая называется «Ирландские правила». Эта модель стремилась включить в себя знания о жизненном цикле болезни, в отличие от чисто эмпирического подхода. Например, выбор подходящих погодных критериев для развития болезни был определен на основе задокументированных лабораторных экспериментов, а не из ретроспективного анализа исторической погоды во время вспышек болезней.

Тем не менее, совсем недавно, в рамках общеевропейской инициативы, теоретическое сравнение с несколькими европейскими моделями прогнозирования риска показало, что ирландская модель предоставляет фермерам самую низкую оценку риска из-за ее строгих критериев.

Полевые оценки эффективности ирландской модели показали, что контроль в соответствии с ее данными приводит к значительному сокращению использования фунгицидов, но с неудовлетворительным контролем фитофторы по сравнению с другой системой поддержки принятия решений для фермеров Negfry (или DSS) или обычной практикой фунгицидной защиты.

Но если раньше фермерам было «удобно» основывать свои решения на рекомендациях DSS для оправдания увеличения числа химических обработок, то сейчас другие тенденция – они стремятся увеличить экономическую выгоду за счет сокращения затрат и соблюдение политики использования пестицидов, требуемой сетями супермаркетов.

«Поэтому сейчас настало время пересмотреть «ирландские правила» и провести оценку системы с целью уточнения правил в свете недавних изменений. Надо предоставить комплексный, систематический и прозрачный метод для оперативного применения системы в контексте изменений в эпидемиологии болезни и усиления регулирования (рынок/политика)», - пишут ученые в своей работе.

«Вопреки недавним сообщениям, мы обнаружили, что риск эпидемий фитофтороза остается низким при температуре ниже 12 ° C. Благодаря наличию более полных данных о вспышках и более глубокому пониманию популяции патогенов, мы считаем, что температурный порог в модели потенциально может быть увеличен с 10 ° C до 12 ° C, предоставляя больше возможностей для снижения применения пестицидов», - отмечают они.

«Модель прогнозирования риска полезна только в том случае, если она обеспечивает тот же уровень защиты, что и стандартная практика, при одновременном снижении необходимых затрат и трудочасов…В настоящее время интервалы между опрыскиванием варьируются от 5 до 7 дней в ирландских условиях, которые мы учли в этом исследовании.

Мы предполагаем, что посадка начинается на следующий день после того, как среднесуточная температура почвы превышает 8 ° C в течение трех последовательных дней после 1 апреля. Это обычная практика в Ирландии в соответствии с рекомендациями национального консультативного органа Teagasc. Фермеры обычно начинают обработку фунгицидами, как только всхожесть достигает 50% и продолжается до тех пор, пока надземная часть полностью не отмирает, обычно через три недели после высыхания. Здесь мы предполагаем, что вегетационный период длится 120 дней. Тем не менее, защита от пестицидов продолжается в течение этих трех недель, пока картофельная надземная не будет высушена.

Мы показали, что в среднем использование моделей прогнозирования риска дает возможность снизить потребление фунгицидов по сравнению со стандартной практикой ирландских производителей. Возможные сокращения дозы и количества обработок демонстрируют различия в течение исследуемого периода. Это отражает характер сельскохозяйственного производства и еще более усиливает потребность в подходе интегрированного управления вредителями и болезнями для определения интервалов обработки.

Модели прогнозирования болезней растений часто оцениваются исследователями, которые их разработали, и используются без калибровки в агроэкосистемах, отличных от тех, для которых они были разработаны.

Результаты показали, что необходимо пересмотреть параметры модели «ирландских правил» для различных экосистем и эксплуатационных возможностей, а также для оперативного использования модели.

Мы рекомендуем уменьшить пороговые значения относительной влажности с 90% до 88% и продолжительности споруляции с 12 до 10 часов; и внести принятие дополнительного индикатора влажности листа, включающего как осадки (≥0,1 мм), так и относительную влажность (≥90%)», - заключают авторы работы.

(Источник: www.mdpi.com).