Фактически урожаи полезных культур значительно снижаются из-за болезней растений, а также в результате их повреждения и уничтожения насекомыми и грызунами. Во многих случаях посевы культурных растений несут большой ущерб от развития в посевах сорных растений.
Болезни растений вызываются грибками, бактериями и вирусами. Из болезней растений наиболее распространены рак, гоммоз, различные виды головни, плесени, росы, гнили и др. В 1910 г. в Воронежской губернии от головни погибло 90% урожая проса, а в 1914 г. в Смоленской губернии — 65% урожая овса. В США в отдельные годы от гоммоза погибало до 78% урожая хлопка, а от коричневого бактериоза — от 25 до 100% урожая овса.
Еще больше врагов растения имеют среди насекомых. Зоологам уже известно не менее миллиона видов насекомых, и ежегодно открывают 5—6 тыс. новых видов. Только на территории СССР изучено приблизительно 100 тыс. видов насекомых. Считают, что общий вес насекомых земного шара в три раза превышает вес рыб, птиц и млекопитающих вместе взятых.
Очень много насекомых в тех или иных стадиях своего развития питаются растениями и тем самым снижают, а иногда и полностью уничтожают урожаи. В СССР отмечено 120 насекомых, вредных для пшеницы, 300 видов — для садов и 200 видов — для овощей. Всего вредных насекомых известно более 10 тыс. видов. Приведем примеры вредности некоторых насекомых. Самка лугового мотылька четыре раза в год откладывает по 400 яиц. Возможное поколение может съесть 9 т зелени, т. е. столько, сколько нужно для кормления трех коров в течение года. Саранча появляется иногда в таких количествах, что уничтожает растительность на громадных площадях, создавая стихийные бедствия в целых областях, а иногда и странах. Число особей саранчи в одной летящей стае достигает десятков миллионов; вес такой стаи саранчи составляет 10 тыс. т. В 1945 г., например, в Кении плотность оседания пустынной саранчи на десятках квадратных километров достигала 1700 т/га. В наше время от периодических налетов саранчи страдает еще около 60 государств.
Самка колорадского жука — страшного вредителя картофеля — может дать в третьем поколении (за одно лето) до 80 млн жуков. При отсутствии борьбы с колорадским жуком урожай картофеля может быть уничтожен полностью. Мелкие круглые черви — нематоды — снижают урожай картофеля до 40%. Серьезным вредителем сахарной свеклы является свекловичный долгоносик; свекловичная нематода на 20% снижает сахаристость корней свеклы. Урожаям пшеницы большой вред наносит клоп-черепашка.
От болезней и вредных насекомых приходится защищать не только растения во время их роста, но и сельскохозяйственную продукцию. Так, в 1959 г. 10% мирового урожая зерновых погибло при хранении.
Большой вред посевам и готовой продукции наносят различные грызуны (крысы, хомяки, суслики, мыши, полевки). Одна крыса за сутки съедает до 60 г зерна, а за год может уничтожить 22 кг. В печати сообщалось, что на Тайване крыс в три раза больше, чем людей. Они съедают столько риса, что его хватило бы для пропитания 2 млн человек.
Огромный урон посевам культурных растений наносят сорняки, которые, как правило, очень плодовиты и живучи. Одно растение лебеды, крапивы, полыни и особенно ширицы дает свыше 100—500 тыс. семян, а одно растение пшеницы не может дать более 2 тыс. семян. Сорняки необычайно живучи: семена ширицы, например, могут пролежать в почве около 40 лет, а затем прорасти. Малосемянные сорняки не менее интенсивно размножаются корневищами. На 1 га посева общая длина корней пырея может достигнуть нескольких километров; число почек на этих корнях составляет 250 млн, и каждая может дать самостоятельный побег.
Сорняки поглощают питательные вещества и влагу, необходимые культурным растениям. Кроме того, многие сорняки развиваются быстрее культурных растений и мешают их росту. Наконец, сорные растения в посевах затрудняют уборку урожая и загрязняют продукцию. Например, семена сорняков рыжика и горчицы портят качество льняного масла, семена других сорняков (куколь, плевел) ядовиты для человека и животных. При недостаточной борьбе с сорными растениями вес их достигает 20—90% растительной массы посева. Ручная прополка посевов — очень трудоемкая операция и к тому же в ряде случаев (прополка посевов зерновых, бобовых) почти неосуществима.
Для борьбы с болезнями и вредителями растений, а также с сорняками все шире применяются специальные химические средства — ядохимикаты. Ассортимент этих средств в связи с многообразием болезней и вредителей растений, а также видов сорных растений весьма велик. В настоящее время применяется до 7000 препаратов, изготовляемых из 300—500 различных химических веществ. Такое многообразие препаратов объясняется и тем, что многие насекомые быстро привыкают к ним. Это явление замечено уже для 110 видов насекомых и клещей. Иногда насекомые привыкают к препаратам (например, к хлорорганическим) уже в период широких испытаний — до организации промышленного производства препаратов. Бывают случаи, что вредители так привыкают к яду, что в дальнейшем не могут жить без него.
И все же против многих болезней и вредителей растений найдены препараты, полностью защищающие посевы. Например, в СССР и в ряде других стран с помощью гексахлорана и других препаратов урожаи практически полностью защищают от саранчи. Однако приходится быть в постоянной готовности к борьбе с саранчой из-за возможности залетов ее из индийских, аравийских и африканских пустынь.
Гексахлоран также эффективен против десятков других видов вредных насекомых, многие виды насекомых уничтожаются препаратами ДДТ, тиофос и др. Разработаны эффективные вещества для протравливания семян зерновых против головни, семян хлопчатника против гоммоза, семян льна против фузариума и плесени и т. д. Протравливание семян увеличивает урожай некоторых культур на 1,5—5 д/га.
Считается, что каждый рубль, затраченный на производство химических средств, сохраняет на 5 руб. урожая при защите зерновых и овощей, на 15—30 руб. при защите ягодных и технических культур и на 40—70 руб. при защите цитрусовых.
Большой размах получило применение химических средств для уничтожения сорняков. Разработаны химические вещества — гербициды, подавляющие рост растений одних видов, но практически не влияющие на другие виды растений. Например, галоидфеноксиуксусные кислоты, их соли и эфиры подавляют рост многих двудольных растений (к которым относится большинство сорняков), но не затрагивают однодольных (зерновых). Применение этих препаратов для борьбы с сорняками в посевах зерновых повышает урожай зерна на 2—5 ц/га. С другой стороны, имеются препараты, уничтожающие злаковые растения, но не вредящие двудольным; с их помощью уничтожают сорняки в посевах двудольных. Есть препараты с еще более избирательным действием. Так, препарат симазин при внесении его в почву перед всходами кукурузы в количестве 1—3 кг/га полностью уничтожает все сорняки, не затрагивая самой кукурузы. В 1963 г. в результате применения химических средств защиты растений в СССР сохранено сельскохозяйственной продукции на 4,87 млрд руб (Журнал «Экономика сельского хозяйства», 1964, № 6). Однако проблема полной защиты растений не может быть решена с помощью только химических средств, так как применение последних требует большой осторожности. Дело в том, что химические вещества, накапливаясь в почве и водоемах, в самих растениях, могут стать причиной заражения птиц, рыб, животных и людей. Малотоксичный препарат ДДТ, вносимый ряд лет в совсем безвредной дозе (0,5— 1,0 кг/га), постепенно накапливается до концентрации, вредной для живых организмов. В США в почве одною картофельного поля концентрация ДДТ превысила 15, а под злаками 20 кг/га. Кроме того, некоторые химикаты превращаются в почве в другие соединения, более ядовитые, чем исходные. В отдельных штатах США в результате массового применения ДДТ, гептахлора и других препаратов была отравлена рыба в некоторых реках и озерах, расположенных от мест обработки полей ядохимикатами на расстоянии до 30 км. Особенно яркий пример из практики Канады приводит Н. А. Красильников (Н. А. Красильников. Ядохимикаты: плюсы и минусы, М., «Природа», 1966, № 1). Там в 1953 г. 2 млн га леса были обработаны ДДТ (500 г/га). Через 2—3 дня после этого в реке Мирамиши начался массовый мор рыбы; поедающие рыбу птицы также погибали. В самом лесу трава и почва также стали источниками заражения.
Из приведенных примеров не следует делать вывода, что химические средства вообще нельзя использовать. Очевидно, методы еще недостаточно разработаны, и только дальнейшие исследования помогут исключить вредные последствия защиты растений химическими препаратами.
В перспективе не менее эффективным, но более безопасным представляется использование для защиты полезных растений особых веществ, называемых фитонцидами. Это газообразные соединения, испускаемые листьями и цветами многих растений и способные уничтожать микробов, отпугивать или умерщвлять насекомых. Например, фитонциды черемухи убивают грибок фитофтору, фитонциды горчицы, хрена и эвкалипта действуют губительно на бактерии, вызывающие гоммоз хлопчатника, фитонциды конопли убивают гусениц капустной белянки и т. д. Несомненно, что по мере познания строения фитонцидов и освоения способов их синтеза эти вещества начнут пополнять арсенал средств защиты растений. Действие фитонцидов можно использовать и путем изменения структуры посевов сельскохозяйственных
культур. Оказывается, что растущие рядом с картофелем свекла, морковь, салат, укроп, петрушка и капуста задерживают развитие фитофторы на картофеле. Лук защищает морковь от поражения морковной мухой, а морковь предохраняет лук от поражения луковой мухой.
Некоторые приемы защиты посевов, давно вошедшие в народную практику, можно объяснить действием фитонцидов. С незапамятных времен для изгнания с посевов вредителей применялась конопля. Например, в б. Киевской и Подольской губерниях коноплей обсевали плантации сахарной свеклы, конопля защищала свеклу от земляных блох; коноплю добавляли в посевной горох, чтобы не допустить появления гороховой тли.
Широкие возможности борьбы с болезнями и вредителями растений без вреда для человека и домашних животных кроются в использовании биологических методов. Давно ведутся работы по выведению сортов растений, стойких против определенных насекомых. Такая стойкость объясняется и тем, что растения становятся непривлекательными для насекомых или приобретают способность химически отталкивать их. Выращиваются также растения, легко переносящие повреждения, наносимые насекомыми или микробами. Выведены сорта пшеницы, устойчивые к стеблевой и бурой ржавчине, к мучнистой росе, к гессенской мухе, сорт люцерны, устойчивый к пятнистой тле, сорт подсолнечника, устойчивый к моли, ржавщине и заразихе, сорта картофеля, устойчивые к фитофторозу, раку, некоторым вирусам и нематодам, и т. д.
Антагонизм, имеющий место среди насекомых и среди микроорганизмов, также может было использован для защиты растений. Только на территории СССР известно 77 видов насекомых и много видов червей, паразитирующих за счет тех или иных вредных насекомых, и 14 видов хищных насекомых, поедающих вредных насекомых. Жуки-краснотелы поедают гусениц непарного шелкопряда, клопы уничтожают гусениц и яички боярышницы, наездники закладывают яички в тело гусениц боярышницы. Жуки «божья коровка» поедают тлю, хищный клещ — озимую и капустную совку и т. д. Пятнадцать видов насекомых-антагонистов завезено в СССР из других стран. Врагом кровяной тли — опустошительницы садов — оказался наездник (афелинус), завезенный из Америки. Из Австралии в Америку и на юг СССР лопал опасный вредитель — ицерия, его удалось обезвредить только с помощью австралийской же божьей коровки (новиус). В Канаде с 1910 по 1945 г. выпущено около триллиона особей полезных насекомых, относящихся к 220 видам; их использовали против 68 видов вредных насекомых. В США и страны Британского содружества для борьбы с вредителями растений ввезено около 500 видов насекомых; 100 видов из них оказались эффективными и активно уничтожают 100 видов вредных насекомых. Средний муравейник за день истребляет 3—10 тыс. насекомых и защищает от них до 1 га леса. В КНР специально разводят красных муравьев для защиты сахарного тростника от зеленой гусеницы.
Не так давно вредных насекомых стали заражать болезнетворными вирусами, бактериями и грибками. В США для борьбы с листогрызущими насекомыми недавно применен бактериальный препарат, представляющий собой живые споры определенного микроорганизма. Действие препарата, проверенное на гусеницах хлопковой пяденицы, капустной и люцерновой совок, капустной моли и др., оказалось весьма эффективным. Кроме того, препарат не причиняет вреда пчелам, а также антагонистам вредных насекомых. В Канаде успешно ведется борьба с пилильщиками (вредителями ели); препараты применяются в лесных массивах площадью 50 тыс. км2 В СССР найден бактериальный препарат против непарного шелкопряда. Для спасения 1 га леса от этого вредителя достаточно 300—500 г препарата. Разнообразие штаммов вирусов дает возможность избирательно уничтожать паразитов без вреда для полезных насекомых и животных.
Различные виды микробов в борьбе друг с другом вырабатывают антибиотические вещества. По-видимому, нет такой болезнетворной бактерии, против которой не нашлось бы своего антагониста-микроба, вырабатывающего соответствующий антибиотик. Антибиотики для лечения болезней растений уже начинают применяться. При этом важно отметить, что если химические средства лишь предохраняют, а не лечат растение, то антибиотики, вводимые в ткань растения, убивают бактерии внутри растительных организмов, т. е. лечат уже заболевшие растения.
Если насекомых — вредителей культурных растений — требуется уничтожать, то насекомых — вредителей сорняков — можно использовать. В этом отношении интересна история одной из разновидностей кактуса — опунции. Это растение в начале XIX в. завезено из Северной Америки в Австралию, где его насаждали в виде непроходимых колючих изгородей. Опунция почувствовала себя в новых условиях настолько хорошо, что к 1925 г. распространилась на 25 млн. га пахотных и пастбищных земель. Было подсчитано, что борьба с этим сорняком химическим способом обошлась бы в 90 долларов на 1 га. Поэтому из США привезли аргентинскую бабочку, гусеница которой питается стеблями опунции. Первые партии этого насекомого были выпущены в 1925 г., а уже к концу 1932 г. погибло 90% зарослей опунции; к 1935 г. аргентинская бабочка полностью справилась с сорняком.
Полное уничтожение насекомых, рассредоточенных на больших площадях, — далеко не простое дело. Перед учеными была поставлена задача найти средства, приманивающие насекомых, находящихся в активной стадии развития. Пути нахождения таких веществ подсказала сама природа. Известно, что самки многих насекомых вырабатывают особые пахучие вещества — антрактанты — для привлечения самцов. Самцы непарных шелкопрядов, например, по запаху антрактанта находят самок за несколько километров. Установлено также, что некоторые насекомые-вредители находят нужные им растения по запаху на очень больших расстояниях. Исходя из этого, были синтезированы приманивающие вещества, и такие вещества использовали в сочетании со средствами уничтожения насекомых. Уже получены антрактанты непарного шелкопряда, дынной мухи, средиземноморской плодовой мухи и др. В литературе было сообщение, что 1,5 кг синтетического антрактанта дынной мухи достаточно для заправки тысячи ловушек, действующих в течение всего сезона (А. Э. Эмме. Новые методы борьбы с вредителями. «Защита растений от вредителей и болезней», 1961, № 8.). Есть мнение, что применять ловушки совсем не обязательно. Зону посевов можно так насытить запахом антрактанта, что самцы будут дезориентированы и оплодотворения самок не произойдет. Таким образом, вредное насекомое может быть уничтожено без применения яда, и это устранит опасность гибели полезных насекомых.
В арсенале средств защиты урожая находят место и физические методы. Например, насекомых можно приманивать на свет, а затем уничтожать действием электрического поля. Уже имеются такие установки для уничтожения вредителей садов. Одна переносная установка действует в радиусе 1 км и поражает до 500 видов насекомых; за одну ночь она может уничтожить, например, до 2000 особей яблоневой моли, что означает избавление от 200 тыс. гусениц.
В США с успехом опробовано уничтожение мясной мухи, вызывающей тяжелое заболевание домашних животных, путем лучевой кастрации самцов. Для этого специально выведенных куколок мухи облучали гамма-лучами, а затем стерилизованных таким путем самцов выпускали в природные популяции; в результате отложенные самками яйца оказывались неоплодотворенными. Этим методом мясная муха практически полностью была уничтожена сначала на острове Кюрасао на площади 400 км 2, а затем в южных штатах США. В СССР в полупромышленном масштабе проверяется метод уничтожения амбарного долгоносика и других вредителей путем специальной обработки зерна перед закладкой его в элеваторы. При этом питательные и хлебопекарные свойства зерна не ухудшаются.
Не исключена возможность, что постепенно биологические, физические и другие новые методы защиты растений и продуктов урожая вытеснят химические средства там, где последние могут принести какой-либо вред.
По подсчетам Комитета ООН по вопросам продовольствия и сельского хозяйства, во всех странах мира из-за вредных насекомых и болезней растений ежегодные урожаи зерновых культур снижаются на 6%, а в зернохранилищах пропадает до 10% зерна. По данным ФАО, суммарные убытки от грызунов, насекомых и сорняков составляют во всем мире около 20% всей пищевой продукции. Но во многих странах мира уровень защиты растений от болезней и вредителей еще чрезвычайно низок, и там, конечно, имеют место гораздо большие потери.
Общий эффект, который может быть получен при полном уничтожении болезней, вредителей и сорняков, оценить трудно. Имеющиеся по этому вопросу мнения специалистов пока весьма разноречивы. У нас, например, подсчитано, что применение только химических средств защиты растений в масштабе сельскохозяйственного производства, намечаемого на 1970 г., позволит сохранить ежегодно около 21 млн т зерна, 21 млн корней сахарной свеклы, не менее 10 млн т фруктов и винограда, 1,6 млн т хлопкового волокна. Американский социолог Бритмен считает, что при полном уничтожении вредных насекомых дополнительно полученной продукцией можно было бы прокормить 200 млн человек. Западно-германский специалист Бааде высказал мысль, что если, наряду с полным удовлетворением сельского хозяйства удобрениями, поднять на должную высоту борьбу с вредителями и болезнями растений, то урожайность сельскохозяйственных культур во всем мире можно увеличить в 2—3 раза (Ф. Бааде. Мировое энергетическое хозяйство. М, ИЛ, 1960). Английские ученые Кларк и Пири предполагают, что полное уничтожение вредных насекомых повысило бы сбор мировой сельскохозяйственной продукции вдвое. По другим источникам, из-за вредных насекомых, болезней и сорняков человечество теряет от 30 до 50% всего мирового урожая.
Учтя все эти высказывания, мы, по-видимому, не очень ошибемся, если скажем, что интенсивная защита посева позволит повысить мировой урожай на 25%. Цифра эта очень большая уже при обычном среднемировом урожае, и она станет колоссальной, когда среднемировая урожайность повысится до уровня стран, занимающих передовые места по урожайности отдельных культур.