Новая реальность: как влияют климатические изменения на вредителей в сельском хозяйстве

Глобальные изменения климата сегодня становятся предметом многих споров и волнений. Самую серьёзную озабоченность вызывает, пожалуй, влияние этих изменений на популяцию вредителей – аграрии многих стран сходятся во мнении, что это затрудняет разработку стратегий борьбы с вредителями.

Если насекомые приспособлены к узким температурным диапазонам, на них температурные изменения будут влиять сильно. В частности, простая смена погоды может удлинять или сокращать жизненный цикл таких насекомых. Если изменяется климат региона в целом, это затрудняет основные биологические процессы, жизненный цикл и действует на продолжительность жизни насекомых.

Как влияет повышение температуры на жизнь вредителей

Температура влияет на жизнь насекомых значительно больше, чем другие абиотические факторы. Она определяет выживание, размножение, распространение и жизненный цикл вредителей. Из-за различий в диапазоне температур низкая температура оказывает более пагубное воздействие, чем высокая, на определение географического распространения вредителей.

Действие повышения температуры на насекомых может быть прямым (через влияние климатических факторов на физиологию и поведение насекомых) или косвенным, через посредство растений-хозяев, конкурентов или естественных врагов. Например, изучение американской кукурузной совки (Helicoverpa zea) в Северной Америке и хлопковой совки (Helicoverpa armigera) в Северной Индии показало, что повышение температуры оказывает большое влияние на смещение среды обитания вредителей. От колебаний температуры сильно зависят жизнеспособность и инкубационный период яиц хлопковой совки.

Повышение температуры влияет на распространение насекомых. Для примера: рост температур примерно на 1⁰C увеличивает скорость распространения вида на 200 км к северу (в северном полушарии) или на 40 м вверх (по высоте). Из-за колебаний температуры неблагоприятные некогда для вредителей районы становятся благоприятными. В частности, в Великобритании еще с 2007 года регистрируют раннее появление взрослых особей тли – и присутствие ее мигрирующих видов.

Диапауза — это период приостановки развития, контролируемый температурой, влажностью и фотопериодом. В состоянии зимней диапаузы насекомые подвергаются самым значительным изменениям температур. Повышение температуры ускоряет цикл развития насекомых, что приводит к увеличению числа поколений в год. Таким образом, насекомые за год могут сменить больше поколений.

Изменение климата увеличило частоту и интенсивность популяций насекомых-вредителей. В 2002–2003 годах появление в районах выращивания сахарного тростника в Карнатаке и Махараштре вредителя из надсемейства тлей привело к потере 30% урожая.

Кроме того, климатические изменения могут привести к распространению тех заболеваний растений, которые передаются через насекомых – из-за вспышек размножения насекомых-переносчиков.

Как влияет на жизнь вредителей повышенный уровень углекислого газа

На состояние популяции вредителей может сильно влиять и повышенный уровень CO2. Если в воздухе будет больше углерода, чем азота, это в конечном итоге снизит потребление азота насекомыми с ограниченным питанием белками.

Показано, что низкий уровень отпугивающих фитохимических веществ в сое при высоком уровне CO2 в окружающем воздухе позволяет японскому жуку активно питаться растениями. Высокий уровень углекислого газа увеличивает концентрацию углерода, что влияет на рост тлей.

Насекомые-фитофаги тоже могут вырабатывать адаптации для преодоления более высокого соотношения углерода и азота. Так, продуктивность гусениц павлиноглазок при увеличении соотношения углерода и азота на 13–28% изменяется. Личинки, выращенные в условиях повышенной концентрации CO2, показали более высокую усвояемость листьев, чем личинки, выращенные в стандартных условиях. Соя, выращенная в условиях повышенной концентрации CO2, повреждается вредителями на 57% больше.

Осадки и вредители

На распространение и численность вредителей безусловно влияет и изменение частоты осадков. При изменении климатических условий частота осадков уменьшится, зато вырастет их интенсивность. В таких условиях численность сосущих вредителей, таких как тли и белокрылки, сократится, поскольку те будут вымыты обильными осадками. Из-за изменения климата среднее количество осадков в ряде регионов уменьшится, что приведет к возникновению летних засух.

Разработка механизмов устойчивости растений-хозяев

Устойчивость растений-хозяев – это один из важнейших критериев управления популяцией вредителей. Эффективность этого метода значительно зависит от климатических факторов - температуры, количества осадков и концентрации углекислого газа. Изменения этих климатических факторов могут трансформировать взаимодействие между насекомыми-вредителями и их растениями-хозяевами.

В стрессовых условиях растения становятся более уязвимы к атакам вредителей из-за сбоя в работе собственных защитных механизмов. Из-за повышения температуры и водного стресса сорго может быть восприимчиво к сорговому комарику и стеблевому сверлильщику.

Высокий уровень углекислого газа в атмосфере вызывает изменения в качестве питательных веществ и вторичных метаболитах растений-хозяев. Сильная засуха благоприятствует короедам, древоточцам и сокососущим насекомым, тогда как помидорная совка Spodoptera exigua (Hub.) демонстрирует снижение способности питаться подвергшейся засухе листовой тканью томата. Атмосфера, обогащенная CO2, снижает питательную ценность листьев из-за снижения содержания азота на 10–30%.

Трансгенные культуры

Высокая температура, повышенный уровень CO2 или засуха приводят к снижению устойчивости к насекомым-вредителям из-за уменьшения образования токсичного белка. Хлопковая совка Heliothis virescens из-за высоких температур уничтожила Bt-хлопчатник в США. Причины неэффективности борьбы с насекомыми могут быть связаны с недостаточным производством токсичного белка, стрессовыми факторами окружающей среды, локально устойчивыми популяциями насекомых и развитием устойчивости из-за неграмотного управления посевами.

Естественные враги

Глобальное потепление меняет взаимоотношения между вредителями и естественными врагами. Изменения температуры также меняют суточную активность различных групп насекомых. Температура влияет не только на скорость развития насекомых, но и на плодовитость, и на соотношение полов. Популяция восточной совки увеличивалась в длительные периоды засухи, сопровождавшиеся обильными дождями. Высокая концентрация CO2 и температура увеличивают популяцию тли, однако при повышенном содержании CO2 уровень паразитирования остается неизменным.