УДК 574.3
К ОЦЕНКЕ РЕЗИСТЕНТНОСТИ ПОПУЛЯЦИЙ ПОЛЕЗНЫХ НАСЕКОМЫХ К ИНСЕКТИЦИДНЫМ ПРЕПАРАТАМ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ЛЕСОЗАЩИТНЫХ МЕРОПРИЯТИЙ
Ю. В. Голунков, Л. К. Каменек, Л. А. Иванова, О. Ю. Шроль, С. В. Пантелеев
ГОУ ВПО Ульяновский государственный университет
Сохранение биоразнообразия в различных экосистемах, в том числе в лесных биоценозах, является одной из важнейших задач современной экологии. При относительной уравновешенности численности популяций в биоценозах их колебания для отдельных видов насекомых часто приводят к превышению естественной нормы, в результате чего возникают вспышки массового размножения насекомых-фитофагов [1]. Такие вспышки представляют угрозу существованию биоценоза и требуют применения экстренных защитных мероприятий. В настоящее время эти мероприятия связаны с использованием, в основном, химических средств защиты растений. Последние обладают рядом негативных свойств (высокая токсичность, медленная детоксикация, отсутствие избирательности и др.), превращающих их в фактор загрязнения окружающей среды. Кроме того, многократные обработки такими препаратами приводят к возникновению устойчивых к ним популяций вредителей, тем самым увеличивая вероятность возникновения вспышек, их частоту и силу [2].
Альтернативной стратегией защиты растений от насекомых является биологический метод регулирования численности вредителей [3]. Однако применение биопрепаратов (впрочем, как и химических) требует оценки их экологической безопасности, т. е. устойчивости к ним полезной компоненты биоценоза. Возникает необходимость предварительного прогноза последствий применения инсектицидного препарата, а также сравнения различных препаратов по их воздействию на всю энтомофауну ценоза.
Предлагается методика, в которой статистически обосновывается наличие резистентности популяции
Предлагается методика, в которой статистически обосновывается наличие резистентности популяций полезных насекомых к препаратам различной природы.
The technique statistically proves a presence the resistance of populations of useful insects to insecticide chemicals of the various nature is offered.
полезных насекомых к препарату в разные периоды их жизненного цикла. В зависимости от общей продолжительности наблюдений устойчивости популяции к препарату выделено четыре группы: с высоким, средним, низким или слабо выраженным уровнем устойчивости. Каждая из этих групп включает виды-индикаторы, которые являются многочисленными, широкоарельными и относятся к разным таксономическим категориям. Распределение видов по группам демонстрирует отношение конкретной таксономической категории к воздействию того или иного инсектицида. Учет уровня резистентности к препарату всех популяций биоценоза дает возможность проводить сравнение различных препаратов.
Методика позволяет проводить экспресс-анализ оценки воздействия инсектицидных препаратов на имагинальные стадии развития насекомых в период проведения лесозащитных мероприятий на территории Европейской части России. Ее применение позволит избежать длительных, трудоемких и затратных исследований по определению прогноза последствий таких мероприятий.
Методика была апробирована в течение 2001—2003 гг. на территориях четырех лесхозов Ульяновской области при проведении плановых лесозащитных мероприятий с применением инсектицидных препаратов различной природы — Дециса и Дельты (Битиплекса).
Препарат Децис — химический инсектицид. Основное действующее начало — синтетически полученный пиретрум — токсичное для насекомых, но безопасное для растений вещество. Препарат усилен цианогруппой и бромом. Применяется в виде смачивающегося порошка (с. п.).
Препарат Дельта (Битиплекс) — микробиопрепарат на основе эндотоксина Bacillus thuringiensis, освобожденный от спор, сопровождающих токсинов, вегетативных клеток и элементов культу-ральной среды. Применяется в виде смачивающегося порошка (с. п.). Препарат запатентован в России [4, 5].
Механизм действия препарата достаточно подробно изучен и основан на
специфичности взаимодействия токсина с чувствительными клетками кишечного эпителия насекомых-мишеней [6, 7, 8].
Описание методики. Этап 1 — Планирование и проведение экспериментов. Будем полагать, что некоторый препарат выбран для проведения исследований. Для определения уровня резистентности к нему популяции насекомых (количество популяций обозначим через К) выбирается N опытных площадок одинаковой размерности (на них препарат применяется) и столько же контрольных площадок (без препарата). В начале сезона проводится обработка выбранным препаратом всех опытных площадок, после чего на каждой площадке (и опытной, и контрольной) в разные даты определяется количество особей каждой популяции (через t обозначена не дата, а номер по порядку проведения эксперимента, полагая, что за сезон всего проводится Т экспериментов в разные даты).
Через Х°кп(0 обозначим количество обнаруженных особей к-ой популяции (к = 1, 2, ..., К) на п-й площадке из группы опытных (п = 1, 2, ..., Ы) в эксперименте с номером t ^ = 1, 2, ..., Тк1), а через Х^Ш — количество особей на п-й контрольной площадке. Величина К определяется разнообразием энтомофауны исследуемого ценоза, размер выборки N — надежностью прогноза, количество экспериментов Т — продолжительностью имагинальной стадии цикла всех исследуемых популяций насекомых. Поскольку численность популяции на площадке зависит не только от воздействия препарата, число особей популяции оценивается средним значением по всем N площадкам.
На последующих этапах проводится математическая обработка полученных данных.
Этап 2 — определение достоверности различия численности популяции на опытных и контрольных площадках. Для проверки гипотезы Н0 о равенстве средних двух совокупностей подсчиты-ваются среднее число особей и среднее квадратическое отклонение для каждой популяции и всех экспериментов отдельно для опытных и контрольных площадок:
1 Могут быть даты, когда особи некоторой популяции отсутствуют ввиду физиологических причин — ранний или поздний вылет имаго, разное количество генераций в сезон и др. В такие сроки подсчет числа особей в популяции производить не следует, поэтому из общего числа экспериментов Т для каждой популяций выбираются только значимые в количестве Тк.
# а
Естественно ожидать, что воздействие препарата на популяцию приведет к уменьшению числа особей Мок(0 < МккШ, поэтому именно это неравенство является альтернативной (конкурирующей) гипотезой и для вычисления критического значения статистики выбирается односторонняя критическая область (если экспериментальные данные привели к неравенству Мок(0 ^ МккШ, то проверка гипотезы не производится).
Одним из статистических методов проводится проверка гипотезы Н0. Так, если выборки по опытным и контрольным площадкам одинаковы и невелики (N<30), то это делают с помощью статистики
имеющей распределение Стьюдента с 2^2 степенями свободы [9]. Если критическое значение при этом числе степеней свободы и уровне значимости а (обычно 0.05) Sкр оказывается не больше, чем Sk(t), то гипотеза Н0 отвергается, что означает статистически обоснованное уменьшение численности особей на опытных площадках по сравнению с контрольными. В противном случае, несмотря на неравенство Мкк(0>МокШ, а также в случае обратного неравенства, можно говорить о резистентности популяции к препарату в эксперименте с номером ^
Результатом этого этапа является последовательность величин ^ = 1, 2, ..., Тк, для каждой популяции с номером к = 1, 2, ..., К)
/*со =
[О, если гипотеза Н0 проверялась и отвергнута,
[1, если гипотеза Н0 не проверялась или при проверке не отвергнута.
Этап 3 — оценка уровня резистентности популяции к препарату. Для популяции с номером к проведены наблюдения в разные даты t = 1, 2,., Тк и для каждой даты либо установлено, что препарат сокращает численность ее особей (!к(0=0),
либо обнаружено, что препарат не понижает численность популяции (1к(0=1). Отношение числа дат второго случая к общему числу дат экспериментов можно рассматривать как долю того времени жизненного цикла популяции, когда она оказывается устойчива к препарату. Будем этот показатель уровня резистентности популяции к препарату измерять в процентах:
П = /*(')• НЮ о/0
1 к 1=1
Этап 4 — Классификация популяций по уровню резистентности. Популяция в зависимости от показателя Рк относится к одной из четырех групп:
— группа 1 популяций с высокой резистентностью — Рк > 75;
— группа 2 популяций со средней резистентностью, если 50 < Рк ^ 75;
— группа 3 популяций с низкой резистентностью, если 25< Рк ^ 50;
— группа 4 популяций со слабо выраженной резистентностью — Рк ^ 25.
Таким образом оценивается уровень резистентности популяций систематических категорий насекомых различного таксономического ранга к воздействию инсектицида.
Этап 5 — интегральная оценка препарата. Общим показателем устойчивости к препарату энтомофауны ценоза может служить среднее значение показателя Рк:
При сравнении двух препаратов к тому из них более устойчива совокупность популяций насекомых, для которого величина Р больше.
Возможен иной подход к оценке препарата. Обозначим через Li число популяций, оказавшихся отнесенными на предыдущем этапе к группе с номером i 0 = 1,2,3,4). Взвешенная сумма этих чисел, отнесенная к К, также является общим критерием для оценки резистентности к препарату энтомофауны ценоза
Ъи + 2 Ь, + и
1=\ Мх + ЗЬ2 + 21ъ + ЬА = 3 К
3 (Ьх + 12 + ¿3 + Ь4)
Величина Ь изменяется от 0 до 1. Чем меньше Ь, тем ниже резистентность к препарату всей полезной компоненты энтомофауны. В частности, если
популяции распределятся по четырем группам равномерно, то показатель L окажется равным 0,5. При величине L > 0,5 распределение популяций по уровню устойчивости к препарату имеет крен в сторону групп с более высоким уровнем резистентности и при L = 1 каждая популяция характеризуется высокой резистентностью к препарату. Значение Ь < 0,5 означает сдвиг в сторону групп с более низким уровнем резистентности к препарату и при Ь = 0 все популяции оказываются в четвертой группе со слабо выраженной резистентностью
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.