Stefan MARTYNIUK

Stefan MARTYNIUK
Instytut Uprawy Nawoenia i Gleboznawstwa w Puawach – PIB
ul. Czartoryskich 8, 24-100 Puawy
e-mail: [email protected]
WILL THE DEVELOPMENT OF INTEGRATED PLANT MANAGEMENT AND
ECOLOGICAL AGRICULTURE INCREASE THE USE OF BIOPESTICIDES IN
AGRICULTURAL PRACTICE?
Summary
The value of the global sales of biopesticides has been estimated for only about 1-3% of the global pesticide marked. This
small share of biological methods is connected with the fact that so far no effective biological methods have been developed
to control major diseases (powdery mildew, rusts, septoria blotch, root rot) and pests in large-field crops, e.g. cereals.
Moreover, biopesticides are usually less effective and reliable than chemical pesticides, and application of biopreparations
is more complicated. In Poland the following biopesticides have been registered for the use in agriculture and forestry: bioinsecticides containing viruses (2) or B. thuringiensis (3); biofungicides (2) and nematocide (1). For the use in ecological
agriculture 6 microbial biopesticides and several biotechnical preparations have been registered. It seems that implementation of the integrated plant protection directive will not cause significant changes in the use of biological methods, especially in large-scale agriculture. This is supported by decreasing numbers of biopesticides, especially those based on microorganisms, available in Poland as well as in other European countries.
Key words: organic farming; plant protection; biological methods; biopesticides; analysis
CZY ROZWÓJ INTEGROWANEJ OCHRONY ROLIN I ROLNICTWA
EKOLOGICZNEGO ZWIKSZY WYKORZYSTANIE BIOPESTYCYDÓW
W PRAKTYCE ROLNICZEJ?
Streszczenie
Warto sprzeday biopestycydów na wiecie szacowana jest tylko na okoo 1-3% ogólnej wartoci rynku rodków ochrony
rolin. Ten niewielki udzia metod biologicznych w ochronie rolin wynika z faktu, e nie opracowano dotychczas skutecznych metod biologicznych do zwalczania lub ograniczania najwaniejszych chorób (mczniaki, rdze, septoriozy, fuzariozy,
choroby zgorzelowe korzeni) i szkodników rolin towarowych, zwaszcza zbó. Ponadto, skuteczno w przypadku wikszoci biopestycydów jest mniejsza, a ich aplikacja trudniejsza i bardziej kopotliwa ni rodków chemicznych. W Polsce aktualnie dopuszczone s do stosowania w rolnictwie i lenictwie dwa bioinsektycydy zawierajce wirusy i trzy bazujce na Bacillus thuringiensis, dwa biofungicydy oraz jeden nematocyd, czyli zaledwie 8 produktów zawierajcych mikroorganizmy
jako skadniki aktywne. Na potrzeby rolnictwa ekologicznego zarejestrowanych jest 6 biopreparatów mikrobiologicznych
i kilka biotechnicznych, zawierajcych takie substancje jak biochikol, spinosad czy feromony. Niewielki asortyment zarejestrowanych w Polsce i w innych krajach europejskich biopestycydów, zwaszcza zawierajcych mikroorganizmy jako skadniki aktywne, wskazuje, e wdraanie dyrektywy dotyczcej integrowanej ochrony rolin i rozwój rolnictwa ekologicznego
nie spowoduj istotnych zmian w wykorzystywaniu metod biologicznych, zwaszcza w uprawach rolniczych.
Sowa kluczowe: rolnictwo ekologiczne; ochrona rolin; metody biologiczne; biopestycydy; analiza
ce na celu zmniejszenie zuycia rodków chemicznych
i ograniczenie ubocznych efektów ich stosowania w rolnictwie [3, 12]. Temu celowi suyy na przykad dyrektywa
i rozporzdzenie Unii Europejskiej nakazujce przegld
i ponown rejestracj wszystkich pestycydów, w wyniku
czego wyeliminowano substancje przestarzae i najbardziej
toksyczne dla rodowiska, cho spowodowao to zmniejszenie asortymentu dostpnych rodków ochrony rolin [10,
11]. Podobny cel ma take dyrektywa 2009/128/WE dotyczca zrównowaonego stosowania pestycydów i integrowanej ochrony rolin, która obowizywa bdzie w Unii
Europejskiej od 2014 roku [7, 16]. W najbliszych latach
zarówno nauka, jak i praktyka rolnicza bd musiay zintensyfikowa swoje dziaania w kierunku zintegrowania
metod fizycznych (np. mechaniczne zwalczanie chwastów),
chemicznych i biologicznych w zwalczaniu organizmów
szkodliwych dla rolin zarówno w warunkach rolnictwa
konwencjonalnego, jak i ekologicznego. W przypadku gospodarstw prowadzcych upraw rolin metodami ekolo-
1. Wstp
Chemizacja rolnictwa, bez której wysoka wydajno
i efektywno produkcji rolniczej nie byaby moliwa, nie
jest obojtna dla rodowiska i organizmów ywych. Chemiczne rodki ochrony rolin (pestycydy) – bardzo wany
element tej chemizacji w znacznym stopniu ograniczajcy
straty powodowane przez liczne patogeny i szkodniki rolin
uprawnych – s szkodliwe nie tylko dla zwalczanych przy
ich uyciu agrofagów, ale równie dla niektórych organizmów poytecznych, np. owadów, gównie dlatego, e
rodki te charakteryzuj si na ogó ma wybiórczoci
i specyficznoci dziaania. W przypadku chemicznych
rodków ochrony wanym problemem jest take kwestia
kontrolowania ich pozostaoci w produktach, zwaszcza
wieych, pochodzcych z rolin chronionych tymi preparatami. Obecnie w wikszoci krajów charakteryzujcych si
nowoczesnym rolnictwem wprowadzono liczne zasady, np.
kodeksy dobrych praktyk, oraz uregulowania prawne majS. Martyniuk
35
„Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering” 2012, Vol. 57(4)
przede wszystkim z tym, e nie opracowano dotychczas,
pomimo licznych bada [6] skutecznych metod biologicznych do zwalczania lub ograniczania najwaniejszych chorób (mczniaki, rdze, septoriozy, fuzariozy, choroby zgorzelowe korzeni) i szkodników rolin towarowych, zwaszcza zbó. Z innych czynników rzutujcych na wykorzystywanie biopestycydów w praktyce naley jeszcze wymieni:
- kosztown i kopotliw procedur rejestracyjn - zwykle
wiksze koszty biopreparatów i ich trudniejsza aplikacja
w porównaniu do rodków chemicznych, zwaszcza w
wielkoobszarowych uprawach polowych [11, 16, 19]. Bardzo wany jest równie fakt, e skuteczno w przypadku
wikszoci biopestycydów jest znacznie mniejsza ni rodków chemicznych [1, 2, 16, 19]. To wanie skuteczno i
niezawodno s najwaniejszymi czynnikami wpywajcymi na wielko sprzeday danego rodka ochrony, a wic
i na opacalno jego produkcji oraz zdolno do ponoszenia przez producenta rónych wydatków, w tym zwizanych z rejestracj. Niezadowalajca skuteczno dotyczy
szczególnie biopreparatów opartych na mikroorganizmach
(bakteriach i grzybach), które aplikowane s do gleby w
warunkach polowych, czyli do rodowiska charakteryzujcego si bardzo du zoonoci rónego rodzaju konkurencyjnych oddziaywa pomidzy drobnoustrojami glebowymi i innymi mieszkacami gleby [1, 2, 9, 18]. Gleba jest
take rodowiskiem o duej zmiennoci czynników abiotycznych (wilgotno, temperatura, odczyn, zabiegi agrotechniczne), które bardzo istotnie wpywaj na aktywno,
a wic i skuteczno organizmów wprowadzanych do gleby. Skuteczniejsze s te preparaty, które mona wprowadzi w odpowiednio duych ilociach jak najbliej lub nawet bezporednio na chroniony organ roliny, np. poprzez
zanurzenie korzeni sadzonek drzew lub warzyw w zawiesinach rónych szczepionek, na przykad przeciwko guzowatoci korzeni, czy zawierajcych grzyby z rodzaju Trichoderma [9, 18]. Prawdopodobnie z podobnych wzgldów,
czyli wikszej skutecznoci (ale take z powodu agodniejszych przepisów rejestracyjnych lub nawet ich braku), w
ostatnim dziesicioleciu wzrosa sprzeda produktów zawierajcych makroorganizmy (pasoytnicze i drapiene
owady, owadobójcze nicienie, drapiene roztocza), czyli
biopreparatów stosowanych w bardziej kontrolowanych
warunkach (szklarnie, tunele). Ich udzia wynosi obecnie
okoo 55-60% ogólnej sprzeday biologicznych rodków
ochrony rolin, a preparatów mikrobiologicznych tylko
okoo 26% [13].
gicznymi dozwolone s tylko substancje chemiczne pochodzenia naturalnego oraz proste preparaty chemiczne, np.
zwierajce mied lub siark, które nie powstaj w skomplikowanych procesach syntezy. W niniejszym opracowaniu
omówiono czynniki wpywajce na aktualne i przysze wykorzystywanie biopestycydów w praktyce rolniczej, m.in.
w zwizku z wdraaniem integrowanej ochrony rolin
i rozwojem rolnictwa ekologicznego.
2. Biopestycydy w praktyce rolniczej
Do biologicznych rodków ochrony rolin (biopestycydy) zaliczane s nie tylko preparaty zawierajce ywe organizmy (mikroorganizmy, nicienie, pasoytnicze i drapiene
owady), ale równie tzw. rodki biotechniczne, czyli rónego rodzaju biologicznie aktywne substancje pochodzenia
rolinnego lub zwierzcego (olejki, saponiny, kwasy organiczne, chitozan,), regulatory wzrostu rolin oraz semiozwizki (feromony, atraktanty i repelenty) [15]. W krajach
czonkowskich OECD zarejestrowanych jest obecnie okoo
300 biopreparatów zawierajcych mikroorganizmy ograniczajce rozwój patogenów i szkodników rolin uprawnych
[5]. Wród drobnoustrojów bdcych skadnikami aktywnymi tych biopreparatów dominuj bakterie nalece do
rodzajów Bacillus i Pseudomonas oraz grzyby rodzajów
Trichoderma, Beauveria, Coniothyrium, Matharhizium
i Pythium. Liczne s równie biopreparaty bazujce na wirusach i owadobójczych nicieniach (Heterorahabditis, Steinernema). Warto wymieni take najciekawsze substancje
z grupy preparatów biotechnicznych. Jako biopestycydy
zarejestrowane s zarówno proste zwizki chemiczne (mineralne i organiczne) takie jak: nadtlenek wodoru, monoi difosforany potasu, wglan potasu czy kwas cytrynowy,
jak i bardziej zoone substancje organiczne, np.: róne
kwasy tuszczowe, olejki eteryczne (tymolowy, mitowy),
kapsaicyna, laminaryna czy chitozan. Ponadto, w niektórych krajach nawet oleje - sojowy, rzepakowy i sezamowy zarejestrowane s jako biopestycydy. Dostpne s równie
w handlu biopestycydy oparte na ekstraktach z rónych rolin m.in. na dobrze znanym ekstrakcie z czosnku oraz na
mniej znanym ekstrakcie z komosy pimowej (Chenopodium ambrosiodes). Wród nielicznej grupy bioherbicydów,
które s szczególnie wane dla rolników uprawiajcych roliny w systemie ekologicznym na uwag zasuguje kwas
pelargoniowy - zwizek nalecy do substancji tuszczowych. Kwas ten wystpuje naturalnie w organizmach rolinnych i zwierzcych, a w USA zarejestrowany jest jako
totalny herbicyd do skutecznie niszczcy mode siewki
chwastów.
Liczny asortyment biopestycydów dostpnych w krajach OECD mógby wskazywa, e biologiczna ochrona
rolin stosowana jest szeroko w praktyce rolniczej. Jednak
szacunki zawarte w kilku opracowaniach przegldowych
dotyczcych tego zagadnienia wiadcz, e wiatowa
sprzeda biologicznych rodków ochrony rolin jest stosunkowo niewielka i wynosi tylko okoo 1-2% ogólnej wartoci rynku rodków ochrony rolin [7, 15]. W jednym
z najnowszych opracowa Global Industry Analysts Inc.,
(GIA) podano, e w 2008 roku warto sprzeday biopreparatów na wiecie wyniosa okoo 750 milionów dolarów
USA (okoo 3% ogólnego rynku), ale szacunki sprzeday
rodków biologicznych na drug dekad XXI wieku przekraczaj 2 mld dolarów [Internet]. Wydaje si, e niewielka
ogólnowiatowa sprzeda biopreparatów zwizana jest
S. Martyniuk
3. Przyszo biopestycydów
W niektórych opracowaniach mona znale prognozy
wskazujce na stopniowy wzrost sprzeday, a wic i wykorzystywania biopeastycydów w praktyce rolniczej, m.in.
w zwizku z rozwojem integrowanych metod ochrony rolin i wzrastajcym zapotrzebowaniem na ywno produkowan wedug zasad rolnictwa ekologicznego (organicznego). Sosnowska i Fiedler [13] podaj, e w Polsce okoo
30% upraw warzyw pod osonami objtych jest biologiczn
i integrowan ochron, zwaszcza przed szkodnikami,
i wskazuj, podobnie jak i inni autorzy [17], e to wanie
w uprawach rónych rolin pod osonami (szklarnie, tunele,
pieczarkarnie) metoda biologiczna ma najwiksze szanse
dalszego dynamicznego rozwoju, a wdraanie dyrektywy
UE dotyczcej zrównowaonego stosowania pestycydów
i integrowanej ochrony rolin moe stanowi dodatkowy
36
„Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering” 2012, Vol. 57(4)
poniewa te pierwsze s zwykle szkodliwe dla organizmów
ywych zawartych w biopestycydach.
impuls do zintensyfikowania tego rozwoju zarówno ze
strony pracowników nauki, jak i praktyki rolniczej.
Wydaje si jednak, e w najbliszych latach nie nastpi
istotne zmiany w tym wzgldzie. Wskazuje na to m.in.
zmniejszona znacznie liczba zarejestrowanych w wikszoci krajów europejskich preparatów mikrobiologicznych
i biotechnicznych, które mona stosowa w ochronie rolin.
Na przykad, w Polsce aktualnie dopuszczone s do stosowania w rolnictwie i lenictwie dwa bioinsektycydy zawierajce wirusy i trzy bazujce na Bacillus thuringiensis, dwa
biofungicydy i jeden nematocyd, czyli zaledwie 8 produktów zawierajcych mikroorganizmy jako skadniki aktywne. Nieliczne s równie produkty biotechniczne, np. repelenty i atraktanty. Na potrzeby rolnictwa ekologicznego zarejestrowanych jest 6 bipreparatów mikrobiologicznych
i kilka biotechnicznych zawierajcych takie substancje, jak:
biochikol, spinosad czy feromony.
Mona przypuszcza, e przyszo biologicznej ochrony zalee bdzie w najwikszym stopniu od postpu naukowego w rozwizywaniu dwóch najwaniejszych problemów, to jest zwikszenie niezawodnoci i skutecznoci
biopreparatów w warunkach polowych oraz opracowanie
odpowiednich formulacji biopestycydów dostosowanych do
wielkoobszarowych technologii uprawy najwaniejszych
rolin rolniczych.
W odniesieniu do pierwszego problemu, chodzi gównie
o zwikszenie zdolnoci mikroorganizmów antagonistycznych do zasiedlania chronionych organów rolin, zwaszcza
korzeni, oraz do wytwarzania substancji antybiotycznych
hamujcych rozwój patogenów lub szkodników. Wydawao
si, e bardzo pomocna w tym wzgldzie bdzie biotechnologia, a szczególnie genetyczna modyfikacja mikroorganizmów wykorzystywanych w biologicznej ochronie [8, 19].
Obecnie ze wzgldu na uzasadniony na ogó sprzeciw rónych krgów naukowych, organów pastwowych i organizacji spoecznych wobec uwalniania do rodowiska organizmów modyfikowanych genetycznie, badania te zostay zahamowane, zwaszcza jeeli chodzi o ich stron praktyczn,
czyli polepszenie skutecznoci biopestycydów w warunkach polowych.
W odniesieniu do formulacji potrzebny jest dalszy postp w wyduaniu okresu przydatnoci biopreparatów do
uycia (shelf-life) oraz w opracowywaniu atwiejszych sposobów ich aplikacji. Byoby najlepiej gdyby biopestycydy
mona byo stosowa na nasiona wysiewanych rolin,
zwaszcza takich jak zboa, motylkowate czy rzepak. Taki
sposób aplikacji jest jednak szczególnie trudny w przypadku preparatów zawierajcych mikroorganizmy. Obecnie
stosowana technologia wysiewu nasion wymaga, aby byy
one suche. Suszenie nasion otoczkowanych biopreparatami
jest niestety na ogó szkodliwe dla mikroorganizmów, powoduje bowiem znacznie zmniejszenie ich liczebnoci na
nasionach [9, 19]. Z tego samego powodu nie mona te
duej przechowywa wczeniej otoczkowanych nasion, jak
to czsto jest praktykowane w przypadku zapraw chemicznych. Ponadto, aby zaprawy biologiczne mogy zastpi
zaprawy chemiczne, powinny one charakteryzowa si
w miar szerokim zakresem aktywnoci w ochronie modych siewek przed licznymi chorobami. czne stosowanie
zapraw chemicznych i biologicznych raczej wyklucza si,
S. Martyniuk
4. Bibliografia
[1] Bashan Y.: Inoculants of plant growth-promoting bacteria for
use in agriculture. 1998. Biotechnol. Adv. 16(4): 729-770.
[2] Compant S., Duffy B., Nowak J., Clement Ch., Barka A.: Use
of plant growth-promoting bacteria for biocontrol of plant
diseases: principles, mechanisms of action, and future prospects. Appl. Environ. Microbiol,. 2005, 71(9): 4951-4959.
[3] Duer I. Fotyma M., Madej A.: Kodeks Dobrej Praktyki Rolniczej. MRiRW Warszawa, 2004, ss. 93.
[4] Internet – www.biopesticideindustryalliance.org.
[5] Kabaluk T., Svircev A.M., Goettel M.S., Woo S.G.: The use
and regulation of microbial pesticides in representative jurisdictions worldwide. IOBC Global, 2010, www.IOBCGlobal.org.
[6] Köhl J., Fokkema N.J.: Strategies for biological control of
necrotrophic fungal foliar pathogens. p. 49-87. In: PlantMicrobe Interaction and Biological Control (G.J. Boland,
L.D. Kuykendall, eds.). Marcel Dekker, Inc., New York,
1998.
[7] Lipa J.J., Pruszyski S.: Stan wykorzystania metod biologicznych w ochronie rolin w Polsce i na wiecie. Post. Ochr.
Rolin./Prog. Plant Prot., 2010, 50(3): 1034-1043.
[8] McSpadden et al.: Prioritized listing of microbial biological
control agents to be included on the APS microbial genome
sequencing
list,
2003,
www.oardc.ohio-state.edu/
apsbcc/MicSeqProposal.
[9] Martyniuk S.: Skuteczne i nieskuteczne preparaty mikrobiologiczne stosowane w ochronie i uprawie rolin oraz rzetelne i nierzetelne metody ich oceny. Post. Mikrob., 2011, 50(4):
321-328.
[10] Matyjaszczyk E.: Rejestracja rodków ochrony rolin w Polsce – uwarunkowania i stan aktualny. Post. Ochr. Rolin./Prog. Plant Prot., 2008, 48(1): 34-40.
[11] Pruszyski S.: Stan obecny i przewidywane kierunki zmian w
ochronie rolin do roku 2020. Studia i Raporty IUNG-PIB,
2009, 14: 207-241.
[12] Pruszyski S., Wolny S.: Przewodnik Dobrej Praktyki
Ochrony Rolin. IOR, Pozna, 2007, ss. 86.
[13] Sosnowska D., Fiedler .: Biologiczna ochrona upraw pod
osonami jako przykad udanego wykorzystania metody biologicznej. Post. Ochr. Rolin./Prog. Plant Prot., 2010, 50(3):
1080-1088.
[14] Tomalak M.: Rejestracja biologicznych rodków ochrony rolin w Europie – nowe perspektywy. Post. Ochr. Rolin./Prog.
Plant Prot., 2007, 47(4): 233-240.
[15] Tomalak M.: Rynek biologicznych rodków ochrony rolin i
przepisy legislacyjne. Post. Ochr. Rolin./Prog. Plant Prot.,
2010, 50(3): 1053-1063.
[16] Tomalak M., Sosnowska D., Lipa J.: Tendencje rozwoju metod biologicznych w ochronie rolin. Post. Ochr. Rolin./Prog. Plant Prot., 2010, 50(4): 1650-1660.
[17] Van Lenteren J.C.: The state of commercial augmentative
biological control: plenty of natural enemies but frustrating
lack of uptake. BioControl, Springer, 2011, pp. 1-20. Forum
Paper,
www.mendeley.com/research/state-commercialaugemntative-biological-control.
[18] Vessey J.K.: Plant growth promoting rhizobacteria as biofertilizers. Pant and Soil, 2003, 255: 571-586.
[19] Walsh U.F., Morrissey J.P., O’Gara F.O.: Pseudomonas for
biocontrol of phytopathogens: from functional genomics to
commercial exploitation. Environmental Biotechnology,
2001, 12: 289-295.
37
„Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering” 2012, Vol. 57(4)