Эпифитотиология зародилась как учение об эпифитотиях (от греч. epi — на, phyton — растение, logos — учение).
По сообщению Дж. К. Цадокса, первым эпифитотиологом можно считать итальянца Дж. Таржиони-Тоцетти, опубликовавшего в 1767 г. свои исследования по эпифитотиологии ржавчины пшеницы. О вреде ржавчины известно издавна. Не зная причин появления этой болезни, древние римляне отождествляли ее с засухой.
Научные доказательства инфекционной природы болезней человека, животных, а затем и растений получены благодаря выдающимся открытиям Л. Пастера во второй половине XIX в. В 1845 г. М. Беркли установил, что катастрофическое поражение картофеля в Ирландии вызвано фитофторозом, однако только в 1861 г. Антон де Бари окончательно экспериментально доказал, что причиной фитофтороза картофеля является гриб Phythophthora infestans. В результате эпифитотий фитофтороза в Ирландии разразился голод. За ним последовали эпидемии тифа, дизентерии, холеры, от которых в 1851 г. погибло около четверти миллиона человек. Бедствие усугублялось еще и тем, что люди не употребляли в пищу пораженный «чумой» картофель, считая, что неизбежно погибнут от него.
В 1880 г. эпифитотия ржавчины погубила урожай кофейных плантаций на Цейлоне, и склоны холмов, засадили чаем. Сбор какао в странах Латинской Америки, производивших 85% его мирового объема, в 1864 г. снизился до 20% вследствие поражения гнилью плодов и «ведьмиными метлами». Известна эпифитотия оидиума винограда, возникшая в XIX в. во Франции, которая привела к резкому снижению производства вина (на 80%). Позже появилась и быстро распространилась ложная мучнистая роса винограда (милдью). И только благодаря бордоской жидкости удалось снизить уровень ее вредоносности.
Несмотря на разработку эффективных средств защиты, болезни по-прежнему проявляются в форме эпифитотий, вызывая значительный недобор сельскохозяйственной продукции, ухудшая ее качество.
На первом месте по вредоносности стоят ржавчинные заболевания зерновых культур. Особенно сильные потери урожая от них отмечены в Северной Америке в 1904, 1916, 1923—1925, 1935, 1937, 1953—1954 гг. Известна опустошительная эпифитотия ржавчины озимой пшеницы в 1973 г., поразившая ранее считавшиеся устойчивыми сорта академика П. П. Лукьяненко Аврору и Кавказ в Краснодарском крае. В результате пришлось повсеместно прекратить возделывание этих сортов и заменить их менее продуктивными, но более выносливыми к болезням. В 1988 г. большие потери урожая вызваны эпифитотией фузариоза колоса пшеницы в европейской части страны. Приведенных примеров достаточно, чтобы показать, что эпифитотии все еще являются неожиданностью для земледельцев и наносят огромный ущерб. Казалось бы, вследствие этого человечество должно уделять эпифитотиологии все большее внимание, однако, как отмечает С. Тарр (1975), люди стремились избавиться прежде всего от собственных болезней; болезни растений беспокоили их не столь сильно.
Именно поэтому до 60-х годов XX в. эпифитотиология развивалась очень медленно, что тормозило развитие фитопатологии в целом. Фундаментальные исследования в этой области, по мнению Я. Ван дер Планка (1977), слишком долго понимались как не связанные с нуждами фермеров и не имеющие вероятного приложения в сельском хозяйстве.
Основоположником отечественной эпифитотиологпн считают К. М. Степанова (1962). Его работы по аэробиологии фитопатогенных микроорганизмов приобрели мировую известность.
К. М. Степанов и А. Е. Чумаков (1972) рассматривают эпифитотиологию как учение о массовых заболеваниях, а в практическом плане — как раздел фитопатологии по прогнозированию болезнен растений. В связи с этим задачи эпифитотиологии они видели в изучении причин возникновения массовых вспышек болезней растений. Такого же взгляда придерживался С. Тарр (1975).
Представления об эпифитотиологии как науке о массовых болезнях растений, закрепленные в соответствующих терминах и определениях, принятых в защите растений, отражают лишь первоначальный этап развития эпифитотиологии, который ознаменован серьезными успехами, включая компьютерные модели. Дальнейшее же развитие эпифитотиологии как экологической науки и теоретической основы интегрированной защиты растений от болезней в агроэкосистемах вызывает необходимость качественного пересмотра традиционно сложившейся системы взглядов и подходов к решению назревших проблем с учетом достижений смежных наук.
Будучи составной частью фитопатологии и имея с ней общие объекты — инфекционные болезни растений, эпифитотиология использует принципиально иной подход к изучению биологических систем, иную методологию, присущую науке экологического порядка.
Экология изучает формирование и функционирование биологических систем, начиная с организменного уровня и выше (популяции, экосистемы, биосфера). При этом каждый более высокий уровень биологических систем базируется на нижележащем, который помогает изучению другого уровня и частично объясняет присущие ему явления. Вместе с тем системы более высокого уровня организации имеют свои специфические свойства. Это положение в общей экологии известно как принцип функциональной интеграции, согласно которому при усложнении структуры биологической системы возникают дополнительные свойства.
Эпифитотиология как экологическая наука призвана изучать взаимодействие возбудителей и растений-хозяев, также начиная с организменного уровня и выше. Известно, что изучением взаимодействия возбудителей и растений на организменном уровне и на всех других уровнях, расположенных ниже организменного (системы органов, клеточные системы, генетические системы), занимается инфекционная патология. В настоящее время многие фитопатологи не считают целесообразным вычленение закономерностей, присущих разным уровням взаимодействия возбудителей и растений -хозяев на том основании, что в природе все взаимосвязано, а потому важна интеграция, а не дифференциация рассматриваемых процессов. Однако с этим нельзя согласиться, так как отмеченный ранее экологический принцип функциональной интеграции не только не отрицает, по и предусматривает системный подход к использованию информации по функционированию систем нижележащих уровней с более высоким.
Вследствие этого эпифитотиология должна учитывать закономерности при взаимодействии возбудителей и растений-хозяев на генетическом и клеточном уровнях, а также системы органов и организмов для обоснования функционирования систем, которые она изучает. Следует подчеркнуть, что интересы эпифитотиологии и инфекционной патологии при изучении взаимодействия возбудителей и растений-хозяев на организменном уровне совпадают не в полной мере. Эпифитотиология изучает преимущественно особенности жизненного цикла возбудителей (локализацию их в органах и клетках растений, длительность латентного периода, интенсивность споруляции), а инфекционная патология — реакцию клеток, органов и растений в целом на внедрение возбудителя. Иными словами, предметом эпифитотиологии служит эпифитотический процесс, а инфекционной патологии — инфекционный, или патологический.
Под эпифитотическим процессом следует понимать объективное биоэкологическое явление, связанное с возникновением, течением и затуханием инфекционных болезней в популяции растений. Суть инфекционного процесса в отличие от эпифитотического — в продуктивном взаимодействии организма патогенного паразита и растения-хозяина, при котором развивается эволюционно сложившийся комплекс биологических реакций (биохимических, физиологических, структурных). Инфекционный процесс близок по смыслу к понятию «инфекция», которое определено в словаре-справочнике фитопатолога (1967) в узком смысле — как внедрение возбудителя в растение, приводящее к его заболеванию, и в широком — как процесс развития болезни в результате взаимодействия между возбудителем и растением. Однако в последние годы в литературе наметился массовый отход от научного понимания терминов «инфекционный процесс» и «инфекция», что вносит путаницу и не способствует пониманию существа излагаемого вопроса.
Термин «инфекция» часто употребляется произвольно, в смысле заразное начало, возбудитель, заражение, болезнь и д. р.; встречаются и разговорные варианты — рост инфекции в почве, перенос инфекции воздухом, инфекция возбудителя, инфекция в виде конидий, хламидоспор и пр. Приведенный выше научный термин «инфекция» в большей мере соответствует по смыслу термину «инфекционная болезнь», являясь, однако, более широким понятием, поскольку в него входят и скрытые (латентные) признаки болезни. Инфекция, следовательно, включает состояние организма с явными (симптомы) и скрытыми (латентными) признаками поражения. Организм растения, находящийся в состоянии инфекции, то есть при паразитировании в нем возбудителя, является инфицированным. Применительно к почве или другому субстрату также употребляют термин «инфицированный», хотя биологический смысл здесь иной, чем в случае инфицирования растений-хозяев. Таким образом, эпифитотический и инфекционный процессы взаимосвязаны, но не тождественны. Эпифитотический процесс как явление, отражающее взаимодействие биологических систем на более высоком уровне их организации, возникает на базе инфекционного. Тем самым в эпифитотиологии, как и в экологии, достигается функциональная интеграция взаимодействия биологических систем разных уровней организации.
Изложенные представления вполне согласуются со взглядами Я. Ван дер Планка (1977) о специфических особенностях эпифитотиологии как науки, изучающей взаимодействия в системе патоген — растение — окружающая среда на популяционном уровне в экосистемах сельскохозяйственных культур. При анализе экосистем чрезвычайно важно понять, что происходит на больших пространствах полей и лесов в целых сельскохозяйственных регионах, а не ограничиваться тем, что можно увидеть под электронным микроскопом или в пробирке на питательной среде. В качестве примера Я. Ван дер Планк приводит борьбу с ржавчиной в посевах пшеницы на эпифитотиологической основе, когда необходимо остановить или задержать развитие миллионов и биллионов ржавчинных пустул на тысячах или миллионах растений пшеницы. В этом случае судьба отдельного растения пшеницы и развитие отдельной пустулы являются лишь второстепенными мелкими деталями большой картины.
Такого же взгляда придерживается И. Кранц, который определил эпифитотиологию как науку о популяциях патогена в популяциях хозяина и о болезнях, возникающих в результате их взаимоотношений под влиянием окружающей среды и вмешательства человека. По его мнению, на современном этапе развития науки, когда требуется обеспечить высокую урожайность сельскохозяйственных культур с учетом охраны окружающей среды, задачи и цели эпифитотиологии становятся особенно актуальными. В связи с этим эпифитотиологии должна занять более высокое положение в фитопатологии, из которой она выделилась.
Взгляд на эпифитотиологию и эпифитотический процесс как на предмет эпифитотиологии согласуется с современными представлениями об эпидемиологии. Сравнение принятых понятий в этих родственных экологических науках крайне желательно, так как фитопатологи всего мира используют в отношении болезней растений термины эпидемиология, эпидемия. Довольно широко распространены они и в отечественной литературе.
Примерно четверть века назад в отечественной эпидемиологии развернулась острая дискуссия о том, что считать предметом этой науки: эпидемию или эпидемический процесс. Научные споры закончились тем, что предметом эпидемиологии был признан эпидемический процесс, формами проявления которого являются спорадическая заболеваемость, эпидемия и пандемия. Эпидемия тем самым определена как частное явление — одна из форм выражения интенсивности (напряженности) эпидемического процесса среди населения на той или иной территории, а поэтому она не может служить предметом эпидемиологии как науки.
За рубежом эпидемиологию чаще всего разделяют на три отдела: медицинский, ветеринарный и ботанический, что соответствует в нашем понимании трем наукам — эпидемиологии, эпизоотологии и эпифитотиологии. Само по себе рассмотрение этих отделов в рамках одной науки способствует их сближению, что, безусловно, является положительным моментом, так как существуют общие объективные закономерности присущие всем паразитарным системам независимо от места биологического хозяина в природе (человек, животное, растение). Однако во всех трех отделах эпидемиологии предметом ее неправомерно считается эпидемия, а не эпидемический процесс. В перспективе предполагается рассматривать эпидемиологию как прикладную экологию.
Рассмотрение эпифитотий как предмета эпифитотиологии противоречит идее системного анализа в экологии, а также в общей эпидемиологии. Под системным анализом подразумевается принцип исследований, при котором объект рассматривается как целая система. При этом части не могут быть познаны при рассмотрении их вне целого, так как находятся во взаимосвязи и взаимозависимости. Очевидно, поэтому К. М. Степанов настаивал на необходимости изучения «предэпифитотической фазы» эпифитотий, а Я. Ван дер Планк — ранней стадии эпифитотии, когда пораженность растений не превышает 5%. Обе задачи решаются, если предмет эпифитотиологии — эпифитотический процесс рассматривать системно, включая все формы его проявления: спорадическую заболеваемость, эпифитотическую вспышку, эпифитогию и панфитотию.
Объектами исследований в эпидемиологии, как и в эпифитотиологии, являются инфекционные болезни, вызываемые патогенными паразитами, которых называют обычно возбудителями болезни. В эпифитотиологии к ним относятся грибы, бактерии, вирусы, виройды микоплазмы, высшие цветковые растения, нематоды, клещи, насекомые. Последние две группы патогенных паразитов традиционно рассматриваются в сельскохозяйственной энтомологии. Однако системный анализ паразитарных систем вызывает необходимость включения их в качестве объектов эпифитотиологии, как это сделано в эпидемиологии и эпизоотологии.
При рассмотрении возбудителей с эпифитотиологической точки зрения чрезвычайно важно знать характер изменений их биологических функций под влиянием факторов окружающей среды, иными словами, их «поведение». Заметим, что термин этот рассматривался только применительно к животным. Однако сравнительно недавно возникла целая наука о генетике поведения бактерий, нематод, насекомых и др. При этом поведение рассматривается как реакция организма, любая форма проявления его активности по отношению к окружающей среде. Поэтому при анализе собственных и литературных данных сделана попытка проанализировать с эпифитотиологических позиций поведение патогенных паразитов и паразитарных систем в целом на примере наиболее распространенных и вредоносных болезней сельскохозяйственных культур.
Обобщая вышеизложенное, можно дать определение эпифитотиологии как науке о закономерностях возникновения, течения и затухания эпифитотического процесса, а также способах управления им. Частная эпифитотиология изучает закономерности эпифитотического процесса отдельных инфекционных болезней, а общая — закономерности эпифитотического процесса, присущие всем инфекционным болезням. Органическая связь и взаимообусловленность этих частей очевидна.
Перед эпифитотиологией стоят две основные задачи: выявление и изучение объективных закономерностей эпифитотического процесса; разработка и осуществление интегрированной системы мероприятий для предупреждения проявления или снижения развития ниже порога вредоносности инфекционных болезней в природных условиях экосистем сельскохозяйственных культур. С учетом этого эпифитотиолог должен быть не только научным работником, по и практиком, умеющим организовать и осуществить интегрированную защиту растений на уровне экосистем хозяйств, районов, регионов. Для выполнения своих задач эпифитотиология должна использовать достижения смежных наук. Природу (этиологию) болезней, биологические свойства возбудителей и их изменение под влиянием условий окружающей среды позволяют определить таксономические науки — микробиология, бактериология, вирусология, энтомология, ботаника. Взаимоотношения возбудителей с организмом растения-хозяина в тех или иных условиях раскрывают инфекционная патология и иммунология.
Для выяснения сути эпифитотического процесса, его внутренних движущих сил эпифитотиология использует знания эволюционного учения и общей экологии. Эти науки позволяют понять общебиологическую сущность явления паразитизма возбудителей инфекций, составляющих биологическую основу эпифитотического процесса, а также дают эпифитотиологии теоретическую базу для прогноза динамики развития инфекций и разработки интегрированной защиты растений от них в агроценозах сельскохозяйственных культур. Для понимания общих закономерностей паразитарных систем эпифитотиология использует достижения эпидемиологии и эпизоотологии.
Большое влияние на динамику проявления эпифитотичеекого процесса в агроэкосистемах оказывают природные и антропогенные факторы. Отсюда связь с метеорологией, микробиологией, земледелием, агрохимией, селекцией и семеноводством. Средства борьбы с инфекционными болезнями разрабатываются в тесном контакте с иммунологией, химической и биологической защитой растений. Для количественной оценки проявления эпифитотического процесса используются математическая обработка данных, метод математического моделирования. Таким образом, изучение эпифитотического процесса в агроэкосистемах требует привлечения знаний многих смежных наук. Следует отметить, что понятие «агроэкосистема» в отечественной литературе часто рассматривается как синоним понятия «агроценоз» и сводится к системному анализу посева культуры. Аналогично трактуется это понятие и в данной работе. При изложении материала не рассматривается вся совокупность вопросов социальной сферы как составная часть агроэкосистем, хотя влияние антропогенных факторов учитывается.
В состав фитопатологии входит также неинфекционная патология, объектами которой являются болезни растений, вызываемые абиотическими факторами окружающей среды — загрязнением атмосферы, недостатком или избытком макро — и микроэлементов в почве, пониженными и высокими температурами и т. д.