5 ВВЕДЕНИЕ
Защита урожая от сельскохозяйственных вредителей и болезней является наиболее острой задачей. Наше сельское хозяйство ежегодно теряет от вредите-лей, болезней и сорняков до 40% урожая. В настоящее время потери повысились за счет снижения потребления ядохимикатов и нарушения работы централизованной системы прогнозирования сроков проведения защитных мероприятий.
В системе защиты растений от вредителей различают четыре основных метода: агротехнический, механический, биологический и химический. На различных этапах научно-технического прогресса роль этих методов в общем комплексе мероприятий по борьбе с вредителями существенно менялась.
Агротехнические мероприятия в условиях промышленного сада не оказывают прямого воздействия на численность популяций основных насекомых-вредителей. Это связано с тем, что при длительном выращивании растения одного и того же вида на ограниченной площади садового массива образуется агроэколо-гическая система с устойчивыми межвидовыми связями.
Механический метод включает приемы непосредственного сбора и уничтожения насекомых во вредоносной фазе развития. Этот метод очень трудоемок и гораздо менее эффективен, чем другие.
Биологический метод заключается в использовании естественных врагов насекомых, а также препаратов, воздействующих на вредителей на биологическом уровне.
В настоящее время этот метод получил ограниченное применение, так как он значительно уступает по трудоемкости и эффективности химическому методу.
Химический метод является в данный момент наиболее широко применяемым. Он основан на применении токсичных веществ, которые различными путями попадают в организм вредителей и вызывают их гибель. Этот метод обладает наибольшей эффективностью, но ему присущи очень существенные недостатки.
Долговременное воздействие на агроэкологическую систему промышленного сада однотипных токсических веществ приводит к аккумуляции этих веществ и
6
продуктов их распада в почве, воздухе, плодах, а также в организме человека и животных.
Применяемые в настоящее время химические средства борьбы с вредителями являются водными растворами, которые смываются дождями и разлагаются под воздействием окружающей среды. Это существенно снижает эффективность метода и приводит к дополнительным затратам на проведение защитных мероприятий.
Перечисленные недостатки отсутствуют при использовании электрофизического метода защиты растений от насекомых-вредителей. Однако недостаточная изученность поведения насекомых в оптическом излучении, влияния различных параметров оптического излучения на привлечение насекомых и борьбы с болезнями садовых растений, отсутствие эффективных методов использования электрооптических преобразователей в системе защиты растений обуславливают необходимость продолжения работ по созданию, совершенствованию и исследованию установок электрофизической защиты садовых растений и методов их использования.
• Целью работы является повышение эффективности электрооптических
преобразователей защиты садовых растений путем разработки способов и технических средств борьбы с болезнями и совершенствования электротехнологии борьбы с насекомыми-вредителями.
Научная новизна работы заключается в следующем:
— получена статистическая модель пораженности плодов садовых растений паршой в зависимости от числа вспышек лампы ИФК-120 в сутки и расстояния преобразователя до дерева, позволяющая определить радиус действия преобразователя и режим его работы;
— получена статистическая модель пораженности плодов садовых растений мучнистой росой в зависимости от числа вспышек лампы ИФК-120 в сутки и расстояния преобразователя до дерева, позволяющая определить радиус действия
(ф преобразователя и режим его работы;
7
- определен режим работы источника импульсного излучения лампы ИФК-120 для защиты плодов садовых растений одновременно от парши и мучнистой росы;
— разработана электротехнология защиты садовых растений от насекомых-вредителей электрооптическими преобразователями с противоположными фото-таксисными воздействиями.
Практическая ценность работы. По результатам исследований получены зависимости, позволяющие по условию минимального уровня пораженности паршой и по условию минимального уровня пораженности мучнистой росой определить рациональный режим работы электрооптических преобразователей и обосновать их размещение в садовом массиве.
Объект исследования: технологический процесс защиты садовых растений от насекомых-вредителей и болезней электрооптическими преобразователями с противоположными фототаксисными воздействиями и импульсным излучением.
Предмет исследования: Закономерности влияния импульсного инфракрасного излучения на заболевания плодов садовых растений паршой и мучнистой росой, закономерности пораженности плодов садовых растений насекомыми-вредителями при использовании электрооптических преобразователей с противоположными фототаксисными воздействиями.
Методы исследований: в работе использованы теоретические основы светотехники и электротехники, методы математической статистики, теория планирования эксперимента и регрессионного анализа, методы математического анализа, методы дифференциального и интегрального исчисления. Результаты эксперимента обрабатывались с применением прикладного пакета статистических программ «STATISTIKA» и «EXCEL».
На защиту выносятся:
— модель влияния импульсного излучения на заболеваемость плодов яблони паршой;
— модель влияния импульсного излучения на заболеваемость плодов яблони мучнистой росой;
8
— технология защиты садовых растений от болезней;
— технология защиты садовых растений от насекомых-вредителей. Реализация. Десять стационарных и один мобильный электрооптический
преобразователи внедрены в ООО «Садовод», шесть стационарных электрооптических преобразователей внедрены в ОАО «Учхоз Зерновое» Ростовской области.
Материалы исследований используются в учебном процессе ФГОУ ВПО АЧГАЛ.
Данный электрооптический преобразователь защиты садовых растений от болезней и насекомых-вредителей экспонировался на ВВЦ (г. Москва) в 2003 году, на выставке «Промышленный потенциал юга России» в 2004году, на выставке «Научно-техническое творчество молодежи Дона» (г. Ростов-на-Дону) в 2003 и 2004 годах. Разработка награждена дипломом и почетной грамотой.
Апробация. Основные результаты исследований доложены на научно-технических конференциях ФГОУ ВПО АЧГАА в 2003, 2004, 2005 годах, ФГОУ ВПО Ставропольского ГАУ в 2003 году, ФГОУ ВПО Волгоградской ГСХА в 2004 году, и ФГОУ ВПО Кубанского ГАУ в 2004 году.
Публикации. По результатам исследований опубликовано 10 статей в научных трудах ФГОУ ВПО АЧГАА, Ставропольского ГАУ, Кубанского ГАУ и Волгоградской ГСХА.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка используемой литературы, включающего 118 наименований, в том числе 10 на иностранных языках. Содержит 135 страниц основного текста, 42 рисунка, 16 таблиц и приложение.
9
1. ТЕХНОЛОГИИ И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ ЗАЩИТЫ САДОВЫХ РАСТЕНИЙ ОТ БОЛЕЗНЕЙ И НАСЕКОМЫХ-ВРЕДИТЕЛЕЙ
1.1. Технологии защиты садовых растений от насекомых-вредителей
По своей производственной целеустремленности система защиты садовых растений имеет одну общую цель — разработку комплекса мероприятий, направленных на защиту растений от воздействия вредных животных организмов.
Основной производственной задачей системы защиты садовых растений является повышение урожайности за счет снижения потерь урожая, возникающих в результате питания различных вредных организмов /100/.
Одним из наиболее распространенных в настоящее время способов защиты садовых растений от насекомых-вредителей из-за своего быстродействия и относительной эффективности является химический способ. Он осуществляется путем применения различных химических веществ, вызывающих отравление насекомых. Однако он обладает рядом крупных недостатков.
Для осуществления мероприятий по химическому способу защиты растений требуется большое количество техники, привлекается авиация, а также существенным недостатком химического метода является ограничение возможности его использования по метеорологическим условиям. Это связано с тем, что практически все применяемые в сельском хозяйстве пестициды являются водными растворами. Поэтому, после дождей необходимо проводить повторные химобработки, так как ядохимикаты смываются. Помимо этого, применение однотипных токсических веществ в ограниченном пространстве промышленного сада ведет к аккумуляции этих веществ и продуктов их распада в окружающей среде, корневой системе, листьях, плодах. Кроме этого, приводит к образованию резисцентных и кросс-резисцентных расе насекомых-вредителей /101/.
10
Санитарными нормами ограничивается возможность применения химических методов в системе защиты растений в период, предшествующий сбору урожая (20-40 дней до уборки). Вместе с тем, в этот период в Южной зоне России наблюдается частичный выход второго и массовый лет третьего поколения яблонной плодожорки, а некоторые виды листогрызущих еще продолжают вредоно-сить.
Наиболее существенный вред приносит систематическое проведение химических обработок экологическим системам, сложившимся в массиве промышленного сада в процессе его эксплуатации. Нарушение экосистем плодового сада приводит к периодическим вспышкам популяций вредителей, ранее экономически малозначимых. Это связано с тем, что вредные насекомые быстрее приспосабливаются к изменениям экологической обстановки, чем полезные /21/.
Кроме того, значительный вред наносит использование химического метода насекомым-опылителям, а мероприятия по предупреждению их отравления трудоемки и довольно сложны /52, 67/.
Освободиться от некоторых указанных недостатков позволяет биологический метод, развивающийся по двум основным направлениям: искусственное выращивание энтомофагов с последующим внедрением массового их количества в агроэкосистему промышленного сада и регулирование численности популяций вредителей с использованием гормональных, биологических, микробиологических и феромонных препаратов.
Однако, биологическому методу также присущи недостатки. Так, при искусственном выращивании энтомофагов возникают трудности чисто технического характера, такие как отсутствие механизации процессов массового их разведения, сезонность работы, невозможность определения точных сроков их выращивания, сложность транспортировки энтомофагов к месту их расселения. В процессе практического использования этого метода выяснилось, что невозможно контролировать стабильность количественного и качественного соотношения видов насекомых, что приводит к невозможности стабилизировать хозяйственную эффективность энтомофагов. Это связано с тем, что в естественных условиях стабильность
11
соотношения видов насекомых возможна только в биоценозе, богатом животным и растительным элементом, а при этом не может быть получена максимальная продуктивность промышленного сада. Регулирование численности популяций насекомых-вредителей путем внесения гормональных и феромонных препаратов не находит широкого применения в связи с тем, что феромонные приманки действуют только на один вид вредителя и они наиболее действенны первые 3—4 дня, затем их эффективность резко падает.
Использование гормонов в защите растений также не нашло широкого распространения, поскольку обладают избирательным действием, использование их ограничивается небольшим периодом чувствительности к ним насекомых. Имеются данные, что насекомые приобретают устойчивость к гормонам.
Биологические и микробиологические препараты не находят широкого применения в связи с их высокой стоимостью и отсутствием препаратов, эффективность которых не зависела бы от условий окружающей среды.
Наиболее эффективной в настоящее время является интегрированная система защиты растений, которой присущ, прежде всего, биоценотический подход, то есть учет не отдельных видов, а фаунистических комплексов взаимосвязанных организмов, отношения между которыми могут существенно влиять на численность организмов. Интегрированная защита растений предусматривает применение селективных средств борьбы с вредителями. Эти средства должны обеспечивать максимальное сохранение и усиление естественных механизмов регуляции численности насекомых /68, 72/.
Интегрированный способ защиты растений предполагает специальную тактику применения истребительных средств: химические средства защиты применяются лишь тогда, когда численность насекомых-вредителей превышает экономический порог вредоносности, то есть, когда затраты на защиту урожая окупаются его прибавкой или компенсацией потерь. Для разработки интегрированной системы борьбы требуются длительные исследования, более глубокий экологический и экономический анализы, чем для химической борьбы /17, 18, 19, 20/.
12 Интегрированный способ защиты растений заключается в регулировании
численности вредителей на определенном экономически обоснованном уровне, то есть интегрированная система защиты растений предусматривает сбор информации о численности популяций как вредных, так и полезных насекомых в массиве всего сада, определение численного соотношения вредных и полезных насекомых (биотического индекса) /113, 114, 115, 116, 117, 118/, определение сроков вредоносности насекомых, принятие решения о необходимости проведения защитных мероприятий и планирование сроков их проведения. При этом выбираются пестициды, действующие только на насекомых, находящихся во вредоносной фазе /75, 76, 109,110,112/.
В составлении прогнозов проведения химических обработок разделяют две фазы: длительный прогноз и кратковременный /84/.
Длительные прогнозы составляются исходя из основных параметров, регулирующих цикл развития насекомых. Основными параметрами являются длительность светового дня и сумма эффективных температур. При составлении прогноза с учетом длительности светового дня основной величиной, используемой в процессе составления прогноза, является критический фотопериод (К.Ф.П.).
Однако этот метод можно использовать лишь для приближенного определения сроков проведения защитных мероприятий, так как он дает недостаточно точные результаты, а величина К.Ф.П. различна для различных географических популяций.
Более точным является прогноз по сумме эффективных температур. Сумма эффективных температур — это условный параметр, используемый для обозначения количества тепла, необходимого для прохождения отдельных стадий в развитии насекомого. Эффективной называют температуру выше определенного уровня температурного порога, при котором начинается активная деятельность насекомых. Так, выход яблонной плодожорки в гусеницу характеризуется суммой эффективных среднесуточных температур 230 °С (при пороге развития 10 °С).
Однако, этот метод также дает недопустимо большие ошибки. Так, по данным М.И. Болдырева за тринадцать лет наблюдения лишь три раза даты начала
13
выхода в гусеницу яблонной плодожорки совпадали с датами, вычисленными по сумме эффективных температур, в остальных случаях ошибка составила от двух до тринадцати дней.
Тем не менее, разработка интегрированной системы борьбы с насекомыми-вредителями требует детальной и точной информации о численности насекомых. Исследования по получению этих сведений проводятся на больших площадях и нередко с географически разобщенными популяциями. Для качественного прогноза необходима достоверная информация об экологической обстановке в саду /80/.
Существует несколько способов определения численности насекомых в промышленных садах /88/.
Метод визуального учета. Этот метод заключатся в прямом подсчете количества выловленных вредителей.
Метод отряхивания. Состоит в том, что насекомых в процессе обследования стряхивают с ветвей и улавливают с помощью воронки в стеклянную банку.
Эти методы очень трудоемки. К примеру, при визуальном учете необходимо для получения достоверной информации обследовать минимум 15...20 деревьев, причем определить численность крупных объектов непосредственно на дереве и провести лабораторные обследования 150...200 веточек общей длиной 30...40 метров.
Для учета численности некоторых вредителей пользуются различного рода привлекающими ловушками. Ловушки с пищевыми аттрактантами в процессе эксплуатации показали очень маленькую эффективность, хотя к пищевым аттрак-тантам привлекалось достаточно большое количество бабочек, потери урожая не снижались. Это очевидно связано с тем, что насекомые привлекаются к аттрактан-ту после яйцекладки. Ловушки с половыми аттрактантами (феромонами) имеют гораздо большую эффективность. Промышленностью выпускаются аттрактанты для таких опасных вредителей, как яблонная и грушевая плодожорки, листовертки. Однако, эти ловушки обладают узкоспециализированным действием и нестабильными параметрами привлечения. В связи с этим, с помощью феромонных ло-
14
вушек практически невозможно получить достоверную информацию о видовом и численном составе насекомых в массиве промышленного сада, а, следовательно, нельзя эффективно выбрать метод борьбы с ними.
Интенсификация садоводства нарушила экологическое равновесие между вредными и полезными организмами, входящими в агробиоценоз. В промышленных садах наблюдается снижение зараженности щитовками, паутинными молями, яблонным цветоедом. В то же время наблюдается повышение зараженности паршой, мучнистой росой, яблонной плодожоркой, древесницей въедливой, пяденицами, некоторыми видами тлей, паутинными клещами, косточковые породы поражаются в основном вишневой мухой, листовертками и пяденицами.
Так как биологический способ входит в противоречие с химическим и механическим, использование которых приводит к гибели как вредных, так и полезных насекомых, электрофизический способ защиты растений способствует естественному биологическому способу, поскольку число выловленных электрооптическими преобразователями полезных насекомых не превышает 1,5...2% от общей численности выловленных насекомых.
Химический метод борьбы не дает ожидаемых результатов зачастую из-за того, что в период, определенный санитарными нормами, запрещающими применение перед снятием урожая химических препаратов для уничтожения насекомых-вредителей, последние успевают нанести огромный ущерб урожаю.
Для сбора информации, соответствующей требуемому качественному научно-методическому уровню в системах прогнозов являются устройства, использующие в качестве аттрактантов некоторые физические агенты, привлекающее воздействие которых стабильно и подвергается регулированию. Такими аттрак-тантами могут быть электромагнитные колебания в оптической части спектра и акустические колебания среды. Устройства электрофизической защиты растений от насекомых-вредителей дают возможность в системе прогнозов иметь достоверную информацию о численности популяций всех насекомых, входящих в агробиоценоз промышленного сада, обладают стабильным привлекающим воздейст-
15
вием, обслуживание этих устройств не требует больших трудозатрат, их работа может быть автоматизирована.
Исходя из этого, возникло два способа электрофизической защиты растений: использование электрооптических преобразователей для непосредственной борьбы с насекомыми-вредителями и для определения динамики лета насекомых позволяющей, использовать химические средства защиты только при достижении количества насекомых-вредителей превышающих экономический порог вредоносности, применять селективные средства борьбы с насекомыми-вредителями, учитывать и использовать естественные механизмы регулирования численности насекомых/105, 106,107/.
Для изучения динамики лета вредителей табака — табачного бражника, томатного бражника, совок применяли 100 электрооптических установок в Северной Каролине (США), 50 установок на острове Сан-Круа (Виргинские острова, США) /27/.
Использование электрооптических установок позволяет агроному по защите растений в Германии контролировать от 400 до 800 га плодовых насаждений /27/.
Исследования по возможности применения электрооптической установки с использованием лампы накаливания мощностью 500 Вт были проведены Хермсом В.Б. в Англии /27/.
Применение электрооптических установок для защиты урожая риса в Японии показало, что достаточно использовать одну установку с лампой, имеющей колбу из синего стекла, мощностью 60 Вт на площади 1 га /27/.
В Болгарии для непосредственной борьбы с насекомыми-вредителями и для определения динамики лета использовался мобильный электрифицированный агрегат защиты растений /78/.
В нашей стране для определения сроков проведения защитных мероприятий и для непосредственной борьбы с насекомыми-вредителями наряду с использованием мобильных электрифицированных агрегатов защиты растений применяется сеть из стационарных электрооптических преобразователей /27/.
16
Анализ существующих методов защиты растений показывает, что наиболее перспективным является электрофизический метод. Этот метод применим на любой фазе развития растений. Использование этого метода позволяет регистрировать резкие вспышки численности популяции отдельных видов насекомых-вредителей и корректировать сроки проведения защитных мероприятий. Кроме этого применение электрофизического метода не нарушает ни экологическое равновесие, ни экологическую обстановку в массивах промышленного сада.
Так Газаловым B.C. проводился эксперимент по защите участка сада площадью 20 га модулем стационарных электрооптических преобразователей от насекомых-вредителей без применения химических препаратов. При этом химические обработки против болезней проводились согласно плану защитных мероприятий /27/.
Анализ технологий защиты садовых растений от насекомых-вредителей показывает на перспективность использования оптического излучения /97/.
К недостаткам существующих технологий следует отнести не использование возможности оптического излучения для борьбы с болезнями садовых растений.
1.2. Технологии защиты садовых растений от болезней
Основными причинами потерь и снижения качества плодов при выращивании и хранении является поражение их насекомыми-вредителями и болезнями.
Насекомые-вредители являются самой обширной по видовому составу и наиболее вредоносной группой.
Повсеместно распространенным и одним из самых опасных вредителей плодов яблони является яблонная плодожорка. На юге России плодожорка дает 2 — 3 поколения, гусеницы повреждают созревающие плоды, отчего вредоносность их намного повышается. Вследствие вредной деятельности яблонной плодожорки большую часть урожая нередко составляют червивые плоды (рисунок 1.1).
17
Поражение яблонной плодожоркой
Рисунок 1.1— Плод яблони, пораженный яблонной плодожоркой
Также один из наиболее опасных вредителей семечковых и косточковых пород, особенно яблони, на юге России является казарка. Казарка - жук долгоносик наносит исключительно большой вред, повреждая почки, бутоны и особенно плоды (рисунок 1.2).
Рисунок 1.2 - Плод яблони, пораженный казаркой
В настоящее время болезни плодовых культур наносят не меньший ущерб урожаю, чем насекомые-вредители. |
