ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Одной из главных задач растениеводства является увеличение валовых сборов зерна и укрепление кормовой базы животноводства. В этом плане большое значение имеет производство зернобобовых культур, в частности гороха.
Горох - основная зернобобовая культура. Его зерно богато белком, что имеет большое значение для увеличения ресурсов продовольственного и технического белка, а главное - для обеспечения животных высокобелковым кормом. Горох увеличивает плодородие почвы, обогащая ее азотом, что способствует росту урожайности последующих культур (Синягин, Тютюнников, 1978). Однако нужно отметить, что посевы гороха сильно страдают от вредителей в местных условиях, особенно от гороховой тли и клубеньковых долгоносиков. В результате этого урожайность гороха существенно снижается (Горбунов, Цветкова, Пивень и др., 2001). При массовом размножении тли, например, урожайность может снижаться в два раза. Поврежденные тлями растения отстают в росте, приобретают хлоротичную окраску, желтеют и не образуют бобов. Кроме того, тли являются переносчиками вирусных заболеваний растений и способствуют их быстрому распространению. Только потери урожая бобов от повреждений тлей могут достигать 85% (Верещагин, Андреев, Верещагина, 1985). Уничтожение даже 25% листовой пластинки во второй^гретьей фенофазе с последующим объеданием клубеньков снижает урожай на 33%(Полякова, 1972).
В последнее время против вредителей гороха широко и иногда необоснованно использовался химический метод, что приводило к отрицательному воздействию на агроценозы и неоправданным затратам средств на применение пестицидов. В связи с этим проведение истребительных мер должно строго ограничиваться случаями, когда численность вредителя превышает экономический порог вредоносности (ЭПВ), стоимость сохраненного урожая
4
окупает затраты на его защиту при экологической безопасности технологий для окружающей среды. Указанные задачи удается в значительной мере решить повышением численности и активности энтомофагов.
Это вызывает необходимость знания видового разнообразия энтомофагов, а также их взаимоотношении с фитофагами в биоценозах. Управление численностью вредителей должно осуществляться на основе знания определенного соотношения численности полезных и вредных видов, при котором возможна отмена обработок посевов инсектицидами. Такое направление защиты растений отвечает экологическим и экономическим требованиям, задействуя механизмы саморегуляции численности фитофагов (Викторов, 1974; Жученко, 1990; Бабенко, Штерншис, Андреева и др., 2001).
Поэтому интегрированная защита растений (ИЗР) все больше базируется на биоценотическом подходе к применению химических средств защиты при максимальном сохранении и более интенсивном использовании естественных врагов вредных организмов, ограничивающих их массовое размножение. В целом, успешное проведение ИЗР связывается с использованием надежных критериев, необходимых для оценки экологической обстановки, складывающейся на посевах. Для этого применяют не только ЭПВ, а и УЭЕВ (уровень эффективности естественных врагов). Под ЭПВ понимают плотность популяции вредителя, которая без применения активных мер борьбы причиняет экономически ощутимый вред. В качестве такого уровня принято считать снижение урожая на 3-5%. УЭЕВ отражает экологическую сторону взаимоотношений вредителя и его энтомофагов. Так, при определенных условиях энтомофаги могут сдерживать размножение вредителя на хозяйственно неощутимом уровне даже тогда, когда плотность его популяции превышает ЭПВ. УЭЕВ зависит от различных экологических факторов, таких как влажность воздуха, температура, осадки и т. д. И определение УЭЕВ вполне возможно. В целях унификации этот критерий выражают в виде соотношения хищника и жертвы для хищников и процента
5
паразитированных особей для паразитов. Но этот показатель необходимо дифференцировать для конкретной зоны, культуры, вредителя.
Нужно отметить, что использование биологического метода в борьбе с
вредителями сельскохозяйственных культур - одно из важнейших направлений в
защите растений, так как сокращение химических обработок способствует
уменьшению пестициднои нагрузки на окружающую среду и восстановлению ее
экологического равновесия. Однако для широкого применения биометода
необходимо четко представлять роль различных групп полезных насекомых в
снижении численности вредителей и иметь критерии эффективности их
природных популяции (Самерсов, 1980). В основе биометода защиты от
вредителей лежит направленное использование эволюционно сложившихся в
природе межвидовых взаимоотношений вредителей и энтомофагов, связанных в
биоценозах цепями питания. И именно аборигенные виды энтомофагов способны
оказывать большое влияние на снижение численности вредителей. Но без знания
видового разнообразия фитофагов и энтомофагов, а также их взаимоотношений в
биоценозах нельзя управлять их численностью (Воронин, Шапиро, Пукинская,
1988). Таким образом, в настоящее время интегрированная борьба с вредителями
должна осуществляться на основе использования критериев эффективности
энтомофагов, то есть определенного соотношения численности полезных и
вредных видов, а в практике биологической защиты растений все большая роль
должна отводиться повышению численности и активности природных популяций
энтомофагов.
Среди энтомофагов зернобобовых культур наиболее перспективными на гороховой тле являются хищные насекомые из семейств Syrphidae, Coccinellidae, Chrisopidae, на клубеньковых долгоносиках представители рода Bembidion и Microlestes. Сведения о их влиянии на вредителей в агроценозах зернобобовых культур еще недостаточно полно изучены, что тормозит работу энтомологов, занимающихся разработкой биологического метода борьбы. Эти обстоятельства и
6
определили выбор темы настоящей работы, посвященной биоэкологическому изучению основных энтомофагов гороховых ценозов Приобской лесостепи.
Цели и задачи исследований. Целью исследований явилось изучение комплекса энтомофагов вредителей посевов гороха в лесостепи Приобья, а также оценка этого комплекса в регулировании численности клубеньковых долгоносиков и гороховой тли при разных гидротермических условиях.
Задачи исследований:
1. Уточнение видового состава и динамики численности энтомофагов клубеньковых долгоносиков;
2. Определение комплекса энтомофагов клубеньковых долгоносиков, имеющих наибольшее значение в подавлении численности последних;
3. Изучение биоэкологии и динамики численности гороховой тли;
4. Изучение биоэкологии и динамики численности наиболее массовых видов энтомофагов гороховой тли;
5. Обоснование критериев эффективности энтомофагов клубеньковых долгоносиков и гороховой тли на посевах гороха в Северной лесостепи Приобья.
Научная новизна. Впервые для условий лесостепи Приобья выделены комплексы массовых видов энтомофагов клубеньковых долгоносиков и гороховой тли, изучены колебания их численности и биологические особенности в связи со степенью влияния экологических условий, обоснованы критерии эффективности энтомофагов.
Определены доминирующие, наиболее эффективные группы энтомофагов из числа мелких жужелиц, имеющие решающее значение в подавлении численности клубеньковых долгоносиков (Bembidion femoratum, В. quadrimaculatum, В. lampros, Microlestes minutulus). К числу перспективных энтомофагов гороховой тли отнесены виды экологически пластичные, многочисленные и эффективные в системе триотрофа в течение всего сезона в различных ярусах гороха в зоне исследований (виды семейств Syrphidae: Syrphus ribesii L, S. corollae F., S.
7
balteatus Deg., Sphaerophoria sp.; Coccinellidae: Coccinella septempunctata L., C. quinguepunctata L., Propylaea quatuordecimpunctata L., Hippodamia tredecimpunctata L., Adonia variegata Goeze., C. trifasciata L.; Chrysopidae: Chrysopa carnea Steph., Ch. semptempunctata). Изучена сезонная динамика и биоэкология фитофагов и энтомофагов. Определены и обоснованы критерии эффективности природного комплекса энтомофагов вредителей гороха лесостепи Приобья. На защиту выносятся:
1. Видовой состав и динамика численности мелких жужелиц родов Bembidion и Microlestes - энтомофагов клубеньковых долгоносиков на горохе в лесостепи Приобья;
2. Природный комплекс энтомофагов гороховой тли (семейств Syrphidae, Coccinellidae, Chrysopidae), их сезонная динамика и регулирующая роль в системе энтомофаг-фитофаг по принципу дополнительности.
Практические предложения: Полученные данные позволяют рекомендовать следующие предельные соотношения энтомофаг-жертва: по гороховой тле 1:20-30, клубеньковым долгоносикам 1:2-3. Они соотнесены с порогом вредоносности фитофагов (тлей 400-500 особей на 10 взмахов сачком, в фазу бутонизации- цветения, клубеньковых долгоносиков 10-15 жуков/м2 в фазу всходов). Это позволяет отменять химические обработки посевов гороха против данных вредителей, повышая рентабельность и экологическую безопасность фитосанитарных технологий возделывания гороха.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы доложены на конференции молодых ученых, посвященной 26-летию СО РАСХН (Новосибирск, 1996), на региональной конференции "Молодые ученые в решении проблем Сибирской аграрной науки" (Новосибирск, 1997), на общем годичном собрании и научной сессии СО РАСХН (Новосибирск, 1996), на научно-практической конференции по общему земледелию (Барнаул, 2000), на третьей международной . научно-практической конференции "Проблемы стабилизации и развития
8
сельского хозяйства Казахстана, Сибири и Монголии" (Новосибирск, 2000), в сборнике научных трудов "Защита растений в Сибири" (Новосибирск, 2003), на международной конференции в городе Кемерово, 2003г.
Диссертационная работа выполнялась в Сибирском НИИ земледелия и химизации СО РАСХН в течение 1992-1997 годов, а обобщение полученных экспериментальных данных в НГАУ (2001 - 2003гг.).
Диссертационная работа изложена наМ5.' страницах электронного текста, состоит из четырех глав, выводов, предложений производству, списка использованной литературы, включающего 223 наименования, в том числе 43 иностранных автора. Работа проиллюстрирована 18 таблицами, 20 рисунками.
Автор выражает глубокую благодарность кандидату биологических наук Римме Николаевне Фисечко за помощь в определении энтомофагов, доктору сельскохозяйственных наук, профессору, заслуженному деятелю науки РФ Валентине Андреевне Чулкиной за неоценимую помощь при написании данной работы, директора ГНУ СибНИИЗХим, академика РАСХН Власенко Анатолия Николаевича за возможность проведения исследований на базе СибНИИЗХим.
ГЛАВА 1. УСЛОВИЯ, ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
1.1. УСЛОВИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ
Исследования проведены на базе СибНИИРСа СО РАСХН на посевах гороха в 1992-1994, а также 1996 годах, в п. Огурцово. В период проведения исследований метеорологические условия учитывали по данным метеостанции в п. Огурцово города Новосибирска.
Место исследований расположено в лесостепи Приобья. Последняя, как и вся Новосибирская область, отличается резко континентальным климатом. Зима холодная, средняя температура января минус 17-20°С. Продолжительность теплого периода со среднесуточной температурой выше 10°С варьирует в пределах 92-120, сумма температур выше 10°С колеблется в пределах 1400-2300, а глубина промерзания почвы составляет более 120- 130см. За год в среднем выпадает 300-400 мм осадков. Причем осадки и испаряемость в лесостепной зоне в основном уравновешиваются, поэтому и условия увлажнения в целом считаются относительно стабильными, хотя и недостаточными.
Лесостепная зона характеризуется равнинным или слабоволнистым рельефом, который представлен чередованием сильно расчлененных возвышенностей, где широко развиты эрозионные процессы. Широкое распространение здесь получили неглубокие плоские понижения. Естественная растительность лесостепной зоны в настоящее время сохранилась только по балкам, оврагам, заповедным местам. В прошлом, леса чередовались здесь с участками луговых степей. Сейчас в западносибирской лесостепи по колкам растет береза с примесью осины и ивы. Почвы прогреваются хорошо, сумма температур выше 10° С на глубине 20см составляет около 1800-2000°, гумус в А-пахотном колеблется от 4 до 6см. Почвы слабо обеспечены подвижным азотом и хорошо - фосфором.
10
В лесостепи распространен подтип черноземов выщелоченных. Эти почвы сформировались под широколиственными травянистыми лесами, которые к настоящему времени в большинстве своем вырублены. Для химического состава черноземов характерно высокое содержание гумуса (6-15%). Оно постепенно убывает с глубиной параллельно сокращению числа корней в почве. Реакция среды данных почв близка к нейтральной (рН 6,5-7,5). Черноземные почвы имеют водопрочную структуру, благодаря чему в них создается оптимальный водно-воздушный режим. Однако в пахотных почвах прочность структурных агрегатов снижается, в связи с чем происходит распыление пахотного слоя. Черноземная зона в целом имеет недостаточное увлажнение, поэтому в условиях лесостепи урожаи в значительной степени определяются увлажнением почв. Для более полного использования высокого естественного плодородия необходимо проведение мероприятий, направленных на накопление и сохранение влаги в почвах: система обработки, предусматривающая введение чистых паров, ранневесеннее боронование зяби и паров, снегозадержание, задержание талых вод, а также полезащитное разведение леса (Афанасьева, Василенко, Терешина, 1979).
Специфика земледелия описанного района состоит в том, что оно использует для производства продукции лишь узкую полосу территории между сухими степями Евро-Азиатского континента с юга и тайгой с севера. Удаленность от Северной Атлантики, которая является основным носителем осадков и понижения теплоемкости материков обуславливает максимальную континентальность. Климат здесь всегда отличался повышенной неустойчивостью. Тут бывают засухи и наводнения. Как показывает анализ столетних рядов погоды, масштабы погодных аномалий за последние 10 лет беспрецедентны.
Агрометеорологические показатели в годы наших исследований существенно различались по годам (табл. 1 и рис. 1 ).
11
Таблица 1 - Агрометеорологические показатели вегетационных периодов
Год Месяц Среднемесячная температура воздуха, °С Осадки
сумма за месяц, мм %к многолетней норме
1992 май 12,5 13,2 45
июнь 14,4 50,2 96
июль 19,1 59,7 93
август 16,4 83,0 160
1993 май 8,2 41,6 141
июнь 17,5 100,8 192
июль 20,0 139,1 217
август 17,4 72,7 136
1994 май 11,9 23,0 64
июнь 20,8 28,0 48
июль 21,1 48,0 67
август 16,4 75,0 114
1996 май 10,7 20,9 58
июнь 16,7 139,8 285
июль 21,6 59,2 95
август 14,1 83,1 122
Сумма осадков за месяц, мм
О)
о
оо о
о о
го о
О)
о
1992
р ИЮНЬ
Z1 ИЮЛЬ
о
1 август
тз О"
О) (D
сема уело 1993 июнь
н ш
1 DO июль
CD CD
5 сЗ
or х ш август
ь
щ о з: 1994
Е июнь
X
ф июль
•и
о ш август
О СЛ
Среднемесячная температура воздуха, ОС
го ел
9 13
Вегетационный период 1992 года характеризовался как умеренно увлажненный, сумма осадков в июне-июле была близкой к многолетним данным (норме), а в августе превышала норму в 1,6 раза. Период вегетации 1993 года отмечен как сильно увлажненный. В мае и августе количество осадков, выпавших за месяц, превышало норму в 1,5 раза, а в июне-июле осадков выпало по две месячных нормы. Вегетационный период 1994 года, напротив, был остро засушливым. В мае, июне и июле количество осадков, выпавших за месяц, составило около половины нормы. В 1996 году для периода вегетации растений гороха снова, как и в 1992 году, складывались умеренно увлажненные условия. Так, если в мае выпало осадков немногим более половины нормы, а в июне -Ь близко к норме, то в июле уже количество осадков превышало норму почти в три раза.
1.2.ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Объектами наших исследований служили сорта и линии растений гороха -Pisum sativum var. ecadicum, вредители: клубеньковые долгоносики рода Sitona и гороховая тля из рода Acyrthosiphon и их энтомофаги, относящиеся к следующим семействам - Carabidae, Syrphidae, Coccinellidae, Chrysopidae.
Горох - малотребовательная к теплу, но влаголюбивая культура. Посевные площади гороха в целом по области имеют тенденцию к увеличению. Так, в 1970 году они составляли 17,6 тыс. га, а в 1990 году они уже составили 73,1 тыс. га. В дальнейшем указанная тенденция сохраняется.
Вегетационный период растений гороха колеблется в зависимости от погодных условий от 75 до 85 дней (табл. 2). Наиболее высокий урожай этой культуры можно получить при ранних сроках сева, то есть в период, когда почва весной перейдет в мягкопластичное состояние и позволит провести предпосевные работы.
14
Таблица 2 - Развитие растений гороха в зависимости от метеорологических
условий (станция Огурцово)
Фазы Параметры Год
средне-многолетний неблагоприятный благоприятный
Посев-всходы Срок сева 09.05. 05.05. 17.05.
Дата всходов 22.05. 22.05. 28.05.
Продолжительность, дни 13 17 И
Средняя температура, С 10,2 8,2 13,6
Сумма осадков, мм 12 7 12
Всходы-цветение Дата цветения 30.06. 30.06. 04.07.
Продолжительность, дни 39 39 37
Средняя температура, С 15,5 16 16,8
Сумма осадков, мм 60 20 73
Посев-созревание Продолжительность, дни 79 80 81
Средняя температура, °С 15,7 15,5 17,6
Сумма осадков, мм 129 48 165
Сумма положительных температур, °С 1239 1238 1429
Высота стебля, см 50 29 79
Такое состояние почвы в 75% лет наступает в начале первой и второй декад мая. Горох может прорастать при температуре 1-2 С, но активное прорастание семян данной культуры происходит при более высокой температуре.
15
Продолжительность периода посев - всходы при средней многолетней температуре воздуха 11°С составляет от 11 до 17 дней.
В отдельные годы с увеличением средней температуры воздуха до 25°С продолжительность этого периода сокращается до девяти дней. Всходы гороха могут переносить заморозки интенсивностью до 7-8 . Но заморозки выше указанной интенсивности в период всходов на горохе (в конце мая - начале июня), по области практически не наблюдаются. В период всходов также важное значение имеет увлажнение пахотного слоя. Запасы продуктивной влаги в пахотном слое почвы по зяби в первой половине мая колеблются от 30 до 53 мм. Такие запасы влаги могут обеспечить появление нормальных всходов. Поэтому отсутствие всходов из-за недостатка влаги может наблюдаться лишь при большом запаздывании с посевом.
Наиболее продолжительным является период развития от всходов до цветения. В основном он характеризуется нарастанием листьев. При средней температуре воздуха 16-17 С он составляет примерно 40 дней. Цветение растений гороха наступает в основном в конце июня - начале июля. Причем, чем лучше создаются условия питания и водоснабжения для растений, тем дольше период цветения. В холодные и влажные годы цветение может затянуться на 30 и более дней. Но в сухие и жаркие годы продолжительность цветения сокращается до 16 дней. Как уже было сказано, наиболее важное значение в период цветения растений гороха имеют условия увлажнения. В это время происходит формирование органов плодоношения. При выпадении осадков около 60мм на данный период складываются удовлетворительные условия увлажнения. Средняя многолетняя сумма осадков за период всходы - цветение в рассматриваемом районе и составляет 60мм. Однако в отдельные годы, являющиеся особо неблагоприятными, осадков выпадает не более 10-20мм.
К началу цветения растений гороха важное значение приобретает увлажнение полуметрового слоя почвы, так как основная масса корневой системы
16
гороха в этот период распространяется до глубины 50-60см. Средние многолетние запасы влаги в этом слое в течение июня составляют 50-70мм, или 55-60% наименьшей полевой влагоемкости, что и является нижним оптимальным пределом для развития зернобобовых культур.
Наиболее благоприятной температурой в период налива зерна и зеленой спелости бобов является температура воздуха 15-20°С. Этот период приходится на июль - начало августа. Средние суточные температуры в это время составляют в среднем 17-20°С, осадков выпадает около 60-70мм, запасы продуктивной влаги в метровом слое находятся в пределах 100-120мм.
Наиболее опасны июньские засушливые периоды. Вероятность же того, что в июне выпадает 40мм осадков и менее составляет 20-25%. Наиболее устойчивыми к засухе являются среднеспелые сорта гороха, которые по урожайности занимают первое место. Они полнее используют запасы почвенной влаги, развиваются быстрее, чем позднеспелые сорта, но в то же время успевают накопить достаточное количество веществ для образования полноценного урожая (Агроклиматические ресурсы Новосибирской области, 1971).
Таким образом, продолжительность вегетации растений гороха зависит от условий их произрастания. Причем наряду с условиями увлажнения важен также оптимальный температурный режим. Особенно опасна для растений гороха такая ситуация, когда неблагоприятный температурный режим усугубляется при засухе обезвоживанием почв. Поэтому особое положение в жизнедеятельности растений в неблагоприятных условиях произрастания занимает корневая система (Максютова, 1985; Генкель, 1982). Известно, что именно корневая система является важным фактором поглощения необходимого количества почвенной влаги и элементов минерального питания (Петербургский, 1964), а также устойчивости растений к неблагоприятным воздействиям внешней среды, повышения засухоустойчивости и продуктивности растений (Максимов, 1952). В целом же, характерной особенностью устойчивых к засухе сортов является их
17
способность формировать мощную, быстро углубляющуюся в почву и сильно разветвленную корневую систему (Барахтенова, Жукова, Доманская и др., 1995).
Переходя к полученным нами результатам, важно отметить, что длительность вегетационных периодов растений гороха в период исследований существенно различалась по годам. В 1992 году период вегетации оказался наиболее растянутым (он продолжался более 90 дней), в то время как в следующем, 1993 году, он длился лишь немногим более 80 дней. А наиболее коротким был вегетационный период 1994 года, причем его длительность не превышала 70 дней. На данные различия оказали влияние погодные условия, которые существенным образом отличались друг от друга. Так наиболее теплая погода и небольшое количество осадков по сравнению с последующими годами наблюдалось в период посев - всходы в 1992 году. Последующий период всходы -цветение в рассматриваемом году длился около 40 дней, в 1993 - немногим более 40, а в 1994 - сократился до 36 дней (табл. 3).
Таблица 3 - Периоды прохождения фаз развития растений гороха
Фазы гороха Даты по годам
1992 1993 1994
Сев 16.05. 25.05. 23.05.
Всходы 22.05. 03.06. 01.06.
Бутонизация 16.06. 28.06. 21.06.
Цветение 29.06. 05.07. 27.06.
Лопатка 13.07. 15.07. 06.07.
Зеленая спелость 27.07. 26.07. 12.07.
Полная спелость 24.08. 17.08. 28.07.
Последнее явилось следствием сухой и жаркой погоды, сложившейся в рассматриваемый период (среднемесячная температура воздуха составила 20,8 С, |
