Защита растений в биологическом земледелии. Учебное пособие

Число учетных площадок на делянке зависит от степени засорения, характера распределения сорняков, а также от точности исследований. Устанавливают необходимое число учетных площадок расчетным путем, согласно методике опытного дела.

Впосевах культур сплошного сева, как правило, закладывают квадратные площадки, в пропашных – удлиненные. При этом ширина должна быть равна расстоянию между рядами. Так, при ширине междурядий 60 см длина учетной площадки размером 0,25 м2 должна равняться 41,7 см. Рядок располагается в середине площадки.

Раздельное определение всех видов сорняков, произрастающих на опытных делянках, необходимо при всех учетах, для того чтобы можно было проследить динамику видового состава сорной растительности по каждому варианту опыта. Выбор методики отбора образцов для определения зеленой и сухой массы сорняков зависит от методики учета их численности.

На стационарных площадках, закладываемых на весь период опыта, нельзя срезать сорняки, чтобы не вызвать изменений в агрофитоценозе мест учета. В этом случае отбор сорных растений для определения массы проводится на других площадках, накладываемых на делянке рендомизированно (в случайных местах). При определении численности сорняков на площадках, выделенных на один вегетационный период, сорные растения срезаются с них при последнем учете.

Все срезанные (при большой массе) или выдернутые с площадки сорняки помещают в полиэтиленовый пакет и этикетируют. В лаборатории в тот же день определяют количество зеленой массы всех сорняков, а также преобладающих видов. После этого сорняки высушивают до постоянной массы в марлевых мешочках или коробочках. Биологическую эффективность определяют по снижению их численности или биомассы до и после обработки или в сравнении с контрольным участком.

Вкачестве контроля на полевых культурах сплошного сева берут не прополотые и не обработанные гербицидами участки. Для пропашных культур, на которых проводят междурядные обработки или ручные прополки, предусматривается хозяйственный контроль (все механические обработки междурядий ручные прополки сорняков, проводимые в хозяйстве).

Биологическая эффективность почвенных гербицидов вычисляется непосредственно по отношению к хозяйственному контролю соответственно

ккаждому сроку учета, по формуле:

где Ск – снижение числа сорняков, в % к контролю; b1к – число сорняков или их биомасса (г) на 1 м2 на контроле при первом (втором или третьем) учет; B1о – то же, но в опыте.

Аналогичным образом рассчитывают процент снижения массы сорняков (по данным второго учета).

41

Если в опыте отмечено не снижение, а нарастание количества сорняке (т.е. гербицид оказался неэффективным), то процент этого нарастания проставляется со знаком минус.

При испытании почвенных гербицидов, как указывалось выше, наряду хозяйственным контролем (все механические обработки плюс ручные прополки) могут применяться контроли с одной и двумя ручными прополками или без них. В этом случае процент снижения засоренности вычисляется по отношению к каждому виду контроля. Если в опыте был использован эталонный гербицид, то его эффективность рассчитывается тоже относительно каждого взятого опыте контроля.

При послевсходовых обработках гербициды оказывают действие только на те сорные растения, которые взошли и вегетировали ко времени опрыскивания. Первый учет здесь проводится для определения исходной засоренности посевов. Эффективность гербицидов рассчитывается при втором и третьем учете по отношению к исходной засоренности в опыте с обязательным внесением поправки на контроль («исправленный» процент гибели сорняков). Последнее связано с тем, что в течение вегетации на контроле может наблюдаться естественное нарастание или снижение количества сорняков. Величина Сиспр, выражающая снижение числа сорняков в % к исходной засоренности в опыте с поправкой на контроль, определяется по формуле:

контроле (исходная засоренность); b2К – то же, при втором (или третьем) учете на контроле; А10 – число или биомасса сорняков на 1 м2 при первом учете в опыте (исходная засоренность); B1о – то же при втором (или третьем) учете в опыте.

B1о

В приведенной формуле выражение 100 - А10 100 показывает процент погибших сорняков без поправки на контроль (Сисх), а отношение a1к

b2К

представляет собой поправку на контроль (ее можно вычислить сразу для всех вариантов опыта, относящихся к одному контролю).

Необходимо помнить, что вычитание, проводимое в формуле расчета эффективности гербицида с поправкой на контроль, – действие алгебраическое, а потому получаемая величина может оказаться отрицательным числом (со знаком минус), что свидетельствует об относительном увеличении засоренности в опыте по сравнению с контролем.

Рекомендуемая формула для расчета эффективности гербицидов, применяемых по вегетирующим культурным и сорным растениям, пригодна не только в случаях, когда исходная засоренность на контроле одинакова с засоренностью на контроле при втором учете и с исходной засоренностью в опыте (т.е. а1к = b2К = А10), но при самых разнообразных сочетаниях засоренности посевов на контрольных и опытных делянках.

42

Контрольные вопросы

1.Элементы системы защиты растений.

2.Особенности биологии и приемы возделывания кукурузы.

3.Пороги экономического вреда вредителей на картофеле, томатах

ияблоне и методы борьбы.

4.Указать фазы развития картофеля, в которые следует применять гербициды. Назвать препараты и нормы расхода.

5.Понятие об экологизированной интегрированной защите

растений.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ 9. Оптимизация структурнофункциональной организации агроэкосистем – основа повышения их продуктивности и устойчивости

Сельское хозяйство изначально основывалось на стихийном использовании отдельных экологических принципов. По мере формирования научных основ сельскохозяйственного производства и поступательного развития его отраслей и инфраструктуры эти принципы начали применяться более осмысленно и целенаправленно. Однако и в настоящее время преимущественно учитываются лишь экологические закономерности, популяционные же и экосистемные подходы применяются гораздо реже.

Целевая установка сельского хозяйства объективно направлена на получение максимума биологической продукции. Сообразно этому развиваются (да и будут развиваться) аграрные производственные системы. Между тем сугубо технократический подход к необходимому процессу интенсификации производства в аграрном секторе вступил, как известно, в серьезное противоречие с возможностями поддержания природноантропогенного равновесия. В конечном счете сработал принцип бумеранга в виде негативных последствий интенсификации для экологического состояния и продуктивности сельскохозяйственных угодий. Так, в районах сплошной распашки земель и неоднократного проведения химических обработок посевов ощущается столь существенный недостаток энтомофагов (насекомоядных организмов) и опылителей, что возникает угроза существованию природных биоценозов, формированию урожая культурных растений.

Новейшие достижения экологии позволяют совершенствовать существующие и разрабатывать новые методы ведения сельскохозяйственного производства, выявляя в растениеводстве и животноводстве дополнительные резервы для стабилизации агроландшафтов.

Важное условие экологизации сельского хозяйства – использование биоценологических экосистемных принципов. От практики поддержания на полях только продуцентов – культурных растений – следует переходить к

43

более полному и активному использованию в агроценозах естественных регуляторных механизмов.

Впервую очередь необходимы анализ и учет ландшафтноэкологических особенностей конкретной территории. Создаваемые агроландшафты функционируют в соответствии с природными закономерностями данного района. Основой для анализа ландшафтной неоднородности и изменчивости земельного фонда в процессе его сельскохозяйственного использования служат материалы количественного и качественного учета состояния агроэкосистем.

Однако пока что степень изученности почвенных условий в разных ландшафтах неодинакова. Кроме того, слаба обеспеченность аграрного сектора базовыми природными картами (геоморфологической, почвенной, геоботанической, ландшафтной).

Ландшафтно-экологический анализ агроландшафта должен основываться на знании его морфологических компонентов (типологическое картографирование) и региональных различий (районирование), а также на учете многочисленных взаимосвязей (баланс веществ и энергии). Особенно важно, чтобы хозяйственные нагрузки на ландшафт планировались в соответствии с его природной структурой. В противном случае несоответствие сложившейся специализации сельского хозяйства потенциальным ресурсным возможностям ландшафта приводит к возникновению и развитию негативных процессов, к нарушению природноантропогенного равновесия, особенно в ландшафтах с неустойчивым природным равновесием.

Наряду с влиянием антропогенных факторов нужно учитывать и естественные тенденции развития ландшафтов, возможности проявления неблагоприятных для сельского хозяйства природных процессов. Последние воздействуют медленнее, но масштабнее (изменение климата, сейсмичность, процессы эрозии и др.). Рациональным можно считать такое воздействие, при котором обеспечивается правильный ресурсооборот, расширенное воспроизводство возобновляемых ресурсов ландшафта (повышение плодородия почвы, продуктивности естественных и культурных фитоценозов

идр.). Анализ ландшафтной неоднородности и изменчивости – многоступенчатая система подходов к раздельной оценке природных компонентов и всего ландшафтного комплекса.

Вагроэкосистемах происходят как изменение отдельных биотических компонентов, так и трансформация системы в целом. При этом нарушаются ее внутренняя структура и функционирование, обеспечивающие определенную устойчивость с помощью различных механизмов самоорганизации и самовоспроизводства. Для определения происходящих и возможных изменений перспективна разработка интегральных параметров, характеризующих структурно-функциональную организацию агроэкосистем по их биотической компоненте.

Такого рода характеристики отражают процессы создания, использования, разрушения и остаточного накопления биотической

44

продукции различных категорий (первичной, вторичной, остаточной, мертвой), а также некоторые этапы круговорота веществ, вовлеченных в биологические циклы.

1.Запас живой биомассы (фито-, зоо- и микробиомассы), г/м2 или т/га (в расчете на абсолютно сухое вещество). Под биомассой понимают общее количество живого органического вещества, накопленного к данному моменту. Кроме абсолютных показателей могут применяться соотношения биомассы различных групп организмов или их частей, отнесенной к единице площади. В том числе: для растений (автотрофов) – систематических экологических групп, надземных и подземных частей, ассимилирующих и запасающих органов; для гетеротрофов – систематических экологических (включая трофические) групп, долей мигрирующей зоомассы; для микроорганизмов – грибов, бактерии, актиномицетов.

2.Запас мертвого органического вещества. Это количество вещества, заключенного в сухостое, валежнике, отмерших органах, а также накопившегося в лесной подстилке, торфяном горизонте почв, в степном войлоке. Мертвое органическое вещество включает также трупы животных и гумус почв.

3.Интегральная характеристика структуры органического вещества агроэкосистемы определяется как соотношение запасов гумуса, фитомассы, зоомассы и биомассы (микроорганизмы), представляется в виде формулы органического вещества агроэкосистемы.

При оценке состояния агроэкосистем также должны учитываться показатели их функционирования, под которым понимают смену состояний системы, определяемую изменениями в годичном цикле запасов веществ и интенсивностей потоков. В основе функционирования экосистем лежит биологический круговорот, осуществляющийся по следующей типовой схеме: на восходящей ветви происходит создание первичной продукции при одновременном расходе ее на дыхание; на нисходящей – потребление фитофагами, отмирание и деструкция.

4.Текущее функционирование автотрофных и гетеротрофных компонентов. Его оценивают по первичной и вторичной продукции, а также по их соотношению. Чистая первичная продукция [(г/(м2 • год), г/(м2 • сут), т/(га • год)] – продукция автотрофных организмов, которая практически совпадает с продуктивностью фитоценоза. Она определяет энергетический

потенциал системы и характеризуется количеством органического вещества (фитомассы), образуемого за год в наземной и подземной сферах сообщества за вычетом части, затраченной на дыхание. Фактически – это годичный прирост.

Вторичная продукция включает зоомассу и фитомассу, продуцируемую гетеротрофными организмами. Эта величина позволяет оценить «вклад» разных групп консументов и редуцентов в отчуждение фитомассы из годичного прироста, в деструкцию и минерализацию растительных остатков. Отношение первичной продукции к вторичной отражает сбалансированность биологической продукции.

45

5.Опад [г/(м2 • год), т/(га • год)] – количество органического вещества, заключенного во всех ежегодно отмирающих наземных и подземных частях растений.

6.Истинный прирост [т/(га • год)] – количество органического вещества, остающегося в сообществе в результате годичного прироста, за вычетом опада.

7.Скорость воспроизводства органического вещества – отношение первичной продукции к запасу живой фитомассы (в %). Наибольшая она – в луговой степи, наименьшая – в лесу. Чем меньше этот показатель, тем больше задержка веществ и дальнейшая их консервация, чем он больше, тем выше динамизм процессов.

8.Скорость общего оборота органического вещества – отношение запаса живого и мертвого органического вещества (включая и не включая гумус) к продукции (в %). Этот критерий позволяет выявить подвижность каждой единицы органического вещества при прохождении этапов трансформации продукции. Например, она минимальная в полярном и бореальном поясах и почти на порядок выше в луговой степи и пустыне.

9.Скорость деструктивных процессов. Этим процессам принадлежит важная роль в биологическом круговороте наземных систем, поскольку преобладающая часть биологической продукции трансформируется в форме детрита под действием различных деструктивных агентов минуя трофические цепи растительноядных организмов. Количество фитомассы, потребляемое животными, составляет всего лишь несколько процентов от ее общей продукции, а 88...99 % первичной продукции поступают в почвенную детритную подсистему. В качестве показателя скорости деструктивных процессов используют отношение ежегодно поступающей мертвой массы к

еезапасу (опадо-подстилочный коэффициент, %).

10.В дополнение к основным показателям рекомендуются параметры,

связанные с изменением биогеохимического цикла, особенно в условиях техногенеза. Это, в частности, показатели содержания химических элементов в органическом веществе:

а) годичное накопление химических элементов, кг/(га • год); б) годичный возврат химических элементов с спадом, кг/(га • год);

в) годичное удержание элементов в фитоценозе [определяется как разница между накоплением химических элементов и их возвратом, кг/(га • год)].

(Показатели эти рассчитывают умножением массы отдельных структурных компонентов на содержание того или иного химического элемента в единице учета).

Определение основных показателей систем и их функционирования позволяет исследовать происходящие в них внутренние процессы формирования первичной продукции и ее последующего потребления и разложения. Взаимодействие с абиотическими компонентами обусловливает круговорот питательных элементов и потоки энергии. Использование экосистемного подхода предполагает, что анализируемый

46

сельскохозяйственный объект состоит из взаимодействующих компонентов, которые образуют систему с характерными для данного уровня организации свойствами.

Агроэкосистема имеет определенный состав, структуру и режим, которые поддерживаются и регулируются человеком. При отсутствии контроля с его стороны агроэкосистемы постепенно теряют свои свойства. Естественно, что без знания структуры и функционирования агроэкосистем на балансово-ве-щественно-энергетическом уровне нельзя предпринимать какие-либо меры по управлению ими: они могут оказаться несостоятельными и даже вредными. Функции экосистем целесообразно анализировать в следующих направлениях: потоки энергии; пищевые цепи и сети; структура пространственного разнообразия; круговороты питательных элементов (биогеохимических); развитие и эволюция.

Агроэкосистемы – это природные системы, измененные под воздействием соответствующих технологических и социальных факторов. Создание агроэкосистем преследует в первую очередь экономическую цель – устойчивое производство сельскохозяйственной продукции. При этом достаточно очевидна необходимость гармоничного сочетания экономических интересов с экологическими требованиями. По существу, управление сельским хозяйством адекватно управлению агроэкосистемами.

Основным организующим началом в любой агроэкосистеме является взаимодействие между производством и потреблением. Поскольку агроэкосистемам свойственны те же внутренние регулирующие механизмы, что и природным экосистемам, поддержание самоорганизующихся процессов в агро-экосистемах способствует снижению вещественно-энергетических затрат на внешние (антропогенные) регулирования. Взаимодействия на трофическом уровне могут быть упорядочены посредством влияния на цепи питания. При этом основное внимание следует уделять физиологическим аспектам, процессам роста и развития, переносу энергии, круговороту питательных веществ, а также регулированию рождаемости и смертности популяций.

Регулирование продукционного процесса, направленное на повышение продуктивности и устойчивости агроэкосистем, – задача первостепенной важности. Интенсификация сельскохозяйственного производства на экологических началах – процесс многоплановый. Это обстоятельство предопределяет возможность применения нескольких принципиально различных и взаимодополняющих подходов.

Один из них – перестройка структуры фитоценозов. Например, вместо традиционных одновидовых посевов можно внедрять поликультурные посевы, основываясь на принципе дифференциации растений по экологическим нишам. Такие поля более выгодны энергетически. На них можно получать разнообразные и неоднократные урожаи в течение вегетационного периода. Наряду с продуктивностью при этом обеспечивается высокая устойчивость посевов.

47

Перспективно также применение севооборотов с формированием горизонтальной ротации культур. В этом случае создается пространственноразнородный агрофитоценоз, который может поддерживать постоянный резерв разнообразных энтомофагов. Эффективно и рационально также использование многолетних плодосмен, организованных по типу протекания сукцессии, от однолетних до древесных культур. Это позволяет меньше вмешиваться в жизнь почвы, беречь ресурсы, максимально использовать естественные восстановительные процессы, что особенно актуально при вовлечении в хозяйственный оборот нарушенных площадей. Следует учитывать, что устойчивость к сорнякам выше не у максимально выравненных по генетическим качествам, а у гетерогенных сортов хозяйственных видов. По этой причине основным принципом биологической борьбы с сорняками должен стать максимальный захват культурными растениями экологических ниш во времени и в пространстве. Важную роль играет развитие методов экологической инженерии при подборе экотипов и жизненных форм растений для конструирования фитоценозов длительного пользования.

На уровне агроценопопуляций оптимизацию агроэкосистем можно проводить путем изменения ряда экологических показателей: плотности и пространственного размещения; фенологических характеристик – дружности всходов и интенсивности их развития в первые недели (с использованием биофизических методов предпосевной обработки, а также выбора сроков посева); дифференциации агроценопопуляций благодаря подбору смеси сортов, обеспечивающему максимальное использование пространства и ресурсов (возможно повышение гетерогенности популяций на фенотипической основе).

Контрольные вопросы

1.Уход за посевами кукурузы. Система защиты кукурузы.

2.Организация работ по защите растений на сельскохозяйственном предприятии.

3.Приемы возделывания и уход за посевами озимых.

4.Общие требования по технике безопасности при работе с пестицидами.

Тема 7: УСТОЙЧИВОСТЬ И РЕЗИСТЕНТНОСТЬ ВРЕДНЫХ ОРГАНИЗМОВ К ПЕСТИЦИДАМ Практическое занятие 10. Устойчивость и резистентность вредных организмов к пестицидам

Устойчивость и резистентность организмов нередко рассматривают как синонимы. Однако целесообразнее термин устойчивость употреблять в общем смысле этого слова либо в частных случаях в отношении природных стрессовых факторов, болезней и вредителей. Термином резистентность желательно обозначать устойчивость организмов к пестицидам. Слово

48

«резистентность» происходит от resistento (лат.) – противостоять, сопротивляться. Соответственно, резистентность организмов к пестициду можно оценить как биологическое свойство организмов сопротивляться его отравляющему действию. Резистентный организм не только выживает в тот момент, когда чувствительные особи погибают, но и развивается, размножается в среде, содержащей токсические вещества. Соответственно, показателем, обратным резистентности, является чувствительность организма.

Первая информация о появлении устойчивых к химическим пестицидам организмов появилась в научной печати в 1915 году в США. В частности, сообщалось о возникновении в калифорнийских садах колоний померанцевой щитовки, устойчивых к синильной кислоте. Эти колонии проявили себя на фоне многократных обработок садов препаратами синильной кислоты. В 1928 году зарегистрировали устойчивость яблонной плодожорки к арсенату свинца. Позднее, проявив внимание к этому вопросу, специалисты обнаружили признаки устойчивости и у других вредных организмов к сере и даже к инсектициду растительного происхождения – пиретруму, получаемому из ромашки далматской и других ее видов. До 1940- х годов резистентности не придавали большого значения, однако с появлением в 1960-х годах целой серии химических препаратов она вновь привлекла внимание. В 1958 году было выявлено уже 76 видов членистоногих, устойчивых к инсектицидам, в 1969 году – 227 видов, в 1975 году – 400 видов, в настоящее время – более 500 видов. Резистентность зарегистрирована у возбудителей заболеваний (около 300 видов), сорных растений (около 80 видов), у моллюсков и грызунов. Имеются популяции крыс, устойчивых к антикоагулянтам крови.

Развитие резистентности многих вредных организмов к пестицидам – одна из основных проблем химического метода защиты растений. В производстве следствием резистентности являются:

•увеличение нормы расхода препарата либо повышение его концентрации;

•увеличение кратности обработок;

•отказ от препарата.

В первых двух случаях резистентность приводит к загрязнению окружающей среды, в том числе продуктов питания, нарушению действия природного регуляторного механизма, когда хищники и паразиты, а также грибы-антагонисты погибают от чрезмерных доз препаратов. В третьем случае фирмы-производители препарата оказываются перед необходимостью остановить его производство и (или) найти ему альтернативу, что влечет за собой дополнительные расходы и наносит удар по престижу фирмы.

Природа резистентности вредных организмов к пестицидам.

Резистентность основана на биологических, точнее, на биохимических особенностях организмов. Резистентные особи способны противостоять отравлению за счет особых механизмов выносливости и детоксикации яда. Например:

49

•они медленнее сорбируют его поверхностью тела и быстрее выводят;

•у животных они имеют различную проницаемость оболочек нервных стволов;

•они могут быстро изолировать молекулы яда в теле, формируя вокруг них защитные прослойки типа липидов;

•они могут обладать отличающимися от других особей ферментами или специфичными энзимами, которые быстро разрушают молекулы яда и тем самым детоксицируют организм.

Указанными свойствами подобные организмы обладают изначально, но не вследствие применения препарата. Причина появления таких особей в популяциях – процессы мутагенеза и рекомбинации генов, обеспечивающие достаточно широкую гетерогенность популяций, в том числе и по признакам устойчивости. С теоретической точки зрения устойчивые особи могли существовать и 100, и 1 000, и 10 000 лет назад – другое дело, что они не выявлялись селектирующими факторами, в данном случае – пестицидами. Специалисты оценивают появление подобных резистентных особей в нормальных популяциях с частотой мутаций 1 • 106 – 8 • 107. Эти особи могут передавать признаки резистентности генетически.

Различают два типа резистентности: природную и приобретенную. Под природной резистентностью понимается ее изначальное

присутствие у популяций, обитающих в природе и не подвергавшихся селектирующему действию пестицидов. Приобретенная резистентность к пестицидам – та, которая проявляется под действием пестицидов, когда чувствительные особи гибнут, а устойчивые, занимая освободившееся пространство, формируют резистентную популяцию.

Природная резистентность основана на биологических особенностях организмов, ее можно подразделить на видовую (родовую), половую, онтогенетическую (стадийную), этологическую (поведенческую) и физиологическую.

Видовая (родовая) резистентность обусловлена особенностями биологии особей разных видов или родов организмов. Например, полагают, что красный паутинный клещ более устойчив к акарицидам, чем обыкновенный паутинный клещ. По-видимому, он несет различающийся набор ферментов, которые защищают его от поражения акарицидами.

Половая резистентность обусловлена разной степенью устойчивости самок и самцов к пестицидам. У ряда видов самки являются более устойчивыми, чем самцы.

Онтогенетическая (стадийная) резистентность понимается как разная степень устойчивости особей различных стадий развития к пестицидам. Наиболее чувствительны к ядам личинки и нимфы насекомых и клещей, конидии грибов в момент прорастания, растения в фазе проростков. Наоборот, высокоустойчивы непитающиеся особи, например яйца и куколки насекомых, цисты патогенов, защищенные более стойкими покровами. Во время диапаузы особи также весьма устойчивы, поскольку у них сильно

50