Адаптивные фитосанитарные технологии возделывания основных сельскохозяйственных культур в условиях Зауралья

Размещено на http://www.allbest.ru/

На правах рукописи

06.01.07 - защита растений

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора сельскохозяйственных наук

АДАПТИВНЫЕ ФИТОСАНИТАРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

ВОЗДЕЛЫВАНИЯ ОСНОВНЫХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР В УСЛОВИЯХ ЗАУРАЛЬЯ

ПОРСЕВ И.Н.

Краснодар - 2010

Работа выполнена в ФГОУ ВПО «Новосибирский государственный аграрный университет»

Научный консультант: доктор биологических наук, профессор Торопова Елена Юрьевна

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор Сокирко Виктор Петрович;

доктор биологических наук, профессор Каплин Владимир Григорьевич;

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Лебедев Владимир Борисович;

Ведущая организация - ГНУ Алтайский научно-исследовательский институт сельского хозяйства СО РАСХН

Защита состоится «10» ноября 2010 г. на заседании диссертационного совета ДМ 220.038.06 при ФГОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет» по адресу: 350044, г. Краснодар, ул. Калинина, 13

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет», автореферат размещен на сайте ВАК РФ

Автореферат разослан «_____» ______________2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета В.С.Горьковенко

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. На современном этапе развития цивилизации, когда отрицательное антропогенное воздействие на экосистемы угрожает существованию человечества, а экология признана приоритетной наукой, актуальным становится совершенствование экологических принципов и разработка на их основе экологически безопасных фитосанитарных технологий возделывания сельскохозяйственных культур, адаптированных к условиям региона. Достижения общей экологии, эпифитотиологии, агротехнического метода защиты растений (Одум, 1975; 1986; Соколов, Монастырский, Пикушова, 1994; Тютерев, 1999; Чулкина, Торопова, Чулкин, Стецов, 2000; Попов, 2003; Зазимко, Долженко, Захаренко, 2005 и др.) позволяют совершенствовать фитосанитарные технологии возделывания сельскохозяйственных культур, отвечающие адаптивной стратегии устойчивого развития АПК (Жученко, 1994, 2000, 2009). При этом сводится к минимуму или исключается применение пестицидов, так как адаптивная интенсификация защиты растений базируется преимущественно на экологически безопасных технологиях - возделывании устойчивых сортов, применении агротехнических приемов, регуляторов роста - индукторов болезнеустойчивости, создающих неблагоприятные условия для жизненного цикла вредных организмов и благоприятные для роста и развития растений по периодам формирования основных элементов структуры урожая. Адаптация зональных фитосанитарных технологий проводится на базе мониторинга фитосанитарного состояния почв, посевного и посадочного материала, выявлении критических периодов в формировании параметров основных элементов структуры урожая, обусловленных комплексом распространенных и вредоносных фитопатогенов, фитофагов, сорных растений (Торопова, Стецов, Чулкина, 2002; Соколов и др., 2006, 2007; Порсев, 2008, 2009).

Исследования выполнены по государственной тематике ФГОУ ВПО Новосибирского государственного аграрного университета (номер госрегистрации 01.200.110811) «Совершенствование систем защиты растений от вредных организмов на эпифитотиологической основе» в период прохождения докторантуры, а также при участии в подпроекте Государственной научно-технической программы «Индукторы болезнеустойчивости».

Цель работы. Теоретическое и экспериментальное обоснование адаптивных фитосанитарных технологий возделывания основных сельскохозяйственных культур на основе мониторинга вредных организмов, интеграции устойчивых к вредным объектам высокоурожайных сортов адаптированных к различным экологическим средам и нишам, агротехнических приемов, эффективных средств защиты растений и индукторов устойчивости с целью получения безопасной сельскохозяйственной продукции высокого качества в условиях Зауралья.

Задачи исследований:

- уточнение видового состава и биоэкологии вредных организмов - биотических стрессоров, нарушающих формирование урожайности основных сельскохозяйственных культур (зерновых, картофеля и др.);

- установление критических периодов в формировании количественных параметров основных элементов структуры урожая сельскохозяйственных культур под влиянием биотических стрессоров;

- усовершенствование экологически безопасных агротехнических приемов возделывания яровой пшеницы и картофеля для ограничения развития вредных организмов;

- подбор ассортимента эффективных регуляторов роста, повышающих адаптивность и устойчивость растений к болезням, а также урожайность картофеля;

- усовершенствование адаптивных фитосанитарных технологий возделывания яровой пшеницы, картофеля и др. сельскохозяйственных культур в условиях Зауралья.

Научная новизна. Разработана системно-экологическая концепция адаптивной оптимизации фитосанитарного состояния агроэкосистем в Зауралье.

Впервые в регионе выявлена приуроченность биотических (фитопатогены, фитофаги, сорные растения) и абиотических (технологические приемы, погодные условия) факторов к периодам формирования основных элементов структуры урожая яровой пшеницы и картофеля. Установлен значительный (превышение порога вредоносности в 4-9 раз) потенциал возбудителя корневой гнили (Bipolaris sorokiniana) и банка семян сорных растений в почвах полевых севооборотов региона, обусловливающий многолетнюю динамику эпифитотий болезни и массовую засоренность посевов. Выявлено доминирование наземно-воздушных, или листо-стеблевых вредных организмов на яровой пшенице, а почвенных, или корне-клубневых - на картофеле, коэффициент сходства которых с Сибирским регионом составляет 0,6-0,8.

Впервые в регионе прослежена динамика заполнения экологических ниш сорным компонентом в агроэкосистемах яровой пшеницы и выявлена густота продуктивного стеблестоя, при которой конкурентные отношения с сорняками складываются в пользу культурных растений.

Изучен и подобран современный ассортимент экологически безопасных регуляторов роста, увеличивающих адаптивный потенциал растений, стимулирующих их ростовые процессы, индуцирующих устойчивость к болезням, повышающих урожайность и качество клубней картофеля. Изучена динамика мобилизации фитоалексинов и пигментов в клубнях картофеля.

Впервые проведена адаптация фитосанитарных технологий возделывания сельскохозяйственных культур к условиям Зауралья по результатам фитосанитарного мониторинга почвы, семян (посадочного материала), фитоценозов.

Установлены эффективные технологические приемы (адаптивные высокоурожайные сорта, предшественники, органические и минеральные удобрения, густота продуктивного стеблестоя, способы и глубина посева, средства защиты растений), обеспечивающие фитосанитарную оптимизацию технологий возделывания сельскохозяйственных культур по периодам формирования основных элементов структуры урожая и в сезонно-фенологической последовательности.

На основе проведенных исследований усовершенствованы адаптивные фитосанитарные технологии возделывания яровой пшеницы и картофеля, показана их биологическая, хозяйственная и экономическая эффективность с целью получения устойчивого урожая экологически нормативной продукции высокого качества в условиях Зауралья.

Практическая ценность и реализация результатов исследований. Уточнен видовой состав сообществ вредных организмов зерновых, картофеля, овощных, плодовых и ягодных культур с учетом их эволюционно-экологической адаптации к различным экологическим средам - почве, наземно-воздушной, посевному и посадочному материалу. Проведен фитосанитарный мониторинг почв на площади более 15 тыс. га полевых севооборотов, семян и посадочного материала по 152 партиям районированных сортов и разработаны системы их оздоровления.

Предложен эффективный ассортимент регуляторов роста растений на посадках картофеля, способы и дозы их применения в регионе. Создан агроландшафтный полигон на базе ОАО Агрокомбината «Заря» Далматовского района Курганской области как природоохранная территория для производства экологически нормативной сельскохозяйственной продукции.

Результаты исследований вошли составной частью в рекомендации по выявлению территорий, пригодных для производства экологически безопасной растениеводческой продукции. Изданы два учебных пособия с грифом МСХ РФ для экологически безопасной защиты сельскохозяйственных культур от вредных организмов (решение МСХ РФ № 27-5-33 и 27-5-33/341).

Защищаемые положения:

1. Видовой состав, эволюционно-экологическая адаптация, эпифитотиология и вредоносность деструктивной биоты агроценозов в условиях региона определяют адаптивные критерии фитосанитарной оптимизации зональных технологий возделывания сельскохозяйственных культур;

2. Адаптивные фитосанитарные технологии возделывания основных сельскохозяйственных культур в условиях Зауралья, основанные на:

- анализе количественных и качественных параметров продукционного процесса сельскохозяйственных культур, выявлении критических периодов, обусловленных биотическими и абиотическими стрессорами;

- системном использовании экологических принципов, методов и приемов- экологической классификации вредных организмов, фитосанитарном мониторинге почвы, семян и посевов, определении количественных параметров элементов структуры урожая и приуроченности вредных организмов к периодам их формирования, адаптивных высокоурожайных сортов, агротехнических приемов для оздоровления почв, семян, посадочного материала и посевов, малоопасных средств защиты растений и современного ассортимента регуляторов роста и индукторов болезнеустойчивости, обеспечивающих оздоровление, повышение адаптивности, максимальной урожайности и высокого качества нормативно чистой сельскохозяйственной продукции.

Личный вклад автора. Диссертационная работа выполнена лично автором в период прохождения докторантуры при ФГОУ ВПО «Новосибирский государственный аграрный университет». Автору принадлежит постановка проблем, составление программы, проведение полевых и производственных опытов на базе ОАО Агрокомбината «Заря» и ГСУ Курганской области в 1997-2008 гг. Автор самостоятельно провел анализ экспериментальных данных, сформулировал научные положения, выводы и предложения производству.

Автор признателен научному консультанту доктору биологических наук, профессору Е.Ю. Тороповой, а также докторам сельскохозяйственных наук, профессорам А.П. Голощапову и В.А. Чулкиной за неоценимые советы в проведении научных исследований.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены на 17 научно-практических конференциях разного уровня, в том числе: областной конференции по картофелеводству (Курган, 2002); региональной научно-практической конференции «Аграрная наука - проблемы и перспективы» (Курган, 2002); областной конференции по сортовому районированию (Курган, 2003; 2004); третьей всероссийской научно-практической конференции «Агротехнический метод защиты растений от вредных организмов» (Краснодар, 2005); всероссийской научно-практической конференции «Современное развитие АПК: региональный опыт, проблемы, перспективы» (Ульяновск, 2005); всероссийской научно-практической конференции «Проблемы аграрного сектора Южного Урала» (Челябинск, 2005).

Публикации результатов исследований. Основные положения диссертации опубликованы в журналах «Картофель и овощи», «Земледелие», «Агро XXI», «Защита и карантин растений», «Зерновое хозяйство», «Сибирский вестник сельскохозяйственной науки», монографиях, учебных пособиях с грифом МСХ РФ. Всего по теме диссертации опубликовано 50 научных работ, в том числе 15 в изданиях из перечня ВАК.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 7 глав, общих выводов, предложений производству, списка использованной литературы. Работа изложена на 321 странице компьютерного текста, содержит 86 таблиц, 41 рисунок. Список литературы включает 375 наименований, из них 45 опубликовано в зарубежных изданиях. К диссертации дано приложение.

2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Состояние изученности проблемы: аналитический обзор литературы

В обзоре литературы рассмотрены традиционные и современные составляющие блоки адаптивных фитосанитарных технологий возделывания сельскохозяйственных культур: устойчивые сорта, агротехнический метод, индукторы устойчивости и средства защиты растений, их достоинства и недостатки (Павлов, 1987; Попкова, Воловик, Шмыгля, 1989; Захаренко, Вилкова и др., 1993; Жученко, 1994; Зазимко, 1994; Танский, Левитин, 1998; Немченко и др., 1998, 2006; Лебедев, 1999; Тютерев, 1999, 2002; Чулкина, Торопова, Чулкин, Стецов, 2000, 2002; Лухменёв, 2000; Шкаликов, 2001; Степановских и др., 2003, 2007; Попов, 2003; Попов, Дорожкина, Калинин, 2003; Порсев, Голощапов, 2004, 2008; Ашмарина, 2005; Заостровных, 2006; Шалдяева, Пилипова, Коняева, 2006; Соколов и др., 2006, 2007; Надыкта и др., 2008). Методы защиты растений интегрируются в системы и технологии на теоретических и методологических основах системно-экологической концепции (Санин, 2003, 2005; Шпаар и др., 2004, 2005; Захаренко, 2005; Павлюшин, Новожилов, Долженко и др., 2005; Чулкина, Торопова, Стецов, 2007, 2009). Новизна теоретических и методологических положений обусловила существенный прогресс в разработке зональных фитосанитарных технологий растениеводства, отвечающих современным требованиям адаптивной стратегии устойчивого развития АПК (Жученко, 2009).

2. Условия, объекты и методы исследований

Исследования проведены в 1997-2008 гг. на базе Агрокомбината «Заря» и государственных сортоиспытательных участков Курганской области, расположенных в лесостепной зоне Зауралья с преобладанием выщелоченных черноземов в структуре почв. Особенностью зоны является фоновое загрязнение почвы и воздушной среды радионуклидами от промышленного объединения «Маяк» Минатомэнерго Челябинской области. Радиационное загрязнение обусловлено сбросами радиоактивных отходов производства в открытую гидросистему рек Теча и Исеть с 1949 по 1957 гг. Объем загрязненной воды составил 76 млн м3 с общей активностью 7,76 млн Кu. По нашим данным (Порсев, 2002), средняя загрязнённость радионуклидами поймы реки Исеть в районе села Крутиха Далматовского района, где расположены основные опытные поля, не превышает 2-3 Ku/км2, то есть не достигает критерия отселения - 4-5 Ku/км2. По литературным данным (Машков, Самусев, 2005; Филипас, Ульяненко, Пименов и др., 2006; Маркина, Прудников, Ковалёв и др., 2006) проблем в получении экологически нормативной сельскохозяйственной продукции при загрязнении радионуклидами территорий в пределах 0,3 Ku/км2 не возникает и существенного изменения видового состава, а также численности вредных организмов не отмечается. Однако в пойме реки Исеть, где расположены частные выпасы, покосы и угодья ОАО Агрокомбината «Заря», на отдельных участках загрязнение радионуклидами достигает 80 Ku/км2 и выше, что усугубляет опасность вторичного загрязнения почвы полевых севооборотов и сельскохозяйственной продукции радионуклидами, вызывая необходимость их мониторинга.

Годы исследований характеризовались разнообразными погодными условиями. Из 12 лет исследований к острозасушливым отнесены 1998, 2000 и 2004 гг. Остальные годы, хотя и характеризовались определенными особенностями, в целом были благоприятными для возделывания сельскохозяйственных культур. При этом ГТК за период вегетации (май-август) варьировал от 1,1 (1997 г.) до 1,6 (2007).

Объектами исследований служили сорта сельскохозяйственных культур: яровой пшеницы (Новосибирская 89, Ильинская, Терция, СКЭНТ-1, Лютесценс 70, Тулеевская, Латона, Авиада и др.), ярового ячменя (Прерия, Бархатный), ярового овса (Скакун, Тюменский голозерный), картофеля (Невский, Лина, Сосновский, Адретта, Рождественский, Утро Омское, Гранат, Борус, Этюд и др.), овощных, плодовых и ягодных культур (в общей сложности более 100); вредные организмы, нарушающие формирование основных элементов структуры урожая (фитопатогены, фитофаги, сорные растения), а также регуляторы роста растений (Амбиол, Гумат калия, Гумат натрия, Крезацин, Силк, Хитозан, Эраконд, Эль-1, Гибберсиб, Эпин) и протравители семян (Раксил, Премис, Винцит и др.).

Методы исследований включали проведение полевых экспериментов на базе ОАО Агрокомбината «Заря», опытного поля и ГСУ Курганской области. Лабораторные исследования проводили на кафедре систем защиты растений и эпифитотилогии в лаборатории экологии болезней растений Новосибирского ГАУ. При этом технологии возделывания адаптировали на 40 полях общей площадью около 10 тыс. га, а полевые эксперименты проводили в 4-кратной повторности с регуляторами роста растений картофеля на делянках площадью 15,1 м2 (5,4Ч2,8 м), по зерновым культурам - 50 м2 (2,0Ч25 м).

Одновременно с полевыми опытами осуществляли производственное испытание на делянках площадью 5 га с использованием препаратов Эраконд и 105 га - Силк. Последний испытывали по договору с Институтом цитологии и генетики (ИЦиГ) СО АН РФ (2000).

Технология применения индукторов устойчивости включала опрыскивание посадок картофеля препаратами, начиная с фазы бутонизации с интервалом в 7-10 дней. Расход препаратов: Крезацин - 20 г/га, Силк - 100 г/га, Хитозан - 100 г/га, Гумат натрия - 250 мл/га, Эль-1 - 10 мл/га, Эраконд - 300 г/га, Иммуноцитофит 0,3-0,45 г/га, Гумат калия - 250 мл/га, Гибберсиб - 15 г/га, Фитоспорин 2 л/га, Интеграл - 2 л/га, Эпин - 80 мл/га. Расход рабочей жидкости 300 л/га. Индуктор Амбиол применяли при обработке клубней с расходом препарата 100 мг/т.

Фенологические наблюдения, уборку урожая и его учёт осуществляли по методике Государственного сортоиспытания..., 1985.

В опытах учитывали численность вредных организмов (фитопатогены, фитофаги, сорные растения) по общепринятым методикам (Методические рекомендации…, 1989; 1990). Нами модифицировано четыре метода исследований: определение локализации и потока ришитина под влиянием индукторов устойчивости, картирования территории на загрязнённость радионуклидами, определения хлорофилла и площади листьев картофеля (Порсев, 2005).

Усовершенствованию фитосанитарных технологий предшествовало получение следующей информации:

1. Фитосанитарное состояние почвы на основе почвенных картограмм (ФПК) севооборота или его звеньев под культуры следующего года (Чулкина и др., 1987);

2. Агрохимическая характеристика почвы по содержанию гумуса, P2O5, К2О, pH. Дополнительно в годы исследований определяли содержание азота - N-NO3.

3. Посевные и фитосанитарные качества семян, включая длину колеоптиле проростков, определяли методом рулонов и питательных сред. По результатам фитоэкспертизы разрабатывали: технологию повышения качества семян, включая протравливание, предпосевную обработку почвы с целью создания «эффективного ложа» для семян, обосновывали сроки посева для повышения конкурентоспособности растений (Агротехнический метод…, 2000);

4. Развитие корневых гнилей зерновых культур определяли дифференцированно по органам растений (Чулкина, Торопова, 2004). Учёты проводили дважды в течение вегетации: в фазу 3-х листьев и после уборки;

5. Засоренность посевов яровой мягкой пшеницы устанавливали в фазы всходов-кущения и в конце периода вегетации перед уборкой. Учитывали численность и видовой состав сорных растений, их фитомассу на 1 м2, соотношение фитомассы сорняков и культуры в посевах (Захаренко А.В., 2000);

6. Густоту всходов и продуктивного стеблестоя учитывали на 1 м2 в 8-ми точках поля;

7. Массу 1000 зёрен определяли по ГОСТу 12042-80;

8. Число зёрен в колосе рассчитывали по формуле:

где Ч - число зёрен в колосе, Т - масса 1000 зёрен, г, М - масса зерна с 1 м2, К - количество колосьев/м2, 1000 - коэффициент пересчёта;

9. Качество продукции, содержание радионуклидов, белка и клейковины в зерне определяли в ИЛ ФГУ САС «Шадринская» (№ ROCC RU 0001.510226) по ГОСТу 13586.1-68;

10. Экономическая оценка отдельных фитосанитарных технологических операций и всей технологии возделывания с.-х. культур осуществлялась по технологическим картам. Анализировали рыночную ситуацию и рентабельность получаемой с.-х. продукции (Захаренко В.А., 1994; Гончаров, 1999, 2008).

Статистическая обработка экспериментальных данных проведена методом дисперсионного и корреляционного анализов с использованием пакета прикладных программ Excel и SNEDECOR (Доспехов, 1985; Сорокин, 2004).

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

3. Вредные организмы, нарушающие формирование
элементов структуры урожая яровой пшеницы, картофеля
и других сельскохозяйственных культур

Уточнен видовой состав, распространённость и вредоносность вредных организмов сельскохозяйственных культур в условиях Зауралья. На пшенице выявлено более 30 видов вредных организмов, которые принадлежат к четырем группам экологических эквивалентов, нарушая постоянно или периодически формирование элементов структуры урожая. Густоту продуктивного стеблестоя способны существенно снизить 9 видов, среди них возбудители черноты зародыша и корневых гнилей (Bipolaris sorokiniana, Alternaria tenuis), шведские мухи (Oscinella frit, O. pusilla), хлебная полосатая блошка (Phyllotreta vittula); число зёрен в колосе - 29 видов, массу 1000 зерен - 6. Сильно вредоносны в периоды формирования этих элементов структуры урожая многолетние (Sonchus arvensis, Cirsium setosum, Convolvulus arvensis), малолетние (Avena fatua, Setaria viridis, Panicum miliaceum sp. ruderale) сорные растения и пшеничный трипс (Haplothrips tritici), а также микозы: септориоз (Septoria nodorum, S. tritici), бурая ржавчина (Puccinia recondita f. tritici), пыльная головня (Ustilago tritici).

Рисунок 1. Многолетняя динамика зараженности семян пшеницы фитопатогенами

Рисунок 2. Многолетняя динамика зараженности семян ячменя фитопатогенами

Изучение многолетней динамики заражённости семян яровой пшеницы и ячменя показало, что как A. tenuis, так и B. sorokiniana ежегодно в той или иной степени инфицируют семена зерновых культур (рисунки 1, 2).

Минимальное заражение семян яровой пшеницы A. tenuis и B. sorokiniana отмечено в 2002, 2004 гг., когда в период созревания зерна выпало в 1,5-2 раза меньше осадков по сравнению с многолетними данными (ГТК 1,1 и 0,5). Между заражённостью зерна видами фитопатогенов отмечена прямая корреляционная зависимость, свидетельствующая о сопряжённости процессов заполнения экологических ниш этими грибами в(на) семенах. В отдельные годы (2007, 2008) обнаружено перекрывание экологических ниш фитопатогенов. Доминирующим фитопатогеном является A. tenuis. Суммарная заражённость семян комплексом фитопатогенов (A. tenuis, B. sorokiniana, видами p. Fusarium и Penicillium) превышала биологический порог вредности (ПВ) на семенах пшеницы в 2,5-3,0 раза, ячменя - 1,5-2, овса - 0-1,3 раза, что свидетельствует о необходимости оздоровления семян пшеницы и ячменя ежегодно, а семян овса - периодически по данным их фитоэкспертизы.

Рисунок 3. Многолетняя динамика заселённости почв возбудителем корневой гнили Bipolaris sorokiniana в агроэкосистемах яровой пшеницы

Почва служит многолетним резервуаром фитопатогенов, семян сорняков и других вредных организмов, однако количественная оценка их популяций в зоне проведения наших исследований оставалась практически не выясненной. В связи с этим определена заселённость почв вредоносным возбудителем корневой гнили - грибом B. sorokiniana. (рисунок 3).

В годы исследований заселённость почв под яровой пшеницей превышала порог вредоносности для выщелоченного чернозема (20-30 конидий/г почвы) в 2,2-14,5 раз. Отмечена стабилизация заселённости почв в 2004-2006 гг., однако в увлажнённые 2007, 2008 гг. (ГТК 1,7 и 1,4) популяция достигла максимальной величины вследствие размножения фитопатогена преимущественно на влагалищах прикорневых листьев.

В почве агроэкосистем накопился довольно большой банк семян сорняков, который колебался в 2002-2006 гг. от 63 до 2144 млн экз./га, значительно превышая порог вредоносности, который условно принят за 30-40 млн семян/га (Стецов, 2007). Выявлена зависимость запаса семян сорняков в почве от степени увлажнения предыдущего весенне-летнего периода (рисунок 4).

Рисунок 4. Зависимость пополнения запаса семян сорняков почве от увлажнения весенне-летнего периода

Рисунок 5. Доля семян сорных растений в почве агроэкосистем Далматовского района

Более типичным для зоны является запас семян сорняков (около 300 млн экз./га), отмеченный в годы, когда в весенне-летний период выпало количество осадков соизмеримое с многолетними данными, а ГТК составлял 1,1-1,3. Такая ситуация отмечается 7-8 лет из 10.

В увлажнённые годы, когда за май-июнь выпадала почти двойная норма осадков (ГТК составил 1,4-1,7), происходило значительное сначала прорастание, а затем размножение сорняков и количество их семян в почве возрастало в 4 раза и более. Такие условия в зоне исследований повторяются в 25% случаев, или каждые 2-3 года из 10. Определение видового состава семян сорных растений в почве показало, что в их популяции преобладают семена щирицы (рисунок 5).

На посевах яровой пшеницы в 2001-2004 гг. в течение вегетации отмечались вредные организмы из трёх групп экологических эквивалентов (таблица 1).

Таблица 1 - Распространение вредных организмов на посевах яровой пшеницы (обобщённые собственные данные и Курганской СТАЗР, 2001-2004 гг.)

Суммарная вредоносность фитопатогенов, фитофагов и сорных растений проявляется на протяжении всего вегетационного периода. Не выявлено ни одного гектара свободного от сорняков, высока вредоносность головнёвых заболеваний, корневых гнилей, внутристеблевых вредителей, бурой ржавчины в годы с ГТК 1,3 и выше.

Вредные организмы на картофеле состоят из 35 видовых популяций, принадлежащих к трем эпифитотиологическим группам (рисунок 6).

Рисунок 6. Структура сообщества эпифитотиологических групп вредных организмов на картофеле

Преобладают почвенные, или корне-клубневые, вредные организмы: ризоктониоз (Rhizoctonia solani Kuehn.) - 22,8% площадей, чёрная ножка (Pectobacterium phytophthorum Appel.) - 16,9%, многолетние сорняки - 79,5% площадей. Из наземно-воздушных, или листо-стеблевых, вредных организмов особенно вредоносны фитофтороз (Phytophthora infestans de Bary) и колорадский жук (Leptinotarsa decemlineata Say.), распространённые соответственно на 45,0 и 73,8% площадей картофеля. Особенно опасна заражённость клубней выявленными почвенными патогенами, которые первыми заселяют экологические ниши растений в период вегетации и создают критический период в формировании густоты насаждения, снижая исходную стартовую конкурентоспособность растений к фитофагам и сорнякам. Суммарная поражённость болезнями клубней районированных сортов достигает 100% (таблица 2).

Таблица 2 - Поражаемость клубней картофеля разных сортов болезнями (2005-2009 гг.)

На овощных, плодовых и ягодных культурах уточнен видовой состав, эпифитотиология и вредоносность болезней и вредителей, коэффициент сходства которых с Сибирским регионом по периодам вегетации изменялся от 0,4 до 1,0. На этой основе подобраны сорта, разработаны общие подходы к фитосанитарной оптимизации технологий закладки плодового сада и возделывания указанных групп культур (Коллектив авторов, в т.ч. Порсев, 2003, 2006). Отмечена тенденция повышенной вредоносности фитопатогенов, формирующих тёмноцветные, устойчивые к солнечной радиации структуры для длительного выживания в почве - Bipolaris sorokiniana, Alternaria tenuis, Rhizoctonia solani. Выявленные особенности фитосанитарной ситуации послужили критериями усовершенствования фитосанитарных технологий возделывания зерновых, картофеля и других сельскохозяйственных культур в регионе.

4. Экологические основы совершенствования
фитосанитарных технологий возделывания зерновых культур

При совершенствовании фитосанитарных технологий возделывания сельскохозяйственных культур нами приняты за основу четыре принципа:

- определение видового состава по группам вредных организмов - экологических эквивалентов (почвенные, наземно-воздушные, семенные), существенно нарушающих формирование элементов структуры урожая. Количественная оценка фитосанитарного состояния семян, почвы и посевов;

- анализ параметров урожайности и основных элементов структуры урожая по каждому полю;

- совершенствование фитосанитарных технологий по периодам формирования основных элементов структуры урожая с преимущественным использованием устойчивых сортов и агротехнического метода защиты растений;

- разработка фитосанитарных технологий в сезонно-фенологической последовательности в составе общей технологии возделывания культуры.

Урожайность яровой пшеницы в Западной Сибири и других регионах примерно на 50% зависит от густоты продуктивного стеблестоя и на 50% - от числа и массы зёрен в колосе (Касаева, 1986; Торопова, 2005). Учитывая эти показатели, определены количественные параметры основных элементов структуры урожая в общей сложности на 60 агроэкосистемах зерновых культур (таблица 3).

Таблица 3 - Количественные параметры основных элементов структуры урожая яровой пшеницы в условиях Зауралья по годам наблюдений

Полученные результаты свидетельствуют о том, что биологическая урожайность яровой пшеницы в пределах 24,1-57,3 ц/га формируется при разных количественных параметрах основных элементов структуры, которые различаются по годам.

В засушливых условиях 2004 г. (за май-август выпало 97 мм осадков против 227 мм по многолетним данным) получена самая низкая биологическая и хозяйственная урожайность яровой пшеницы. Она обусловлена низкой озернённостью колоса (примерно на 23,5% ниже по сравнению с многолетними данными) и щуплым зерном со снижением его массы на 15,4%. При формировании максимальной биологической урожайности (57,3 и 46,1 ц/га) в увлажнённые 2007, 2008 гг. густота продуктивного стеблестоя составила 692 и 598 колосьев/м2 и были получены количественные параметры числа зёрен в колосе соизмеримые со среднемноголетними данными.

В отличие от яровой пшеницы, у ярового ячменя формируются несколько иные параметры элементов структуры урожая: озернённость колоса ниже на 23,8%, а масса 1000 зёрен, наоборот, выше на 44,4% при сопоставимой (556-563 колоса/м2) густоте продуктивного стеблестоя. При таких параметрах элементов структуры биологическая урожайность ячменя варьировала от 20,3 до 63,7 ц/га, в среднем составила 43,0 ц/га.

Обобщение полученных результатов свидетельствует, что оптимальные параметры по густоте продуктивного стеблестоя реализуются у яровой пшеницы в 66,7% случаев, у ячменя - в 50%. Оптимальные параметры озернённости колоса и массы 1000 зёрен реализуются у пшеницы и ячменя в 50% случаев.

Корреляционный анализ показал, что самая высокая прямая зависимость биологической урожайности существует в отношении густоты продуктивного стеблестоя: r=0,923±0,01 по яровой пшенице и r=0,955±0,04 по яровому ячменю при доле влияния соответственно 85,2 и 92,1%.

Более высокую биологическую урожайность зерна по сравнению со стандартным сортом Новосибирская 89 обеспечивают четыре сорта: Терция, СКЭНТ-1, Лютесценс 70, Тулеевская, показавшие повышенную адаптивность к условиям региона. Эти же сорта, за исключением СКЭНТ-1, дали одинаковую или более высокую урожайность, чем стандартный сорт и на ГСУ Далматовского района.

Полученные результаты позволяют отметить следующие закономерности: для получения максимальной биологической урожайности яровой пшеницы количественные параметры элементов структуры урожая в нормальные по увлажнению годы, которые отмечены в 7 случаях из 10, могут иметь следующие показатели: густота продуктивного стеблестоя 550-600 колосьев/м2, число зёрен в колосе - 20-24, масса 1000 зёрен - 33-35 г. В этом случае биологическая урожайность достигает 36,3-50,4 ц/га. В засушливые годы густота продуктивного стеблестоя уменьшается до 450-500 колосьев/м2, число зёрен в колосе - до 15-17, а масса 1000 зёрен - до 28 г. Качество зерна возделываемых сортов яровой пшеницы соответствует нормативам, принятым для сильной пшеницы (ГОСТ 13586,1-68).

Для достижения выявленных параметров основных элементов структуры урожая возникла необходимость оздоровления семян и почвы, повышения конкурентной способности растений к комплексу вредных организмов (возбудителям корневых гнилей, внутристеблевым вредителям, сорным растениям) путём оптимизации сроков и способов посева, создания эффективного ложа для семян, усовершенствования структуры посевных площадей в направлении подбора фитосанитарных предшественников, применения средств защиты растений.

Проведенные исследования свидетельствуют о том, что всхожесть семян зерновых культур варьировала в 2000-2006 гг. от 82,0 до 90,7%. В благоприятные по гидротермическим условиям годы, когда в период созревания и уборки стояла теплая сухая погода (2003, 2005) всхожесть семян достигала 95,0-97,5%. Это свидетельствует о принципиальной возможности создания в зоне переходящего фонда семян от благоприятных лет с высокими посевными качествами, среди них по районированным сортам яровой пшеницы Терции, Тулеевской, овсу - Скакун.

Фитосанитарное состояние семян также зависело от сорта. Повышенной устойчивостью к комплексу фитопатогенов (B. sorokiniana, A. tenuis, виды p. Fusarium, Penicillium) отличался сорт Терция. Наиболее вредоносным фитопатогеном - B. sorokiniana семена сорта Терция были заражены во все годы ниже порога вредоносности (5,0%), в то время как стандартный сорт Новосибирская 89 превышал этот показатель в 4 раза.

Заражённость семян различных сортов зерновых культур возбудителем черноты зародыша A. tenuis варьировала от 23,0 (сорт яровой пшеницы СКЭНТ-1) до 44,0% (сорт овса Скакун). Корреляционный анализ показал, что между всхожестью семян и заражением их A. tenuis существует обратная тесная связь: r= -0,876±0,051. Коэффициент детерминации составил 0,767, свидетельствуя о том, что всхожесть семян сортов яровой пшеницы практически на 77% может быть обусловлена заражением их A. tenuis, который относится к токсикогенным видам (Монастырский, 2008).

Определение длины колеоптиля сортов зерновых культур показало, что для оздоровления проростков и всходов важно применять технологии, обеспечивающие создание «эффективного ложа» для семян с предельной глубиной посева по среднеколеоптильным сортам яровой пшеницы Новосибирская 89, Ильинская, Терция, СКЭНТ-1, Лютесценс 70 не более 5 см, для длинноколеоптильных сортов Тулеевская, Латона, Авиада - 6 см. Для сортов ячменя Прерия и Бархатный предельная глубина посева не должна превышать 4,5-5 см, в то время как по сортам овса Тюменский голозерный и Скакун может при необходимости возрастать до 8 см. Таким образом, сорта яровой пшеницы и ячменя, которые относятся к группе средне- и длинноколеоптильных, требуют, при прочих равных условиях, более мелкой предельной глубины посева, чем районированные сорта овса, а следовательно, и более мелкой предпосевной обработки почвы.

Ведущим способом повышения качества семян при их неблагоприятном фитосанитарном состоянии является их протравливание и обработка биологически активными веществами (Попов, Дорожкина, Калинин, 2003). Все изученные протравители семян (Байтан универсал, Витавакс 200 ФФ, Раксил, Премис, Дивиденд стар, Винцит) обладали существенной (58,2-72,9%) биологической эффективностью, ограничивая передачу фитопатогенов через семена и обеспечивая оздоровление проростков и всходов.

Одной из причин возможного снижения урожайности является ретардантное действие фунгицидов на длину колеоптиля, полевую всхожесть семян и развитие всходов. Поэтому важно было выяснить различаются ли современные фунгициды по их действию на сорта яровой пшеницы (таблица 4).

Таблица 4 - Укорочение длины колеоптиля сортов яровой пшеницы под действием протравителей, % (среднее из 4-х опытов)

Наибольшим ретардантным действием обладают Раксил, Суми 8, Премис, укорачивая колеоптиль сортов на 1,5-2 см, а меньший фитотоксический эффект на длину колеоптиля оказывают Винцит и Витавакс 200 ФФ, укорочение колеоптиля которыми составляет 0,5-1 см. С другой стороны, самой высокой чувствительностью в фитотоксическому действию протравителей обладали сорта Новосибирская 20 и Новосибирская 89, а самой высокой устойчивостью - Кантегирская 89. Сорта Новосибирская 15 и Лютесценс 70 занимали промежуточное положение.

Полученные данные свидетельствуют о том, что фитоэкспертизу семян зерновых культур следует проводить как до, так и после протравливания, и на основании полученной информации оптимизировать глубину предпосевной подготовки и глубину посева семян, которые не должны превышать длину колеоптиля сорта. Обработка семян регуляторами роста (Силк, 50 мл/т; Симбионт 1 мл/т; Эль, 5 мл/т) не укорачивает длины колеоптиля сорта, а поэтому повторная фитоэкспертиза семян после их применения не требуется. Оптимизация нормы высева (6-6,5 млн всхожих зерен/га) позволила улучшить фитосанитарное состояние по основным группам вредных организмов (возбудители корневых гнилей, внутристеблевые вредители, сорные растения) (таблица 5).

Таблица 5 - Характеристика фитосанитарного состояния яровой пшеницы, различающейся по густоте посева (2000-2006 гг.)

При оптимальной густоте продуктивного стеблестоя особенно резко (в 3,6-4,4 раза) снизилась фитомасса сорняков в посевах, свидетельствуя о значительном росте конкурентоспособности растений пшеницы. Развитие корневых гнилей и поврежденность стеблей скрытостеблевыми фитофагами снизились в 2 раза. Улучшилось формирование всех элементов структуры урожая, а урожайность зерна возросла в два раза - с 18 до 38 ц/га.

Таблица 6 - Биологическая эффективность глубины посева семян яровой пшеницы (агрокомбинат «Заря» Далматовского района, 1998, 1999 гг.)

Опыты по уточнению глубины посева яровой пшеницы с учетом длины колеоптиле районированных сортов показали, что при посеве семян на глубину 1-1,5 см во влажный слой почвы как в засушливом 1998г. (ГТК 0,7), так и увлажненном 1999г. (ГТК 1,3) развитие и распространенность корневой гнили не превышала порога вредоносности (таблица 6). При посеве глубже 5 см, которая превышала длину колеоптиле районированных сортов (Новосибирская 89, Новосибирская 20, Лютесценс 70 и др.) отмечена эпифитотия корневой гнили (превышение ПВ в 5-7 раз). Прибыль от оптимизации глубины посева составляла в ценах 2002г. 639,5-848 руб./га. Полученные результаты совпадают с многолетними исследованиями, проведенных в разных зонах Сибири (Чулкина, 1985; Торопова, 2005).

Данные об эффективности различных способов посева (разбросного новым агрегатом «Кузбасс» и рядового сеялкой СЗП-3,6) представлены в таблице 7.

Таблица 7 - Влияние способов посева на развитие корневых гнилей и параметры элементов структуры урожая (среднее по трем опытам)

Аналогичный древнему способ посева - разбросной, произведённый с помощью агрегата «Кузбасс», имел преимущества по всем показателям, обеспечивал оздоровление вегетативных органов растений от фузариозно-гельминтоспориозной корневой гнили и ограничивал распространённость болезни.

В результате растения лучше кустились, а их вторичная корневая система оказалась более развитой. При незначительной разнице в массе 1000 зёрен между способами посева разбросной посев обеспечивал существенное увеличение густоты продуктивного стеблестоя благодаря повышенной продуктивной кустистости и повышению озерненности колоса на 10,7%, биологическая урожайность возросла на 5,8 ц/га, или 14,3%.

Фундаментальная роль в оздоровлении почв принадлежит предшественникам. Нами (Чулкина, Торопова, Порсев и др., 2004) выяснено, что самая низкая заселённость почв возбудителем корневых гнилей отмечена после пара и зернобобовых - в среднем соответственно на 28,8 и 41,7% по сравнению с зерновыми культурами. При однократном введении в севообороты пара и зернобобовых (горох, вика) возрастали процессы деградации конидий, примерно, на 35-40%, что и обусловило оздоровление почв.

Рисунок 7. Фитосанитарное состояние яровой пшеницы при введении в севообороты фитосанитарных предшественников (2000-2003 гг.)

Введение в севообороты фитосанитарных предшественников обеспечивает не только существенное оздоровление почв от инфекций, но и стабилизирует фитосанитарную ситуацию по другим вредным организмам, влияющим на эпифитотический процесс корневых гнилей (рисунок 7). Лучшими фитосанитарными предшественниками, создающими относительно благоприятное фитосанитарное состояние яровой пшеницы по комплексу вредных организмов, оказались горох, чистый пар, горох с овсом.

Установлена тесная прямая корреляционная связь (r= 0,85±0,12) между развитием корневой гнили и поврежденностью стеблей внутристеблевыми вредителями, открывающими «ворота инфекции». Введение фитосанитарных предшественников снижало развитие корневой гнили на 56,4%, а числен...