Управление энтомокомплексами сельскохозяйственных культур при орошении

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Управление энтомокомплексами сельскохозяйственных культур при орошении

Е.В. Комаров, О.П. Комарова

Актуальность. Возрастание антропогенных, в том числе химических нагрузок на агроландшафты в последние годы предопределяет необходимость поиска управляющих факторов, позволяющих регулировать численность фитофагов без применения или с минимальным применением пестицидов. Снижение численности вредителей ниже экономических порогов вредоносности может быть достигнуто в рамках экологической защиты растений, основным принципом которой является сдерживание численности вредных организмов на биоценотическом уровне. При этом необходимо создание в агроэкосистемах полидоминантных энтомологических комплексов, что позволит обеспечить снижение влияния вредных организмов и усиление активной роли полезной энто- мофауны. Объект. Энтомокомплексы в орошаемых севооборотах Нижнего Поволжья с различным насыщением многолетними травами. Цель исследований заключается в поиске путей управления численностью фитофагов в орошаемых агроландшафтах с использованием нехимических способов защиты посевов через повышение разнообразия биоценозов для повышения устойчивости орошаемых агроландшафтов. Результаты и выводы. Показано влияние орошения на оптимизацию микроклиматических параметров в посевах сельскохозяйственных культур, что ведет к повышению биоразнообразия и формированию полидоминантных энтомологических комплексов, что позволяет повысить сбалансированность энтомологического компонента агроэкосистемы и его способность к саморегуляции. Приводятся данные по количеству видов насекомых в агроценозах и сопутствующих стациях агроландшафтов Нижнего Поволжья. За период исследований (1987-2021 гг.) в регионе выявлено 1718 видов насекомых, в числе которых в агроценозах отмечено 1432 вида, 1582 - в сопутствующих стациях агроландшафта (лесополосы, опушки лесополос, обочины дорог и др.). В агроценозах без орошения насчитывается 982 вида. Установлено, что научно обоснованные севообороты являются ведущим организационным фактором управления фитосанитарным состоянием посевов. Определена их роль в поддержании устойчивого состояния энтомологических сообществ, снижении численности вредителей ниже экономических порогов вредоносности. Показано, что в орошаемых севооборотах с участием многолетних трав численность полезных насекомых возрастает в 2,5-2,7 раза, при этом соотношение численности энтомофагов, паразитических насекомых и фитофагов создает условия для саморегулирования энтомоценозов полевых культур, что позволяет снизить пестицидную нагрузку в агроценозах на 30-40 %.

Ключевые слова: управление энтомокомплексами, орошение сельскохозяйственных культур, агроландшафты.

Management of entomocomplexes of agricultural crops under irrigation

E.V. Komarov, O.P. Komarova

Summary

The article deals with the problems of management of entomocomplexes in irrigated agricultural landscapes of the Lower Volga region. The influence of irrigation and crop rotations with different saturation of perennial grasses on the number of entomofauna and the structure of entomocomplexes is shown. Data on the species composition of insects in irrigated and non-irrigated agrocenoses of the region are presented.

Introduction. The increase in anthropogenic, including chemical loads on agricultural landscapes in recent years determines the need to search for controlling factors that allow to regulate the number of phytophages without the use or with minimal use of pesticides. Reducing the number of pests below the economic harmfulness thresholds can be achieved within the framework of ecological plant protection, the main principle of which is to contain the number of harmful organisms at the biocenotic level. At the same time, it is necessary to create polydominant entomological complexes in agroecosystems, which will reduce the influence of harmful organisms and strengthen the active role of beneficial entomofauna. Object. Entomocomplexes in irrigated crop rotations of the Lower Volga region with various saturation with perennial grasses. The purpose of the research is to find ways to manage the number of phytophages in irrigated agricultural landscapes using non-chemical methods of crop protection through increasing the diversity of biocenoses to increase the sustainability of irrigated agricultural landscapes. Results and conclusions. The influence of irrigation on the optimization of microclimatic parameters in agricultural crops is shown, which leads to an increase in biodiversity and the formation of polydominant entomological complexes, which makes it possible to increase the balance of the entomological component of the agroecosystem and its ability to self-regulate. Data on the number of insect species in agrocenoses and associated stations of agricultural landscapes of the Lower Volga region are given. During the research period (1987-2021), 1718 species of insects were identified in the region, including 1432 species in agrocenoses, 1582 - in the accompanying stations of the agricultural landscape (forest belts, edges of forest belts, roadsides, etc.). There are 982 species in agrocenoses without irrigation. It is established that scientifically based crop rotations are the leading organizational factor in managing the phytosanitary condition of crops. Their role in maintaining the stable state of entomological communities, reducing the number of pests below the economic thresholds of harmfulness is determined. It is shown that in irrigated crop rotations with the participation of perennial grasses, the number of beneficial insects increases by 2.5-2.7 times, while the ratio of the number of entomophages, parasitic insects and phytophages creates conditions for self-regulation of entomocenoses of field crops, which reduces the pesticide load in agrocenoses by 30-40%.

Key words: management, entomocomplexes, agricultural crops, irrigation, agrolandscapes.

Введение

В настоящее время антропогенное воздействие на природу чрезвычайно велико. Ежечасно в биосферу выбрасывается огромное количество самых различных отходов промышленности, транспорта, постоянно идет мощнейшее излучение различных электромагнитных волн при передаче электроэнергии, радио и телесигналов.

Кроме этого, сельскохозяйственное производство использует тысячи и тысячи тонн удобрений, пестицидов, а также многие биологически активные вещества, которые загрязняют агробиоценозы и ведут к серьезным негативным последствиям [1]. Насекомые, фитопатогены и сорные растения, против которых применяются пестициды, приобретают устойчивость, гибнут полезная энтомофауна, животные, рыбы.

В связи с вышеизложенным при формировании стратегии и тактики защиты сельскохозяйственных культур от вредителей, болезней и сорняков, потери от которых достигают 20-35 % [10, 13, 17], а на отдельных культурах - до 60 % [21], необходим поиск путей снижения антропогенного воздействия на агроландшафты [7, 8].

Вопрос подавления численности и вредоносности фитофагов решается в рамках экологической защиты растений, в которой основным принципом является сдерживание численности на биоценотическом уровне. Основой экологической защиты служит создание в агроэкосистемах таких условий, при которых будет обеспечено снижение влияния вредных организмов и усиление активной роли полезной энтомофауны.

Решение вопросов защиты растений без нанесения ущерба окружающей среде наиболее значимо в орошаемых агроценозах. Это связано не только с ростом урожайности сельскохозяйственных культур при орошении в 2-4 раза за счет оптимизации факторов жизни растений, таких как водный и пищевой режимы почвы, но и за счет улучшения условий жизнедеятельности энтомофауны, в том числе повышения вредоносности фитофагов [5, 14].

Материалы и методы

Изучение насекомых в агроценозах полевых культур и поиск путей управления вредной и полезной энтомофауной проводили в 1987-2021 гг. в орошаемых и неорошаемых агроландшафтах в ФГБУ «Опытная станция «Орошаемая» в 24 км западнее г. Волгограда. Учеты энтомофауны проводили с использованием метода кошения стандартным энтомологическим сачком, численность насекомых в учетах выражали в количестве экземпляров на 100 взмахов сачком; для учетов герпетобионтов использовали почвенные ловушки - пластиковые стаканы объемом 0,5 л, заполненные 3%-ным раствором уксусной кислоты, численность фауны герпетобия приводили к количеству экземпляров на 10 ловушко-суток [12, 20]. Учеты проводили 1 раз в 7-10 дней в течение вегетации, с апреля по октябрь. В наших исследованиях мы проводили сравнение динамики численности фитофагов, энтомофагов и паразитических насекомых в фитоярусе и напочвенном ярусе в севооборотах с многолетними травами (43 %) и в севооборотах без участия многолетних трав. Также нами рассматривалась сравнительная динамика численности герпетобионтов в орошаемых и неорошаемых агроценозах.

Результаты и обсуждение

Проблема формирования устойчивых энтомологических сообществ в агроландшафтах достаточно широко обсуждается в мировой научной литературе [4, 9, 11]. В условиях юга России, отличающихся резкой континентально- стью с высокой амплитудой колебаний температуры и недостаточным количеством осадков, что, в свою очередь, приводит к изменениям доступности пищевых ресурсов для фитофагов, значительны колебания численности энтомофауны и высока вероятность вспышек вредителей [5].

Известно, что одним из основных критериев устойчивости биоценозов является биологическое разнообразие видов, входящих в агроэкосистему [2, 4, 18]. Следует также отметить, что количественные показатели устойчивости экосистем до настоящего времени не выработаны. В связи с этим стабильность экосистем сравнивалась нами в орошаемых и неорошаемых агроландшафтах по физиономическим характеристикам: видовому составу, обилию видов, а также по колебаниям их численности.

В аридных условиях Нижнего Поволжья на стабилизацию функционирования агроландшафтов в значительной степени оказывает влияние орошение. Наряду с созданием благоприятных условий для роста и развития сельскохозяйственных культур, орошение ведет к повышению видового разнообразия биоты. Причиной этого в первую очередь является оптимизация микроклиматических параметров на почве и внутри травостоя. Результаты наших исследований показывают, что после полива дождеванием в течение 3-4 дней температуры воздуха снижаются на 7-8 ^оС. При этом относительная влажность воздуха возрастает на 25-30 % на высоте до 1 м над орошаемыми посевами.

Более благоприятные в аридной зоне микроклиматические условия при орошении приводят к расширению экологических групп насекомых по отношению к водному режиму, в орошаемых условиях обитают как типичные ксерофилы, так и мезо- и гигрофилы. Связано это в том числе с созданием новых микростаций при поливах (каналов, водосборов, прудов-накопителей и т.д.), что ведет к расширению пространственного разнообразия среды. Такое усложнение структуры агроландшафта стабилизирует его устойчивость, позволяет повысить сопротивляемость внешним воздействиям, то есть формирование новых стаций в орошаемых условиях повышает разнообразие микроклиматических условий среды обитания энтомофауны. Сдвиг микроклиматических параметров в сторону повышения влажности и снижения температуры воздуха и почвы приводит к увеличению экологических ниш для полезных видов, предпочитающих в большинстве своем биотопы с более мезофитными и гигрофитными условиями. Все эти факторы ведут к повышению биоразнообразия сообществ энтомофауны в агроландшафтах с орошением.

Многолетними исследованиями Всероссийского НИИ орошаемого земледелия получены данные, показывающие возрастание сбалансированности энтомологического компонента агроэкосистемы, повышение его способности к саморегуляции в условиях орошения, что связано с увеличением разнообразия входящих в его состав элементов и формированием полидоминантной структуры сообществ в отличие от олиго- и монодоминантных сообществ неорошаемых агроценозов. Согласно нашим исследованиям, суммарное биоразнообразие зоокомпонента экосистем формируется в основном за счет беспозвоночных, в частности, насекомых. Они преобладают как по видовому составу, так и по численному обилию (около 80-85 % от общего количества животного населения).

В результате наших исследований установлено, что в орошаемых условиях повышается биоразнообразие энтомокомплексов, формируются в основном полидоми- нантные энтомоценозы и изменяется их трофическая структура. За период исследований (1987-2021 гг.) в Нижнем Поволжье (Саратовская, Волгоградская и Астраханская области и Республика Калмыкия) в мелиорированных ландшафтах нами выявлено 1718 видов насекомых, в числе которых в агроценозах отмечено 1432 вида, 1582 вида обитают в сопутствующих стациях агроландшафта (лесополосы, опушки лесополос, обочины дорог и др.). В агроценозах без орошения насчитывается только 982 вида.

Наряду с биологическим разнообразием на устойчивость биоценоза в значительной степени влияет структурная организация энтомологических сообществ, при этом важно выделить обилие доминантных видов, численность которых составляет более 5 % от общей численности. В научной литературе указано, что стабильность энтомокомплексов значительно возрастает при переходе от моно- к полидоминантности агроэкосистем [16, 18, 19]. Согласно данным наших учетов, к наиболее полидоминантным сообществам относятся энтомокомплексы, формирующиеся в посевах многолетних бобовых и злаковых трав и их смесей при орошении, где в их состав включено до 76 видов-доминантов. В энтомологических сообществах на посевах трав без орошения количество доминирующих видов снижается до 45, что характеризует неорошаемые энтомокомплексы как менее лабильные. Наименее устойчивые комплексы сформированы на кукурузе, где нами указано 27 видов- доминантов в условиях орошения и 14 - в агроценозах без поливов.

В организации экологической защиты растений ведущим организационным фактором управления фитосанитарным состоянием посевов считаются научно обоснованные севообороты. Нами определено их влияние на численность фитофагов, установлена роль севооборотов с различным насыщением многолетними травами в поддержании устойчивого состояния энтомологических сообществ, что позволяет поддерживать численность вредителей ниже экономических порогов вредоносности.

Нами установлено, что для стабилизации энтомологических сообществ, оптимизации соотношения численности полезных и вредных видов насекомых в структуре севооборота необходимо наличие многолетних трав, доля их должна быть не менее 20-60 %. На посевах многолетних трав и их смесей за счет уменьшения антропогенных воздействий (сокращение количества обработок почвы, многолетний жизненный цикл развития растений) поддерживаются оптимальные параметры для жизнедеятельности энтомофагов и паразитов по сравнению с агроценозами пропашных культур. Многолетние травы являются источниками миграции энтомофагов и паразитических насекомых на пропашные культуры, в связи с чем в севообороте травы должны располагаться невдалеке от участков с максимальной антропогенной нагрузкой. Сравнительные данные по учетам динамики численности фито- и энтомофагов на полях севооборота с участием многолетних трав (43 %) и в севообороте только с пропашными культурами представлены на рисунках 1 и 2. Результаты сравнительного изучения динамики численности фитофагов и энтомофагов фито- и напочвенного яруса за 1987-2021 гг. в севооборотах с многолетними травами и без них показывают увеличение численности полезной энтомофауны в 2,5-2,7 раза в севооборотах с участием многолетних трав.

Рисунок 1 - Динамика численности фитофагов и энтомофагов в полевых севооборотах с участием многолетних трав при орошении (ФГБУ «Опытная станция «Орошаемая», 1987-2021 гг.)

численность фитофаги орошаемый агроландшафт

Рисунок 2 - Динамика численности фитофагов и энтомофагов в полевых севооборотах c пропашными культурами при орошении (ФГБУ «Опытная станция «Орошаемая», 1987-2021 гг.)

В севооборотах с участием многолетних трав нашими предыдущими исследованиями установлено соотношение численности энтомофагов, паразитических насекомых и фитофагов: 1: 4,7 - 1: 6,7, при таком соотношении численности возможно саморегулирование энтомоценозов полевых культур [3].

Орошаемые участки также в большей степени привлекают энтомофагов, заметно снижающих численность вредителей [18]. Расширение экологических условий местообитания насекомых в орошаемых агроландшафтах приводит к росту численности полезной эн- томофауны, в том числе активных хищников из семейства жужелиц (Coleoptera: Carabidae), обитающих в напочвенном ярусе агроценозов всех полевых культур (рисунок 3).

Рисунок 3 - Влияние орошения на численность жужелиц (Coleoptera, Carabidae) на основных сельскохозяйственных культурах (ФГБУ «Опытная станция «Орошаемая», 1987-2021 гг.)

Жужелицы (Coleoptera: Carabidae), согласно данным наших исследований, преобладали в сборах с использованием почвенных ловушек (до 82,1-85,02 % фауны герпетобия). Результаты наших исследований показывают увеличение численности представителей этого семейства на орошаемых посевах основных сельскохозяйственных культур в 2,5-12,4 раз в сравнении с неорошаемыми агроценозами. Установлено, что возрастание численности жужелиц в агроценозах с орошением происходит за счет увеличения обилия видов, имеющих смешанный тип питания, в первую очередь к таким видам относятся Poecilus cupreus L., P. nitens Chaud., Pseudoophonus rufipes De Geer, Clivina fossor L., Bembidion properans Steph., Harpalus distinguendus Duftschmid. Эти виды, по данным многих авторов, активно хищничают, значительно снижая численность фитофагов в посевах полевых культур [6, 14, 15].

Выводы

В результате многолетних энтомологических исследований получены данные, показывающие возрастание сбалансированности энтомокомплексов в агроэкосистемах, повышение их способности к саморегуляции в условиях орошения. Это связано с увеличением разнообразия входящих в состав энтомокомплексов элементов и формированием полидоминантной структуры сообществ в отличие от олиго- и моно- доминантных сообществ неорошаемых агроценозов.

Устойчивость и стабильность энтомологического компонента биоты в орошаемых агроландшафтах обусловливается в первую очередь формированием полидоминантных энтомокомплексов, обладающих значительным биоразнообразием, а также за счет оптимизации трофической структуры сообществ. Установлено, что при орошении формируются энтомокомплексы с более благоприятным соотношением между энтомо- фагами и фитофагами. При этом в условиях орошения создаются реальные условия для сохранения урожая и снижения применения пестицидов в агроценозах на 30-40 %.

Библиографический список

1. Берназ Н. И., Разин А. Ф., Разин О. А. Теория и практика защиты овощных культур от сорных растений // Аграрная Россия. 2021. № 3. С. 16-20.

2. Долженко В. И. Защита растений: настоящее и будущее // Плодородие. 2018. № 1 (100). С. 24-26.

3. Карпова Т. Л., Комарова О. П. Особенности формирования энтомокомплексов в орошаемых севооборотах Волго-Донского междуречья // Известия Нижневолжского агроуниверси- тетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. 2018. № 3 (51). С. 152-157.

4. Коваленков В. Г. Научный и практический опыт построения биоценотического контроля фитосанитарного состояния агроэкосистем // Агрохимия. 2019. № 6. С. 50-63.

5. Мелихов В. В., Комаров Е. В., Комарова О. П. Орошение - основа повышения стабильности энтомоценозов в аридных условиях юго-востока России // Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2019. Т. 14. № 1 (52). С. 34-39.

6. Сердюк В. Ю., Замотайлов А. С., Бондаренко А. С. Агробиологические особенности и хозяйственное значение некоторых видов полевых жужелиц ^oleoptera, Сarabidae) в агроценозах Краснодарского края // Труды Кубанского государственного аграрного университета. 2018. № 75. С. 90-96.

7. Терлецкий В. П. Применение молекулярно-генетических методов в паспортизации полезных бактерий для защиты растений // Аграрная Россия. 2018. № 11. С. 31-35.

8. Шабатуков А. Х., Хромова Л. М. Изучение фитопатокомплекса на посевах кукурузы в условиях степной зоны Кабардино-Балкарии // Аграрная Россия. 2021. № 9. С. 14-17.

9. Экологические аспекты формирования систем земледелия и защиты растений / И. В. Дудкин [и др.] // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. 2017. № 7. С. 2-7.

10. Agroecology and the design of climate change-resilient farming systems / M. A. Altieri [et al.] // Agronomy for Sustainable Development. 2015. Vol. 35. I. 3. P. 869-890.

11. Douglas A. E. Strategies for Enhanced Crop Resistance to Insect Pests // Annual Review of Plant Biology. 2018. Vol. 69. P. 637-660.

12. Gonzalez E., Salvo A., Valladares G. Insects moving through forest-crop edges: a comparison among sampling methods // Journal of Insect Conservation. 2020. Vol. 24. I. 2. P. 249-258.

13. Insect pest management in the age of synthetic biology / M. R. Fernandez [et al.] // Plant Biotechnology Journal. 2022. Vol. 20. I. 1. P. 25-36.

14. Labruyere S., Petit S., Ricci B. Annual variation of oilseed rape habitat quality and role of grassy field margins for seed eating carabids in arable mosaics // Agricultural and Forest Entomology. 2018. Vol. 20. I. 2. P. 234-245.

15. Mailafiya D. M. Agrobiodiversity for Biological Pest Control in Sub-Saharan // sustainable Agriculture Reviews. 2015. Vol 18. P. 107-143.

16. Poltavsky A. N., Artokhin K. S., Poltavsky M. A. The Pyraloidea (Lepidoptera) of the Rostov-On-Don Province of Russia, I. Family Crambidae (excluding subfamilies Crambinae, Helio- thelinae, Cybalomiinae) // Entomologist's Gazette. 2015. Vol. 66. No 2. P. 99-119.

17. Primary and Secondary Yield Losses Caused by Pests and Diseases: Assessment and Modeling in Coffee / R. Cerda [et al.] // Plos One. 2017. Vol. 12. I. 1.

18. Quantification of the Indirect Use Value of Functional Group Diversity Based on the Ecological Role of Species in the Ecosystem / S. Daniels [et al.] // Ecological Economics. 2018. Vol. 153. P. 181-194.

19. Structure, function and management of semi-natural habitats for conservation biological control: a review of European studies / J. M. Holland [et al.] // Pest management science. 2016. Vol. 72. I. 9. P. 1638-1651.

20. The influence of ecological infrastructures adjacent to crops on their carabid assemblages in intensive agroecosystems / E. Pecheur [et al.] // PEERJ. 2020. Vol. 8. Article number e8094.

21. Tuta absoluta (Lepidoptera: Gelechiidae) Success on Common Solanaceous Species from California Tomato Production Areas / J. Arno [et al.] // Environmental Entomology. 2019. Vol. 48. I. 6. P. 1394-14002.

Размещено на Allbest.ru