Лекция 14
Вопросы:
1.Сорт как средообразующий фактор
2. Устойчивость сорта – основа защитных мероприятий
3. Устойчивые сорта и их роль в энергосберегающих технологиях
ЗНАЧЕНИЕ СОРТА В СТАНОВЛЕНИИ АГРОЭКОСИСТЕМ И ИНТЕГРИРОВАННОЙ СИСТЕМЕ ЗАЩИТЫРАСТЕНИЙ
Сорта современных культурных растений — результат длительной селекции, основанной на внутривидовом полиморфизме и межвидовой и более отдаленной гибридизации. В связи с этим в мировой коллекции сортов различных видов культурных растений имеются формы, резко различающиеся между собой по анато-моморфологическим признакам, габитусу, продолжительности вегетации, форме плодов, цвету растений, морфофизиологий, биохимическим и физиологическим признакам. Порой различия между сортами по какому- либо признаку или их комплексу превышают различия между отдельными видами растений. Поэтому специфические свойства сортов существенно сказываются на структуре агроэкосистемы (агробиоценозе), основу которой представляет каждый конкретный сорт, занимающий определенную территорию.
Изменения в сортовом составе различных культур, периодически осуществляемые в целях повышения урожайности и продуктивности посевов, оказывают глубокое влияние на абиотические условия в агробиоценозах и биотические связи растений с населяющими эти территории потребителями первого и последующих порядков. В первую очередь это сказывается на многочисленных членистоногих — фитофагах и их энтомофагах.
Сорт как средообразующий фактор.
Территории, занятые определенным сортом той или иной сельскохозяйственной культуры, — это новое качество экологической среды в самом широком ее понимании. Эти различия обусловливаются не только а натомо-морфологи чески ми и физиолого-биохимическими отличиями сортов, но и спецификой их требований к условиям возделывания. Сорта одной и той же культуры отличаются по продолжительности вегетационного периода, мощности развиваемой ими биологической массы, размерам, форме, темпам роста, формирования корней, стеблей, листьев и репродуктивных органов, строению покровных тканей, паренхимы, проводящей системы, механических тканей и многим другим признакам, ответственным за средообразующую роль растений. В различных ярусах растительного покрова каждого сорта создается специфическая макро-, мезо- микросреда, на которую различные сочлены агроэкосистемы реагируют по-своему. На формирование микросреды, которая имеет большое значение для многих насекомых, клещей и возбудителей заболеваний, оказывают большое влияние адаптивные свойства покровных тканей растений. В частности, к ним относятся плотность кутикулы, строение и форма волосков, шипиков, наличие или отсутствие бороздок на поверхности листьев, характер восковых образований и т. д., а также частота расположения устьиц, особенности их строения и т. д. Так, на поверхности растений сортов, различающихся по строению кутикулы, восковому налету и опушению, создаются различные микрорежимы влажности и температуры. Микроструктуры поверхности растений влияют непосредственно на вредные и полезные организмы, создавая им различные возможности для удержания и передвижения по растениям и при их внедрении внутрь. Успех проникновения вредных организмов внутрь растений и поглощения ими пищи зависит также от особенностей развития механических тканей. Недостаточная атакуемость основных биополимеров растений гидролитическими ферментами фитофагов резко снижает КПД поглощенной имя пищи.
Рассмотрим на нескольких примерах, как сортовые особенности сельскохозяйственных культур и их средообразующая роль сказываются на заселяющих эти посевы фитофагах и возбудителях заболеваний.
На неопушенные сорта хлопчатника бабочки хлопковой и табачной совок откладывают яйца неохотно (заселенность растений яйцами этих вредителей снижается примерно на 60 %). Отсутствие у хлопчатника опушения создает также неблагоприятные условия для белокрылки Bemisiatabacii. Особенности анатомического строения листовых пластинок хлопчатника имеют решающее значение при заселении его паутинным клещом.
Изрезанность листовой пластинки хлопчатника выступает как фактор устойчивости к мексиканскому хлопковому долгоносику. У растений с изрезанной формой листьев повышена эффективность фотосинтеза. Такие растения лучше освещаются и вентилируются. В их кроне и на почве под ними удерживается повышенная температура, что неблагоприятно для развивающихся личинок мексиканского хлопкового долгоносика, белокрылки и других видов вредителей и возбудителей заболеваний. В крону таких растений лучше и равномернее проникают пестициды при обработке ими посевов.
При размещении на площадях, занятых краснолистным хлопчатником, полос зеленолистного хлопчатника (10—20 % площади), последние привлекают к себе основную часть популяции вредителя, где он уничтожается инсектицидами.
Растения хлопчатника, не имеющие внецветковых нектарников, слабо привлекают хлопковую, табачную совок и другие виды бабочек для откладки яиц, а также клопов-слепняков. У таких растений также резко снижается пораженность коробочек гнилью.
Скороспелые сорта хлопчатника меньше повреждаются вредителями и болезнями, так как на рано заканчивающих вегетацию растениях успевает развиться меньше поколений вредных организмов. Особенно эффективно снижение поврежденности скороспелых сортов вредителями, дающими в сезоне большое число поколений (хлопковая совка, розовый червь, мексиканский хлопковый долгоносик). На рано созревающих растениях ухудшаются условия питания гусениц хлопковой совки.
Скороспелые карликовые формы хлопчатника со сближенными междоузлиями развивают небольшую вегетативную массу, и уборка их урожая обычно проходит на 40—60 дней раньше. Это снижает возможность поражения коробочек гнилями и повышает качество собираемого урожая.
Сорта пшеницы по-разному привлекают и повреждаются шведскими мухами в зависимости от формы куста (прямостоячий или лежачий), коэффициента кустистости, сроков образования узловых корней, длины периода от всходов до кущения, опушения листьев, формы колоса и других особенностей растений.
Шведская муха при заселении колосков ячменя находит лучшее укрытие от ветра на многорядных сортах по сравнению с колосьями двурядных ячменей. Поэтому при равных условиях двурядные ячмени почти не повреждаются этим вредителем.
Линии и гибриды кукурузы, у которых метелки быстро освобождаются от прикрывающего их верхнего листа, слабо заселяются тлями на завершающих этапах онтогенеза растений, а формы кукурузы, у которых початки хорошо укрыты оберточными листьями, слабо повреждаются кукурузным мотыльком, хлопковой совкой и зерновой молью и слабо поражаются фузариозом початков.
Формы подсолнечника, у которых корзинки в период формирования и созревания семянок удерживаются на стебле под острым углом к почве, слабо поражаются серой и белой гнилями, что обусловливается быстрым стеканием дождевой воды, росы и высыханием корч инок.
Большое значение в устойчивости растений к вредителям и возбудителям заболеваний имеет средообразующая роль сортов и у многолетних насаждений. Как сообщают А. М. Соколов и Р.А. Соколова (1974), у яблони сорта Пепин шафранный соцветия до разрыхления бутонов плотно обернуты листочками и имеют густоеопушение в виде войлочка; после обособления бутоны у этого сорта плотно одеты чашелистиками. У сильно повреждаемых сортов соцветия более рыхлые и не имеют опушения. Эти особенности определяют низйийцроцент поврежденности бутонов яблонным цветоедом. Степень повреждаемости яблок гусеницами плодожорки связана с анатомическими особенностями плодов (длина подчашечиой трубки, строение семенных камер и наличие или отсутствие сообщения между подчашечной трубкой и семенной камерой). На степень заселения яблонь плодожоркой и другими вредителями и возбудителями заболеваний существенное влияние оказывают форма кроны и степень ее ажурости.
Таким образом, растения каждого из сортов (гибридов, линий) и сортовая агротехника создают на поле своеобразные условия освещенности, температуры и влажности. Посев каждого сорта — это разный уровень насыщения приземного слоя летучими химическими веществами — алломонами, и в первую очередь пищевыми аттрактантами или репеллентами; это спецнфнческая макро- и микроструктура поверхности растений; это временные особенности ростообразовательных процессов; это не только разная степень привлечения фитофагов к посеву, но и разные топологические возможности для размещения на посевах вредителей и других сочленов агробиоценоза, включая сорные растения; это другое качество пищи для фитофагов, специфические условия ее поиска, захвата, гидролиза и дальнейшей утилизации; это другие пространственные и временные связи фитофагов с растениями и другие условия их развития и резервации; это разный уровень выживаемости и отбора консумеитов (потребителей) первого и последующих порядков (фитофагов и их хищников и паразитов из мира вирусов, бактерий, энтомофторовых грибов, микроспоридий, клещей, насекомых и других организмов, а также эпифитной микрофлоры). Все это свидетельствует о крупной специфической средообразующей роли каждого сорта любой сельскохозяйственной культуры в агроэкосистемах.
Устойчивые сорта—основа защитных мероприятий
Созданию устойчивых к вредителям сортов сельскохозяйственных культур принадлежит важнейшая роль в интегрированной защите растений. Посевы устойчивых сортов слабо привлекают к себе вредителей, на их плантациях складывается менее благоприятная экологическая обстановка и возникают трудности в добыче и усвоении необходимых для их нормального существования и размножения энергетических и пластических веществ. Поэтому использование устойчивых сортов является мощным рычагом, с помощью которого возможны многолетнее регулирование численности вредителей и обеспечение защиты растений от них без применения химических средств.
На посевах устойчивых сортов во многих случаях численность вредителей не превышает уровня порога экономической вредоносности. Поэтому не возникает необходимости в использовании инсектоакарицидов. В других случаях, если сорт устойчив в невысокой степени, снижаются кратность химических обработок посевов и нормы расхода токсических веществ. На устойчивых сортах возможно сдвигать сроки использования токсикантов для обработки посевов — начинать их позже заканчивать раньше. Все это имеет важное значение не только для снижения расходования пестицидов, но и для уменьшения опасности загрязнения ими урожая и окружающей среды. Благодаря тому, что в нашей стране уже 45 лет возделываются только устойчивые к подсолнечниковой огневке сорта подсолнечника, было сэкономлено по меньшей мере 240 тыс.т инсектицидов. Наличие сортов пшеницы, устойчивых к гессенской мухе и хлебным стеблевым пилильщикам, сняло вопрос о разработке химических мер защиты этой культуры в США, Канаде и других странах.
В США создана серия сортов сахарной кукурузы, устойчивых к хлопковой совке, что дало возможность резко повысить доходность этой Культуры. Наличие устойчивых сортов в основном решило проблему ликвидации опасности загрязнения урожая инсектицидами, что очень важно, поскольку сахарная кукуруза широко используется в пищу в непереработанном виде.
Отечественная практика выращивания кукурузы в зонах высокой вредоносности шведской мухи показала, что на неустойчивых сортах необходимо проводить две обработки посевов инсектицидами, а на устойчивых — лишь одну.
На посадках неустойчивых сортов картофеля в юго- западных районах Украины для защиты от колорадского жука обычно проводятся 2—3 химические обработки, на устойчивых сортах в обычные годы не требуется химической защиты, а в годы повышенной численности этого вредителя достаточно проведения лишь одной обработки инсектицидами.
Антибиотическое воздействие устойчивых сортов на фитофагов (насекомых и клещей) и возбудителей заболеваний существенно сдерживает их размножение. Повышенная выносливость таких сортов снижает вре-доносность вредителей, а следовательно, и потери урожая от вредных организмов. Поэтому надежность прогнозов размножения вредителей, развития эпифитотий и их вредоносности на посевах устойчивых сортов бывает всегда выше, чем на посевах неустойчивых сортов. Это должно учитываться при составлении кратковременных и долгосрочных прогнозов. Очень важно также, что на посевах устойчивых сортов вредные организмы не в состоянии быстро реагировать на складывающиеся благоприятные погодные условия, как это происходит на посевах неустойчивых сортов.
В последнее время в защите растений применяются стерилянты, гормоны и половые феромоны. Известно, что при высокой численности вредителей нельзя достичь высокого эффекта от использования этих веществ. Эти средства применяют при низкой численности вредителей или при условии предварительного снижения плотности популяции с помощью химических средств. На посевах, занятых устойчивыми сортами, изреживанне популяции вредителей происходит автоматически.
Полная отмена или существенное снижение уровня использования ннсектоакарицндов на полях, занятых устойчивыми к вредителям сортами, уже сама по себе способствует сохранению от гибели энтомофагов и их активизации. Это показали исследования Б.П. Асякнна на полях капусты в Ленинградской области. По его данным, численность алеохары и триб-лиографы на делянках, где росли устойчивые к капустным мухам сорта капусты и не проводилась химическая защита растений, была в 15 раз выше, чем на посадках неустойчивых сортов, где применялись химические меры.
Благодаря более медленному нарастанию численности фитофагов в течение сезона и меньшей их плотности на посевах устойчивых сортов по сравнению с неустойчивыми сокращается временной разрыв между появлением уязвимых фаз вредителя и его энтомофагов. Это также создает предпосылки для повышения эффективности энтомофагов. Следует отметить, что средообразующее значение сортов может оказывать положительное и отрицательное влияние на энтомофагов через изменения микроклимата на полях того или иного сорта. Кроме того, разные сорта сельскохозяйственных культур могут оказывать аттрактивное или репеллентное действие на энтомофагов вследствие различий выделяемых ими летучих фракций веществ вторичного и первичного обмена.
Повышение эффективности антагонистов — бактерий и грибов — на посевах устойчивых сортов растений в первую очередь обусловливается изменением количественных соотношений между ними и возбудителями заболеваний в пользу первых.
Устойчивые сорте и их роль в энергосберегающих технологиях
Как известно, одной из важнейших задач растениеводства является максимальное снижение затрат искусственной (невозобновляемой) энергии на выращивание единицы продукции.
Искусственная энергия получается при использовании таких энергетически богатых веществ, как нефть, каменный уголь, торф и т. д. Эти вещества используются человеком в растениеводстве не только для обеспечения работы машин и механизмов при обработке почвы, посеве, уходе за ними и уборке и т. д., но и для изготовления минеральных удобрений и. пестицидов. Известно, что запасы энергетических веществ.на нашей планете ограничены. Поэтому одной из важных задач является снижение масштабов их применения в растениеводстве. Одним из путей экономии энергетических ресурсов является создание и использование устойчивых сортов.
Устойчивые сорта обеспечивают повышение урожайности сельскохозяйственных культур и одновременно снижают потребность в использовании пестицидов при защите их от вредных организмов.
Остановимся на энергетической стоимости пестицидов. На производство каждой тонны пестицидов в среднем затрачивается 8 т нефти (J.Schalk, R. Ratcliffe, 1976). Исходя из этого D. Pimental (1976) приводит интересные расчеты энергетической стоимости химической защиты растений. Упомянутый автор сопоставил энергетические затраты на химическую защиту некоторых культур с общими затратами на все процессы их выращивания. Им было показано, что затраты пестицидов на посевах кукурузы (включая гербициды) полощают половину всех энергетических затрат на выращивание этой культуры.
Американские ученые установили, что при выращивании скороспелых сортов хлопчатника с длиной вегетационного периода 120 (вместо 160—180) дней снижается расход удобрений на 80 %, воды на ирригацию— на 50 %, инсектицидов — на 75,%. При этом достигается высокий урожай, что обеспечивает увеличение чистого дохода в 250 долларов с гектара. Себестоимость единицы урожая (волокна) снижается при этом на 43 %. Существенно уменьшаются н трудовые затраты, в том числе на уборку урожая, поскольку он созревает одновременно и убирается за один проход хлопкоуборочного комбайна. Энергетические затраты на возделывание и уборку хлопчатника снижаются на 33 %, а энергетические затраты на каждый полученный килограмм волокна — на 56 %. На рано освобожденных из-под хлопчатника площадях успевает вырасти повторная культура, что способствует расширению кормовой базы.
Анализ объемов мирового производства и потребления различных категорий пестицидов показывает, что спрос на инсектициды в 10—12 раз превышает спрос на фунгициды. Это безусловно связано с разным уронем обеспеченности сельскохозяйственного производства устойчивыми сортами к возбудителям заболеваний и вредителям. Так, согласно данным D. Pimental (1976), в США в 70-х годах соотношение между используемыми в сельском хозяйстве пестицидами составляло: инсектициды — 54 %; гербициды — 36 %; фунгициды—10 %. При этом инсектицидами обрабатывалось 12 % возделываемых в стране площадей, а фунгицидами—только 1 %. Это объясняется тем, что в связи с недостаточной обеспеченностью сельского хозяйства устойчивыми к вредителям сортами основной упор при защите растений от них делается на применение инсектицидов, в то время как возбудители заболеваний в первую очередь подавляются устойчивыми к ним сортами и некоторыми профилактическими методами. Таким образом, создание сортов, устойчивых к вредным организмам, играет важную роль в программах разработки энергосберегающих технологий выращивания