CC BY
11УДК 632.913:63:574.4
ЭКОСИСТЕМНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ПАХОТНЫХ ЗЕМЕЛЬ И ИХ ФИТОСАНИТАРНАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ
А.М. Шпанев
Всероссийский НИИ защиты растений, Санкт-Петербург
Многолетние биоценологические исследования на стационаре в Каменной степи позволили установить наличие единого экосистемного пространства в пределах изученного крупного выдела агроландшафта, состоящего из целостных севооборотных экосистем, внутри которых формируются агробиоценозокомплексы озимых зерновых и яровых зерновых культур, а также агробиоценозы гороха, проса, кукурузы, гречихи, сои. Организационно-пространственная и функциональная структура агроэкосистем агроландшафта представлена составом всех основных его компонентов: произрастающих на полях культур разного срока развития в течение вегетационного периода, сорных растений, членистоногих и фитопатогенов. Высокий и долговременный эффект достигается фитосанитарной оптимизацией всех уровней экосистемной организации пахотных земель - агроценозов полей, севооборотных агроэкосистем и состоящих из них агроландшафтов.
Ключевые слова: агроценоз, агробиоценоз, агробиоценозокомплекс, севооборот, агроланд-шафт, агроэкосистема, фитосанитарная оптимизация.
В настоящее время в среде ученых агробиоценологов и защитников растений сложилось довольно четкое представление об экосистемной организации пахотных земель. Элементарным, то есть наименьшим экосистемным образованием в посевах сельскохозяйственных культур является агроценоконсорция (Зубков, 1992а). Она представляет собой участок посева небольшого размера, на котором все сообщество живых организмов непосредственно взаимодействует друг с другом. Агроценоконсорции в совокупности составляют ценоз поля (агроценоз) - экосистему среднего уровня в организационной иерархии, не обладающую еще, однако, выраженными свойствами устойчивости и саморегуляции (Зубков, 1995а). Соответственно, поле, занятое определенной культурой в течение периода ее вегетации, и есть агроценоз, в частности пшеницы, ячменя, гороха, кукурузы, картофеля и т.д. Для каждого агроценоза в зависимости от региона возделывания культуры характерно постоянство и типичность состава организмов (Танский, 1997а). Задача оптимизации фитосани-тарного состояния отдельных полей включалась в программу исследований при разработке биоценотического подхода в защите растений (Поляков, 1975; Васильев, 1995; Танский, 1997б,1998).
Соседние поля одного и того же сево-
оборота вместе с экотонами составляют единую целостную агроэкосистему с присущими ей качествами устойчивой во времени и пространстве самоорганизации (Зубков, 1982.1992б,1997а). При этом, чем больше полей и культур входит в севооборот, тем устойчивее севооборотная агроэкосистема и тем больше шансов использовать ее полезные саморегуляционные механизмы (Зубков, 1997б). Исходя из этих представлений сформировалась точка зрения, что защиту растений следует организовывать на уровне полевых севооборотов (Зубков, 1995б,1996; Новожилов, 2003). Тем самым обозначился переход защиты растений на экосистем-ный уровень (Соколов и др., 1994; Соколов, Захаренко, 1995; Зубков, 1997в; Новожилов, 1998), нацеленный на поддержание устойчивости и саморегуляции аг-робиоценозов с учетом всех особенностей агроландшафта. Была поставлена задача конструирования устойчивых саморегулируемых целостных адаптивных агро-экосистем в агроландшафте с благополучной фитосанитарной и экологической обстановкой (Жученко, 1995; Новожилов и др., 1995; Подходы к конструированию агроэкосистем..., 2000), которая ждет своего решения (Павлюшин, 2009). Для этого требуется не только обобщение накопленных знаний, но и новые исследо-
вания, и новый взгляд на организационно-пространственную и функциональную структуру агроэкосистем.
Как показал наш опыт, подобные исследования могут быть выполнены на ба-
Методика
Изучение экосистемы крупного выдела агро-ландшафта проводилось в период 2001-2008 гг. на агроэкосистемном стационаре на полях НИИСХ ЦЧП им. В.В.Докучаева в Каменной степи. Стационар включал три севооборота (5-польный отдела агрохимии, 8-польный противоэрозионный и 9-польный селекционный), а также семеноводческие посевы. Общая площадь земель стационара - 600 га. В исследования были вовлечены практически все возделываемые на юго-востоке ЦЧЗ культуры -озимые пшеница, тритикале и рожь, яровые пшеница, тритикале и ячмень, горох, кукуруза, просо, гречиха, соя.
Объектами учета являлись культурные и сорные растения, насекомые и пауки, возбудители болезней растений, мышевидные грызуны.
Данные по засоренности посевов, степени повреждения культурных и сорных растений фитофагами и поражения их фитопатогенами, уничтожение тех и других мышевидными грызунами получены на постоянных учетных площадках 0.1 м2 для культур сплошного сева и 1.4 м2 - для пропашных. На них проводились наблюдения за фенологией культурных и сорных растений, членистоногих, отслеживалась динамика численности сорняков и динамика поражения болезнями, определялось расположение в стеблестое посева имаго, личинок и яиц насекомых. В практическом плане использование методики постоянных учетных площадок (Зубков, 1973) позволяет выяснить, как отражается наличие всех групп организмов в ценозе на произрастании культуры и формировании урожая. Общее количество постоянных площадок на всех культурах за годы исследований составило 3219.
Для выявления видового состава членистоногих обитателей яруса травостоя, наблюдений за динамикой их численности и сезонным развитием осуществлялись регулярные кошения энтомологическим сачком. Они были приурочены к каждой фенологической фазе культуры. Один учет состоял из 8 проб, одна проба из 10 взмахов сачком. Общее количество кошений за период 2004-2008 гг. - 3024.
Для выявления видов, занимающих нижний
Результаты
Структура и функционирование агро-экосистемы крупного выдела агроланд-шафта (стационара) могут быть рассмотрены с позиции произрастающих на полях культур разного срока сева, определяющего календарную преемственность их развития в течение вегетационного периода. Это озимые зерновые (пшеница,
Вестник защиты растений, 2, 2011 зе агроэкологических стационаров. В таком случае стационар может выступать в качестве модели по экосистемному изучению агроландшафта конкретного природно-климатического региона.
исследований
ярус стеблестоя и обитающих на поверхности почвы, брались пробы биоценометром в количестве 6 в каждую фенофазу культуры. Их общее количество за 2004-2005 гг. составило 864.
Для выяснения состава герпетобионтов применяли метод отлова членистоногих почвенными ловушками Барбера. Насекомых и пауков выбирали из ловушек подекадно в каждую фазу развития культуры, одновременно с проведением других учетов. На одном поле размещалось 16 почвенных ловушек, всего за 2004-2005 гг. - 1440.
Наблюдения и учеты проводились почти на протяжении всего вегетационного периода - с третьей декады апреля по вторую декаду сентября.
Для сравнения ценозов изучаемых культур на наличие общих видов сорных растений и членистоногих использовался индекс попарного видового сходства Т.Съеренсена (1948). Общность агроцено-зов с учетом обилия составляющих видов сорных растений и членистоногих определялась с использованием коэффициента общности удельного обилия А.А.Шорыгина (1939).
Севооборот отдела агрохимии, за годы исследований прошедший полную ротацию, использовался нами в качестве модели для изучения севооборотной агроэкосистемы. При ее изучении соблюдалось важное условие - единовременность учетов всеми методами на всех культурах севооборота. По времени это занимало обычно два дня с интервалом в 10 суток. При этом учеты были привязаны к календарным датам, а не фенологии культурных растений. Количество учетов за вегетационный период составило 11, проводились они с первой декады мая по вторую декаду августа (в 2005 г. из-за месячной задержки с севом ранних яровых - по вторую декаду сентября). Общее количество постоянных площадок в севообороте за один вегетационный период было равным 320 по 64 на каждое поле, почвенных ловушек - 80 по 16 на поле, кошений - 40 по 8 на поле, проб биоценометром - 30 по 6 на поле.
Обработка данных велась с помощью традиционных статистических методов.
исследований
тритикале, рожь), ранние яровые (яровые пшеница, тритикале, ячмень и горох), поздние яровые культуры (кукуруза, просо, гречиха, соя).
Сорная растительность на полях стационара представлена 70 видами. Наибольшим видовым богатством характеризовались посевы озимых зерновых куль-
Вестник защиты растений, 2, 2011 тур, где было выявлено 60 видов сегета-лов. На полях, занятых ранними и поздними яровыми культурами, количество видов сорных растений было примерно равным - 43 и 46 видов соответственно. На полях агрохимического севооборота выявлено 38, в селекционном севообороте
- 45, в противоэрозионном - 39, на семеноводческих посевах - 36 видов сорных растений.
В пределах каждого из севооборотов проявляется большое сходство полей по обнаруженным на них видам сорных растений, составившее в агрохимическом и селекционном севооборотах по 76%, в противоэрозионном - 71%, на семеноводческих посевах - 69%. Общий состав сорных растений характерен не только для каждой изученной севооборотной экосистемы, но и для всей целостной агроэко-системы стационара. Этот вывод сделан на основе высокого значения коэффициента Съеренсена между полями всех севооборотов и семеноводческих посевов в целом, равного 76%.
Если видовой состав сорных растений не имел существенных отличий по агро-ценозам, севооборотам и может быть признан единым для всей агроэкосисте-мы стационара в Каменной степи, то с учетом обилия видов по численности растений-сегеталов доказаны статистически достоверные различия между ценозами. Так, группа озимых зерновых культур между собой имеет общность удельного обилия сорных видов по коэффициенту А.А.Шорыгина - 51.2%, с сорняками яровых зерновых культур -26.5%, с горохом - 20.2% и с сегеталами на поздних яровых - 19.4%. В свою очередь, посевы яровых зерновых по обилию сорняков схожи между собой на 73.8%, с ценозом гороха - на 59.6%, с яровыми поздними культурами - на 58.6%. Поздние яровые культуры имеют общность между собой на уровне 56.2% удельного обилия сорных видов. Следовательно, агроценозы как озимых зерновых, так и ранних и поздних яровых культур имеют свойственную только им
- каждой из этих групп ценозов - количественную структуру засоренности. В
посевах озимых зерновых культур в большем количестве произрастают яровые ранние виды, зимующие и факультативные сорняки, на полях ранних и поздних яровых культур преобладающей группой сорных растений являются поздние яровые, но на первых из них несколько больше яровых ранних и зимующих видов сегеталов, а на вторых -многолетников (табл. 1). Как оказалось, соотношение между группами сорных растений от общей их численности в аг-роценозах полностью согласуется с распределением их по видовому обилию. Так, доля многолетников и поздних яровых видов-сегеталов возрастает, а зимующих и яровых ранних снижается от озимых зерновых к поздним яровым культурам.
Согласно полученным данным, по фи-томассе и ярусности сорных растений многолетние виды лучшего развития достигают на полях, занятых поздними яровыми культурами, зимующие - в посевах озимых зерновых культур, яровые ранние - на ранних яровых культурах, яровые поздние - на поздних яровых культурах (табл. 2-3). Исходя из численности и условий, складывающихся для роста и развития сорняков в агроцено-зах, зимующие и факультативные сорные растения поддерживают свою численность в агроэкосистеме благодаря успешному произрастанию в посевах озимых зерновых культур. Ранними яровыми сорняками стационарная агроэкоси-стема постоянно пополняется за счет се-гетальной растительности полей, занятых ранними яровыми культурами, а поздними яровыми и многолетниками -за счет поздних яровых культур. Именно в посевах с высокой численностью и благоприятными условиями для произрастания определенной группы сегеталов целесообразно осуществлять защитные мероприятия против сорной растительности.
Средняя по всем агроценозам плотность сорных растений на стационаре составила 47.5 экз/0.1 м2, что соответствует сильной степени засоренности. Посевы озимых зерновых культур уступали по
плотности сорного травостоя (23.2 экз/0.1 м2) яровым поздним (48.4 экз/0.1 м2), а те
Вестник защиты растений, 2, 2011 в свою очередь - яровым ранним культурам (65.2 экз/0.1 м2).
Таблица 1. Структура засоренности агроценозов в Каменной степи (2001-2008)
_Биологические группы сорняков_
Агро-ценозы
Многолетние
Зимующие
Яровые ранние Яровые поздние Факультативные
шт.
%
%
%
%
%
Озимые 0.6 9.8 1.6 26.2 1.9 31.1 0.3 4.9 1.7 27.9
зерновые 1.2 5.2 6.8 29.7 11.7 51.1 1.3 5.7 1.9 8.3
Ранние 1.0 12.7 1.4 17.7 2.0 25.3 2.2 27.8 1.3 16.5
яровые 4.5 6.9 6.2 9.5 5.9 9.1 47.7 73.4 0.7 1.1
Поздние 1.4 21.9 0.7 10.9 1.3 20.3 2.6 40.6 0.4 6.3
яровые 3.4 7.6 1.3 2.9 4.1 9.2 35.1 78.7 0.7 1.6
В числителе - количество видов на 0.1 м2, в знаменателе - их численность на 0.1 м2.
Таблица 2. Сырая фитомасса сорных растений в агроценозах Каменной степи (2001-2008)
Агро-ценозы Многолетние Зимующие Яровые ранние Яровые поздние Факультати [вные
г/0.1м2 % г/0.1м2 % г/0.1м2 % г/0.1м2 % г/0.1м2 %
Озимые
зерновые Ранние 9.82 52.2 3.07 16.3 3.10 16.5 2.22 11.8 0.60 3.2
яровые 16.24 45.4 1.36 3.8 3.79 10.6 13.90 38.8 0.50 1.4
Поздние
яровые 16.78 41.0 0.25 0.6 2.91 7.1 20.76 50.7 0.29 0.7
шт.
шт.
шт.
шт.
Таблица 3. Ярусность* размещения сорных растений в агроценозах Каменной степи (2001-2008)
_Доля биологических групп сорняков, %_
р Многолетние_Зимующие_Яровые ранние Яровые поздние Факультативные
ценозы ~ 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 ~
Озимые
зерновые 4.3 5.3 29.5 60.9 2.1 2.8 34.7 60.5 1.6 1.2 5.3 91.8 0.0 0.0 3.7 96.3 0.0 0.2 3.8 96.0
Ранние
яровые 4.4 7.2 35.2 53.3 0.3 1.4 31.3 67.1 1.2 4.5 18.2 76.1 0.0 0.0 9.5 90.5 0.0 0.0 9.7 90.3
Поздние
яровые 3.4 10.9 48.8 36.9 2.9 4.0 13.8 79.4 0.0 0.8 19.1 80.1 0.9 8.5 33.0 57.6 0.0 0.0 5.7 94.3
*Ярусность: : 1- верхний, 2- на уровне культуры, 3 - средний, 4- нижний.
Сезонная динамика видового и численного обилия сорной растительности на полях Каменной степи выглядит следующим образом (рис. 1). Во время весеннего возобновления вегетации озимых зерновых культур в посеве присутствуют зимующие сорные растения, семена которых проросли еще осенью прошлого года. Весенняя волна появления сорняков связана с яровыми ранними формами, многолетними, зимующими и факультативными, появляющимися на полях под озимыми и ранними яровыми культурами во второй половине апреля-первой половине мая. Во второй половине мая в массе появляются поздние яровые сорняки, и их обилие продолжает увеличиваться до середины июня. Это так назы-
ваемая летняя волна появления сорняков. Пик численности сегеталов в агроце-нозах приходится на вторую половину июня - конец июля, когда сорные растения представлены наиболее широко, то есть самыми разнообразными по биологии видами. Начиная с июля уменьшается густота зимующих сорняков за счет растений прошлогодней осенней популяции, закончивших свое развитие к этому времени. Позднее это происходит в отношении зимующих и некоторых видов яровых ранних сорных растений весенней популяции. Это вызывает общее снижение плотности сорняков на полях, которое со временем касается все большего числа видов, в т.ч. и поздних яровых, вегетация которых также завершается.
..............................О - " " А- - ^ Поздние яровые
312312312312312 312312312312312
IV V VI VII VIII IX IV V VI VII VIII IX
Рис. 1. Сезонная динамика видового обилия (а) и численности (б) сорных растений в агроэкосистеме стационара в Каменной степи (2001-2008)
Видовое богатство членистоногих на полях в Каменной степи насчитывает 856 видов. При этом на полях севооборота отдела агрохимии количество выявленных видов членистоногих составило 538, в селекционном - 547, противоэрозионном
- 500, на семеноводческих посевах - 376 видов. Между севооборотами имеет место сходство видового состава энтомонаселе-ния и пауков (коэффициент Съеренсена
- 0.65), что также позволяет рассматривать возделываемые поля стационара как единое экосистемное пространство.
Сравнение общности ценозов по составу членистоногих с использованием коэффициента общности удельного обилия А.А.Шорыгина выявило высокое их сходство как среди озимых зерновых (84%), так и среди яровых зерновых культур (76%,). Как и следовало ожидать, большие различия наблюдаются в общности удельного обилия энтомонаселения между посевами гороха и зерновых злаковых культур (и озимых, и яровых), в т.ч. и поздних яровых культур (9.411.6%,). Последняя группа культур имеет также пониженное сходство членистоногих с группой озимых (18.5-57.5%,) и группой яровых (26.6-57%,) зерновых хлебов. Показатели общности членистоногих поздних яровых культур сильно варьирует (26-62%,).
Видовое богатство агроэкосистемы стационара в Каменной степи в равной степени представлено посевами озимых зерновых культур (568 видов), ранними и поздними яровыми культурами (565 и 526 видов). На озимых зерновых выявлено 150 видов (17.5%, от общего числа ви-
дов), не отмеченных в других агроцено-зах. Для ранних яровых культур таких видов 92 (10.7%,), для поздних яровых -110 (12.9%,). Это свидетельствует о том, что разнообразием возделываемых культур определяется богатство видов насекомых и пауков, населяющих агроэкосистему.
Среднее количество видов членистоногих - обитателей яруса травостоя в агроэкосистеме стационара составило 17 видов/10 взм. сачком, численность - 183.5 экз/10 взм. По видовому обилию членистоногих поздние яровые культуры (19.5 вида/10 взм.) несколько превосходили ранние яровые (17.6 вида/10 взм.), а те в свою очередь озимые зерновые (14.8 вида/10 взм.). По численному обилию энтомонаселения в стеблестое ранние яровые культуры (354.2 экз/10 взм.) за счет посевов гороха имели преимущество над агроценозами поздних яровых культур (166 экз/10 взм.), которые опережали в свою очередь озимые зерновые (127.2 экз/10 взм.).
В стеблестое озимых и ранних яровых культур на долю насекомых, повреждающих культурные растения, приходилось больше всего видов и особей членистоногих (табл. 4). На втором месте по значимости - группа хищников и паразитов, на третьем - насекомые, связанные с сорными растениями. На полях поздних яровых культур иное соотношение между группами членистоногих. Наибольшим числом видов представлены две группы -хищники с паразитами и насекомые, связанные с сорной растительностью. По численному обилию насекомых и пауков в травостое преимущество за группами насекомых, связанных с сорными растениями, и повреждающих культурные растения.
Таблица 4. Структура компонента членистоногих обитателей яруса травостоя в агроценозах _Каменной степи (2004-2008)_
Агро-ценозы
Группы членистоногих
Полифаги
Насекомые, повреждающие культуру
Насекомые, связанные с
сорными растениями
Хищники и паразиты
Сапрофаги, детритофаги, нек-рофаги, микофаги, афаги
Случайные мигранты
шт. % шт. % шт. % шт. % шт. % шт. %
Озимые 1.0 6.9 6.9 47.6 1.6 11.0 4.5 31.0 0.4 2.8 0.1 0.7
зерновые 1.6 1.3 111.7 88.7 2.7 2.1 9.2 7.3 0.7 0.6 0.1 0.1
Ранние 1.6 8.8 7.9 43.6 2.9 16.0 5.1 28.2 0.5 2.8 0.1 0.6
яровые 2.9 1.2 244.7 88.0 11.7 5.1 12.0 5.3 0.8 0.3 0.1 0.04
Поздние 1.9 11.1 3.2 18.6 5.6 32.6 5.8 33.7 0.6 3.5 0.1 0.6
яровые 5.9 4.3 46.5 34.2 66.7 49.0 15.5 11.4 1.3 1.0 0.1 0.1
В числителе - количество видов, в знаменателе - численность на 10 взмахов.
В течение вегетационного периода на полях в Каменной степи возрастает количество видов и особей энтомофагов, насекомых, привлекаемых в агроценозы сорной растительностью, а также полифагов. Различие между поздними яровыми и озимыми зерновыми культурами составляет, соответственно, 1.3, 3.5, 1.9 раза по видовому и 1.7, 24.7, 3.7 - по численному обилию. Следовательно, ценозы поздних яровых культур имеют большое значение в поддержании общего баланса численности членистоногих и придании устойчивости всей агроэкосистеме стационара, в том числе и в многолетнем аспекте. Именно посевы поздних яровых культур являются местом сосредоточения полезной биоты в позднелетний и раннеосенний период, обеспечивая постоянный источник пищи и возможность более длительного питания и развития на полях. Исходя из соотношения групп членистоногих на полях, занятых поздними яровыми культурами, основным источником пищи для энтомофагов служат насекомые, связанные с сорными растениями. Поэтому применение гербицидов, как очень эффективного мероприятия в борьбе с сорной растительностью, нежелательно. Предпочтительнее, например, предпосевные культивации, позволяющие снизить засоренность полей, предназначенных для поздних яровых культур, до уровня, не требующего применения химических средств. Или при сильной засоренности полей сделать выбор в пользу широкорядного способа сева культур, что позволит проводить между-
рядные обработки и отказаться от использования гербицидов.
В весенний период важная роль в функционировании агроэкосистемы принадлежит озимым зерновым, на посевы которых в отсутствие других культур в массе устремляются растительноядные насекомые, а за ними мигрируют хищники и паразиты. В первой половине лета такую же функцию выполняют ранние яровые культуры, являющиеся преемственным звеном между озимыми зерновыми и поздними яровыми культурами. Среди ранних яровых по обилию энто-мофагов и насекомых, связанных с сорными растениями, выделяется горох. Эта неблагоприятная в фитосанитарном отношении культура важна как база для накопления и размножения этих двух групп членистоногих. Поэтому и на горохе применение средств защиты растений должно быть обоснованным.
Обработка инсектицидами должна быть щадящей в отношении энтомофа-гов, проводиться в период наименьшего негативного воздействия на них и ограничиваться по возможности краевыми полосами посевов. Полезнее воздействовать на агроценоз гороха агротехническими методами, из которых наиболее действенным является ранний срок сева, при котором также велика вероятность, что не потребуется применение гербицидов. Следовательно, и на поле, занятом горохом, будет проходить развитие значительной доли насекомых, чей жизненный цикл связан с сорной растительностью, не уничтоженной гербицидной об-
Вестник защиты, растений, 2, 2011 работкой.
Таким образом, имеет место сезонная динамика видового и численного обилия членистоногих на полях Каменной степи, для жизненного цикла которых в течение вегетационного периода имеют значение определенные культуры, тесно связанные между собой (рис. 2). Весенний пик видового обилия членистоногих связан с озимыми зерновыми культурами, на посевах которых сосредоточивается большое количество растительноядных и хищных особей. Максимальное видовое обилие членистоногих первой половины лета отмечается с III декады июня по II декаду июля на полях, занятых ранними яровыми культурами. Во второй половине лета, а именно со II декады июля по I декаду августа, наблюдается еще более высокое значение видового обилия чле-
нистоногих, но уже на поздних яровых культурах. Динамика видового обилия насекомых и пауков на ранних яровых культурах является логическим продолжением таковой на озимых зерновых. Ее продолжает динамика членистоногих на поздних яровых культурах. То же можно отметить и в отношении динамики численности членистоногих обитателей яруса травостоя. И если в посевах одних культур количество попадающих в кошения особей уменьшается, а в других агроценозах в это же время оно увеличивается, то есть основания связывать это с миграцией видов. С интервалом в две декады наблюдается пик численности членистоногих на посевах озимых зерновых, ранних яровых и поздних яровых культур, соответственно, в I декаде июня, III декаде июня и II декаде июля.
312312312312312 312312312312312
IV V VI VII VIII IX IV V VI VII VIII IX
Рис. 2. Сезонная динамика видового обилия (а) и численности (б) членистоногих обитателей травостоя в агроэкосистеме стационара в Каменной степи (2004-2008)
Соотношение энтомофагов и фитофагов в агроэкосистеме стационара видится благополучным настолько, что можно говорить о высоком уровне естественной регуляции плотности популяции вредных насекомых. Так, на одну хищную и паразитическую особь приходится 11.1 особей, трофически связанных с культурными растениями. В агробиоценозоком-плексе озимых зерновых культур соотношение между вредными и полезными членистоногими за годы исследований колебалось в пределах 1:8-1:20, в агроценозах ранних яровых культур в целом оно было более высоким - в интервале
1:12-1:89 (1:12-1:29 - на яровых зерновых и 1:13-1:89 - на горохе). На полях под поздними яровыми культурами на одну хищную особь приходилось значительно меньше полифагов и фитофагов культурных растений, при минимальном и максимальном значении соотношения, равном 1:3 и 1:6 соответственно.
Перечень возбудителей заболеваний, выявленных на культурных и сорных растениях в агроценозах стационара Каменной степи, включает 52 вида, большинство из которых грибы, паразитирующие на культурных растениях. На зерновых культурах состав возбудителей пред-
ставлен наиболее полно. В ценозе гречихи были поражены только сорные растения.
Высокое значение видового обилия фитопатогенов характерно для ценозов озимых зерновых (13.6 вида/0.1 м2), среднее - для ранних яровых (11 видов/0.1 м2), низкое - для поздних яровых культур (2.4 вида/0.1 м2). В среднем по всем культурам этот показатель имел значение 8.6 вида/0.1 м2 при среднем развитии болезней на стационаре 19.7% с учетом поражения культурных и сорных растений. Однако доля последних в общей картине поражения растений фито-патогенами невелика - не превышает 10% на большинстве культур, достигая
Вестник защиты растений, 2, 2011 26.3% на кукурузе. Как уже отмечалось, гречиха болезнями не поражалась.
В фитопатогенном компоненте агроце-нозов Каменной степи лидирующие позиции по видовому обилию возбудителей и развитию занимают болезни, поражающие корневую систему культурных растений (табл. 5). Значительно меньше доля листостеблевых инфекций - в пределах 9.3-41.9% у культурных и 0.2-4.3% у сорных растений. Болезни репродуктивных органов растений здесь менее распространены, но в ценозах поздних яровых культур они проявляются интенсивнее, нежели на озимых зерновых и ранних яровых.
Таблица 5. Структура фитопатогенного компонента в агроценозах Каменной степи (2001-2008)
_Группы болезней_
Культурные растения_Сорные растения
ценозы корневая система листья и стебли репродуктивные органы листья и стебли репродуктивные органы
шт./% % шт./% % шт./% % шт./% % шт./% %
Озимые 10.0* 73.5 3.1 22.8 0.4 2.9 0.1 0.7 0.0 0.0
зерновые 21.2 86.0 2.3 9.3 1.1 4.5 0.04 0.2 0.0 0.0
Ранние 9.0* 81.5 1.7 15.4 0.04 0.4 0.2 1.8 0.1 0.9
яровые 15.1 55.5 11.4 41.9 0.1 0.4 0.3 1.1 0.3 1.1
Поздние 1.5* 62.5 0.3 12.5 0.2 8.3 0.3 12.5 0.1 4.2
яровые 5.2 55.9 1.9 20.4 1.4 15.1 0.4 4.3 0.4 4.3
*По литературным данным для этого региона; по сорным растениям данные отсутствуют. В числителе дается количество видов фитопатогенов на 0.1 м2, в знаменателе - развитие болезней (%).
На полях Каменной степи обитает не менее 4 видов мышевидных грызунов, питающихся преимущественно зерновыми культурами. В ситуациях, когда озимые зерновые заселяются мышевидными еще с осени и они продолжают находиться на полях до самой уборки урожая, озимым хлебам наносятся более сильные повреждения, чем яровым зерновым. При летнем заселении посевов больший урон наносится стеблестою яровых зерновых. На полях поздних яровых культур численность мышевидных грызунов всегда низкая и доля стеблей, ими уничтоженных, мала, тогда как в посевах поздних яровых культур доля поврежденных ими сорных растений значительно возрастает (табл. 6).
Итак, экосистема агроэкологического стационара - изучаемого выдела агро-ландшафта - слагается из севооборотных
агроэкосистем, в пределах которых за период ротации культур формируется единая целостная система со схожим для всех входящих в нее полей видовым и количественным составом биоты.
Таблица 6. Мышевидные грызуны в агроценозах Каменной степи (2001-2008)
Агро-ценозы
Уничтожено грызунами растений культурных сорных
%
Доля, %
%
Доля, %
Озимые 1.70 98.8 0.02 1.2
зерновые
Ранние 2.43
97.2 0.07 2.8
яровые
Поздние 0.30 76.9 0.09 23.1
яровые
Так, сходство видового состава сорных растений в 5-польном севообороте отдела агрохимии, имеющего набор культур из гороха, озимой ржи, проса, ячменя, кукурузы, по полям за ротацию составило
Вестник защиты, растений, 2, 2011 6%, а общность удельного обилия сегета-лов - 81%. Схожей оказалась и засоренность полей, а также формируемая на них общая фитомасса культурных и сорных растений (рис. 3).
Tj 250 1
g 100 Н
К
50 -
л
О
Рис. 3. Засоренность и фитомасса культурных и сорных растений в 5-польной севооборотной агроэкосистеме (2001-2005)
Если высокое сходство видового состава и общность удельного обилия сорной растительности на территории севооборота определяются насыщенностью почвы семенами разнообразных видов-сегеталов, ежегодно пополняемых в соответствии с ротацией культур, то те же показатели у насекомых и пауков достигаются в результате их активного перемещения по полям. Так, шведская муха с появлением всходов ячменя перелетала сюда, вероятно, с посевов озимой ржи, где сохранялся зимующий запас этого вредителя. Миграции в том же направлении характерны для полосатой хлебной блошки, основное питание которой проходит на ячмене, а заканчивается на поздних яровых культурах - кукурузе и просе. Обыкновенный хлебный пилильщик откладывает основную часть яиц на озимых зерновых, и лишь небольшая часть яиц оказывается размещенной на ячмене, потому что приходится на более поздние сроки. Точно также, жуком-кузькой первоочередному заселению в севообороте подвергается озимая зерновая культура, на поле которой проходит основное питание вредителя. Особи, которым питания оказалось недостаточно, перелетают на посев ячменя, где зерно еще доступно для употребления в пищу (прямые визуальные наблюдения). Зимовка пятиточечного долгоносика прохо-
дит на поле прошлогоднего гороха, засеянного осенью озимой зерновой культурой. В первой половине мая наблюдается массовый выход жуков, которые устремляются на поле гороха текущего года, растения которого на тот период могут находиться на начальных стадиях развития или в фазе ветвления.
Таким образом, на территории севооборотной агроэкосистемы функционирует саморегулируемый миграционный круговорот биоты, поддерживающий устойчивую структуру агроэкосистем агроландшафта.
Соответственно, на участках посева ячменя, приближенных к полю озимой ржи, будет сосредоточена большая плотность многих вредителей, чей цикл развития связан сначала с озимыми, а затем с яровыми зерновыми. Здесь следует ожидать более сильного повреждения ячменя внутристеблевыми вредителями, полосатой хлебной блошкой, пьявицами, вредной черепашкой, обыкновенным хлебным пилильщиком и жуком-кузькой. В посеве гороха на приграничных с озимой рожью участках более сильные повреждения растениям причиняются пятиточечным долгоносиком за счет концентрации здесь вредителя в период заселения поля. В краевой зоне посевов проса и кукурузы, граничащей с полем ячменя, наблюдается более сильное повреждение растений полосатой хлебной блошкой.
Первоочередному обследованию должны подлежать минимально удаленные от поля озимой ржи участки посевов ячменя и гороха. При превышении пороговых значений плотности популяции вредителей проводится в первую очередь обработка этих краевых полос. В большинстве случаев можно ограничиться этим мероприятием, если осуществляется оно своевременно. Если численность вредных видов насекомых будет ниже ЭПВ в краевой зоне, то и на остальной площади посева тем более не будет создаваться угрозы урожаю. В этом случае не требуется обследование всего посева, достаточно ограничиться краевым его участком. Таким образом, мониторинг и защита растений должны проводиться с учетом данных миграционных потоков насе-
комых внутри севооборотной агроэкоси-стемы, что будет способствовать снижению затрат труда, времени и средств на их осуществление.
В целом фитосанитарная ситуация в агроэкосистеме ранга полевого севооборота представляется вполне устойчивой в пространстве составляющих ее полей.
Целостность агроэкосистемы севооборотного уровня и устойчивость фитоса-нитарной обстановки на ее полях определяются саморегуляцией биоценотиче-ских процессов. Обобщающим образом их протекание описывает уравнение множественной регрессии, оценивающее комплексную вредоносность, по данным полевых учетов фитосанитарных объектов на постоянных площадках соизмеримых с элементарной экосистемной единицей в посеве - агроценоконсорцией.
По итогам оценки комплексной вредоносности становится очевидно, что в ус-
Вестник защиты растений, 2, 2011 ловиях Каменной степи наибольший недобор урожая культур полевых севооборотов в целом обусловлен засоренностью (10%), 7% потерь вызывают вредные насекомые, 3% - фитопатогены, менее 1% -мышевидные грызуны. Подавляющее большинство (95%) вредных видов относится к группе слабовредоносных (потери урожая от одного объекта до 5%), группу средневредоносных (потери 510%) составляют 5% видов, сильно вредящих (потери более 10%) в условиях практикуемой адаптивно-ландшафтной системы земледелия в данной зоне не выявлено.
Наибольшие потери характерны для гороха - 30%, велики они у проса (25%) и гречихи (21%), в пределах 20-30% - на яровых зерновых культурах, 10-20% - на озимых зерновых, 14% на сое, наименьший недобор урожая от вредных объектов на кукурузе (табл. 7).
Таблица 7. Потери урожая (%) от вредоносных видов в зоне Каменной степи
2001-2008 гг.
Культуры Сорняки Вредители Болезни Грызуны Сумма потерь* Потенц. урожай, ц/га
Озимая пшеница 6.9 13.1 3.4 0.5 23.9 60
Озимая тритикале 5.2 7.2 1.6 0.2 14.2 59
Озимая рожь 4.2 6.5 3.9 2.6 17.2 69
Озимые зерновые 5.5 8.7 3.0 1.1 18.4 63
Яровая твердая пшеница 7.9 9 9.2 3.2 29.2 45
Яровая мягкая пшеница 11.5 12.0 7.8 1.3 32.6 25
Яровая тритикале 10.5 8.4 1.6 0.7 21.2 27
Яровой ячмень пивоваренный 1 2.4 7.7 1.2 11.8 45
Яровой ячмень кормовой 11 1.9 9.6 1.2 24.9 29
Яровые зерновые 6.5 6.6 6.2 1.7 20.7 39
Горох 6.8 19.6 3.1 0 29.5 27
Кукуруза** 5.8 3.2 0.8 0 9.8 300
Просо 16.0 12 1.0 0.5 29 30
Гречиха 20.8 0 0 0.3 21.1 10
Соя 10.6 0.2 3.4 0.1 14.1 17
Средняя 10.0 6.7 2.7 0.5 19.9 -
*От потенциального урожая: фактическая урожайность + потери от вредных организмов. **Потери урожая зеленой массы.
На каждой из культур может возникнуть потребность в защитных мероприятиях против сорных растений. Вероятность применения гербицидов возрастает от озимых зерновых к ранним яровым и еще более - на поздних яровых культурах.
В годы массового размножения вред-
ной черепашки и стеблевого мотылька следует применять инсектициды, соответственно, на посевах пшеницы, проса и кукурузы. Как правило, необходимой оказывается и защита гороха от вредных насекомых
Среднее по всем изученным агроцено-зам на стационаре в Каменной степи
Вестник защиты растений, 2, 2011 снижение урожая от комплекса вредных видов составляет 9 ц/га, или 20% от потенциального (без влияния вредных видов) уровня урожайности.
Для основных вредных видов, учитываемых при оценке комплексной вредоносности, были определены коэффициенты вредоспособности. Их назначение -использование при разработке ЭПВ, служащих критерием применения средств защиты растений.
В качестве примера для агроценозов зерновых культур они представлены в таблице 8. Они, разумеется, могут использоваться и самостоятельно при бухгалтерских расчетах ожидаемой рентабельности планируемого мероприятия по защите.
Согласно результатам исследований отмечается большое сходство видового состава и общность удельного обилия биоты, много общего в динамике численности и сезонном развитии видов, потерях урожая, в структуре и функционировании ценозов озимых пшеницы, тритикале и ржи, как и ценозов яровых пшеницы, тритикале и ячменя, поэтому на полях первых из них формируется агробиоценозокомплекс озимых зерновых, на вторых - агробиоценозокомплекс яровых зерновых культур. Остальные агроценозы имеют много существенных различий по видовой и количественной структуре сорной растительности, членистоногих, болезней растений, поэтому можно говорить о наличии на полях в Каменной степи агробиоценозов гороха, кукурузы, проса, гречихи, сои.
Исходя из сделанных выводов были разработаны технологии защиты озимых и яровых зерновых культур, гороха (Лаптиев и др., 2008,2009,2010), адаптированные к условиям юго-востока ЦЧЗ, и для них же было сделано соответствующее биоценологическое обоснование (Шпанев, Голубев, 2008,2009,2010).
Однако для достижения высокого и долговременного эффекта фитосанитар-
Таблица 8. Коэффициенты вредоспособности основных вредных видов на зерновых культурах. Каменная степь (2001-2008 гг.)_
Коэффициенты вредоспособности, % Сорные растения Вредители (поте-(потери урожая ри урожая от 1 Агроцено- от 1 экз/м2) экз/10 взм.)
зы одно- зла-
много- летние трип
ковые тли
летние двудольные мухи сы
Озимые:
пшеница -0.11 -0.014 -0.9 -0.03 -
тритикале -0.07 -0.017 -0.8 -0.01 -
рожь -0.26 -0.001 -1.2 -0.01 -
Яровые:
пшеница -0.24 -0.006 -0.11 -0.03 -0.01
тритикале -0.16 -0.005 -0.05 -0.025 -0.01
ячмень -0.08 -0.002 -0.03 - -
ная оптимизация должна затрагивать уровень экосистемной организации пахотных земель как минимум севооборота. При таком подходе требуется более тщательное обоснование проводимых защитных мероприятий с учетом их последствий для всех экосистем агроландшафта. Для поддержания в нем свойств устойчивости и саморегуляции большое значение имеет разнообразие возделываемых культур, включая озимые, ранние и поздние яровые, определяющие функционирование экосистемы в определенные сроки вегетационного периода, составными элементами должны присутствовать все основные компоненты ценозов - сорные растения, насекомые и пауки, фитопатогены. Допустимый уровень обилия вредных организмов на посевах не должен превышать ЭПВ. Но и в случае ожидания экономически значимых потерь урожая не требуется высокий эффект от защитного мероприятия, который обычно наблюдается при использовании химических средств. Достаточно снизить фитосанитарную напряженность, не нарушая при этом протекание биоце-нотических процессов, определяющих устойчивость и саморегуляцию севооборотной агроэкосистемы.
Литература
Васильев С.В. Экологические принципы оптими- процессов в агроэкосистемах / / Защита растений в зации защиты растений на основе статистических условиях реформирования агропромышленного методов анализа и моделирования фитосанитарных комплекса: экономика, эффективность, экологич-
ность. СПб, 1995, с. 537-538.
Жученко А.А. Эколого-генетические основы высокой продуктивности и экологической устойчивости агроэкосистем и агроландшафтов / / Производство экологически безопасной продукции растениеводства. Пущино, 1995, с. 5-20.
Зубков А.Ф. Методические указания по оценке агробиоценотических связей с помощью путевого регрессионного анализа. Л., 1973, 44 с.
Зубков А.Ф. Полевой севооборот как агроэкоси-стема / / Формирование животного и микробного населения агроценозов. М., 1982, с. 5-6.
Зубков А.Ф. Структурная организация агробио-геоценоза и его место в эволюции живого // Сельскохозяйственная биология, 1992а, 3, с. 23-35.
Зубков А.Ф. Полевой кормовой севооборот как целостная экосистема // Экология, 1992б, 2, с. 3-11.
Зубков А.Ф. Агробиоценологическая фитосани-тарная диагностика. СПб, 1995а, 386 с.
Зубков А.Ф. Защита растений в системе целостного агробиоценоза // Защита растений в условиях реформирования агропромышленного комплекса: экономика, эффективность, экологичность. СПб, 1995б, с. 10-11.
Зубков А.Ф. Научное обеспечение защиты растений в адаптивном земледелии. СПб, 1996, 43 с.
Зубков А.Ф. Агробиоценологическая фитосани-тарная диагностика и ее задачи в защите растений // Проблемы оптимизации фитосанитарного состояния растениеводства. СПб, 1997а, с. 113-120.
Зубков А.Ф. Фитосанитарный мониторинг и защита растений в адаптивном земледелии //Защита и карантин растений, 1997б, 10, с. 13-14.
Зубков А.Ф. Популяционно-видовой и экоси-стемный подходы в защите растений // Проблемы оптимизации фитосанитарного состояния растениеводства. СПб, 1997в, с. 265-272.
Лаптиев АБ., Шпанев А.М., Гончаров Н.Р. Технология защиты озимых зерновых культур от комплекса вредных объектов на юго-востоке ЦЧР. СПб, 2008, 24 с.
Лаптиев А.Б., Шпанев А.М., Гончаров Н.Р. Технология защиты гороха от комплекса вредных объектов на юго-востоке ЦЧР. СПб, 2009, 23 с.
Лаптиев А.Б., Шпанев А.М., Гончаров Н.Р., Пе-ретрухина А.В. Технология защиты яровых зерновых культур от комплекса вредных организмов на юго-востоке ЦЧЗ. СПб, 2010, 24 с
Новожилов К.В. Фитосанитарная оптимизация растениеводства // Защита и карантин растений, 1998, 8, с. 15-17.
Новожилов К.В. Некоторые направления экологизации защиты растений // Защита и карантин растений, 2003, 8, с. 14-17.
Новожилов К.В., Буров В.Н., Левитин М.М., Тю-
Вестник защиты растений, 2, 2011 терев С.Л., Павлюшин В.А. Стратегия фитосанитар-ной оптимизации растениеводства в условиях реформы АПК / / Защита растений в условиях реформирования агропромышленного комплекса: экономика, эффективность, экологичность. СПб, 1995, с. 512-513.
Павлюшин В.А. Агроэкосистемный подход в решении фундаментальных проблем по защите растений (к 80-летию ВИЗР) // Вестник защиты растений, 2009, 4, с. 3-8.
Подходы к конструированию агроэкосистем -интегрирование методов и средств защиты растений с целью управления фитосанитарным состоянием с.-х. культур. СПб, 2000, 92 с.
Поляков И.Я. Биоценотические аспекты проблемы защиты растений от вредных организмов // Количественные методы в экологии и биоценологии животных суши. Л., 1975, с. 58-59.
Соколов М.С., Захаренко В.А. Проблемы экологизации защиты растений // Производство экологически безопасной продукции растениеводства. Пущино, 1995, с. 21-25.
Соколов М.С., Монастырский О.А., Пикушова ЭА. Экологизация защиты растений. Пущино, 1994, 462 с.
Танский В.И. Теоретические предпосылки построения систем защиты растений, направленных на регуляцию фитосанитарного состояния агроце-нозов // Проблемы оптимизации фитосанитарного состояния растениеводства. СПб, 1997а, с. 121-125.
Танский В.И. Биоценологический подход к интегрированной защите растений от вредных насекомых // Энтомологическое обозрение, 19976, LXXVI, 2, с. 251-264.
Танский В.И. Популяционный и биоценотиче-ский уровни совершенствования защиты растений от вредных насекомых // Проблемы энтомологии в России. СПб, 1998, 2, с. 153-154.
Шорыгин А.А. Питание, избирательная способность и пищевые взаимоотношения некоторых Goobiidae Каспийского моря / / Зоологический журнал, 1939, 18, вып. 1, с. 27-51.
Шпанев А.М., Голубев С.В. Агробиоценоз яровых зерновых культур (Юго-Восток ЦЧЗ). СПб, 2010, 124 с.
Шпанев А.М., Голубев С.В. Биоценоз горохового поля в Каменной степи (Юго-Восток ЦЧЗ). СПб, 2009, 144 с.
Шпанев А.М., Голубев С.В. Биоценоз озимых зерновых культур (Юго-Восток ЦЧЗ). СПб, 2008, 284 с.
Sorensen T. A method of establishing groups of equal amplitude in plant sociology based on similarity of species content and its application to analysis of the vegetation on Danish commons // Biol. Skrift., 1948, 5, p. 1-34.
ECOSYSTEM ARRANGEMENT OF ARABLE LANDS AND THEIR PHYTOSANITARY OPTIMIZATION A.M.Shpanev
Long-term biocenotic researches in the Kamennaya Steppe station (Voronezh Region of Russia) have found the presence of integrated ecosystem space within a large studied plot of agricultural landscape consisting of integral crop rotation ecosystems formed by agrobio-cenotic complexes of winter and summer grain crops, and by agrobiocenoses of pea, millet, corn, buckwheat, soya. The organizational-spatial and functional structure of agroecosystems is presented by the composition of cultures of different crops, weeds, arthropods and phyto-pathogenes.
Keywords: agrocenosis, agrobiocenosis, agrobiocenotic complex, crop rotation, agricultural landscape, agroecosystem, phytosanitary optimization.
А.М.Шпанев, к.б.н., e-mail: ashpanev@mail.ru
