CC BY
61
УДК 631.4:502.72:251+595.7-755.
Прогноз
фитосанитарного состояния агроценозов Украины в условиях изменения климата
В.П. ФЕДОРЕНКО,
В.Н. ЧАЙКА, О.В. БАКЛАНОВА,
Т.М. НЕВЕРОВСКАЯ, Т.И. АДАМЕНКО
Глобальное изменение климата на нашей планете - фактор, тревожный едва ли не для всех ее регионов и всех отраслей экономики. Единодушны и специалисты в области защиты растений: следует ожидать увеличения численности, миграционной активности и вредоносности насекомых-фитофагов.
Составление долгосрочных прогнозов фитосанитарного состояния вусловиях изменения климата является чрезвычайно сложной, но актуальной задачей, что обусловлено необходимостью поиска оптимальных путей адаптации существующих систем защиты растений к новой аг-роэкологической ситуации.
Нами проведен сравнительный анализ динамики агрометеорологических факторов и состояния популяций основных вредителей посевов сельскохозяйственных культур на Украине за последние десятилетия. В данной статье остановимся лишь на отдельных примерах этого всестороннего анализа.
Динамика климатических условий. В значительной мере климат Украины формируется под влиянием глобального климата и сегодня характеризуется тенденцией к потеплению, четко прослеживающейся с 1988 г Изменение температурного режима и увлажнения, увеличение частоты климатических аномалий связаны с изменениями атмосферной циркуляции во всем Евроатлантическом регионе, которые усиливают влияние Атлантики на погоду Украины. В последнее десятилетие произошло смещение на восток (до 20°) сибирского и азорского
максимумов (антициклонов), и как следствие, увеличилась вероятность формирования позитивных аномалий температуры воздуха в зимний период на Украине.
Нами проанализированы изменения климата, произошедшие в течение последних десятилетий в Лесостепи Украины. Эта зона является переходной, что позволяет с достаточной достоверностью экстраполировать результаты анализа на Степь и Полесье.
Гидротермические условия. Среднегодовая температура воздуха в сравнении с нормой в лесостепной зоне за последние 15 лет уже выросла на 0,4-0,7 °С; последнее десятилетие (1991-2000 гг.) было самым теплым за 100 лет. Изменилась продолжительность сезонов года, вегетационного периода сельскохозяйственных культур и развития вредных организмов.
После 1971 г отмечается постоянное смягчение зим (умеренное до 1990 г. и стремительное до 2000 г). Значительно снизилась высота снежного покрова (в среднем на 5-15 см). В отдельные годы снежный покров появляется раньше средних дат, но редко сохраняется в течение зимы, или же не образуется вовсе. Наблюдается значительное уменьшение глубины промерзания грунта - со 100-150 до 20-50 см. Продолжительность зимы сократилась почти на месяц. За последние 100 лет в лесостепной зоне суровость зимы уменьшилась более чем на 100 °С. В регионе стали преобладать мягкие теплые и малоснежные зимы. Один раз в 10-12 лет на Украине неблагоприятные условия перезимовки совпадают с условиями весенней засухи.
Наиболее значимые изменения дат перехода температуры воздуха
через 0° весной наблюдались после 1988 г. Стойкий переход температуры воздуха весной через 0 °С происходит в среднем на 15-20 дней раньше, в отдельные годы - экстремально рано (на 20-60 дней раньше). Начало весны (переход среднесуточной температуры воздуха через 5 и 10 °С) также стал более ранним - в среднем на 2-7 дней. Однако даты начала активной вегетации растений (переход средних суточных температур воздуха через 5 °С) изменились значительно меньше, что свидетельствует обудлинении периода между датами перехода через 0 и 5 °С весной, то есть удлинении «предвесеннего» периода. Переход суточных температур воздуха через 10 °С также в среднем наблюдается на 7 дней раньше. Наступление метеорологического лета (переход средних суточных температур воздуха через 15 °С) в среднем происходило на 3 дня позднее. Почти не сдвинулись при этом даты наступления осени.
В летний период заметно увеличились повторяемость высоких и экстремально высоких температур воздуха (выше 25-30 и 35 °С) и продолжительность периодов с высокими температурами. Например, летом 1999 г, которое по продолжительности действия высокихтемператур не имело аналогов, количество дней с максимальной температурой выше 25 °С за июнь-август достигло 7585, с температурой выше 30 °С - 4565 дней. При этом количество дней с критической для жизнедеятельности растений относительной влажностью воздуха (меньше 30 %) превысила норму в 1,5-2 раза. Такие агрометеорологические условия в прошлом отвечали условиям более южных регионов.
Известно, что повышение средней годовой температуры воздуха на 1 °С приводит к увеличению продолжительности вегетационного периода до 10 дней и увеличению теплообес-печения территории.
То, что растительность уже отреагировала на эти изменения, подтверждается результатами агрометеорологических наблюдений и данными спутниковых измерений вегетацион-
ного индекса, которые показывают, что за период 1981-2005 гг. продолжительность вегетационного периода ощутимо увеличилась. Последние годы наблюдается чрезвычайно раннее возобновление вегетации озимых культур, а повышенный или близкий к норме температурный режим в течение весенних и летних месяцев обусловливает ускоренное развитие зерновых культур - в фазовом развитии наблюдается опережение в среднем на 7-15 дней.
Режим увлажнения стабилизировался в пределах климатической нормы, но в отдельные месяцы вероятность сильныхливней возросла. При этом в южных районах лесостепной зоны прослеживается тенденция к увеличению засушливых явлений: летнее количество осадков в среднем уменьшилось на 5-15 %. С 1961 по 2005 г наиболее влажными были периоды 1966-1970 гг., и 19761980 гг., когда годовое количество осадков достигало 120 % от нормы.
При сохранении обозначенных тенденций изменения климата можно прогнозировать дальнейшее повышение температуры воздуха. Вместе с тем сохранится вероятность экстремально холодных периодов, месяцев, сезонов. В начале ХХ1 столетия экстремально холодная зима может наблюдаться 1 раз в 1015 лет с вероятностью 10-15 %, прогнозируется некоторое уменьшение разности температурного режима между сезонами года, которое будет наиболее ощутимым в северных районах Лесостепи.
Динамика фитосанитарного состояния агроценозов. В первой половине 90-х годов ХХ столетия дестабилизировалось фитосанитарное состояние агроценозов, сформировавшееся в течение предыдущих десятилетий: среднемноголетние показатели численности основных насекомых-вредителей увеличились в 1,5-2 раза (Чайка, Бакланова, 2001; Чайка, 2003; Бакланова и др., 2003; Федоренко и др., 2004).
Начиная с 1990 г. на Украине изменилась система землепользования. По разным оценкам, изъято из возделывания 5-8,5 млн га пашни, которая в процессе сукцессии преврати-
лась в широкую экологическую нишу для ряда многоядных и специализированных фитофагов. Процесс изъятия земли из оборота проходил на фоне сокращения в 3-5 раз ежегодных объемов применения пестицидов. В период 1995-1996 гг. наблюдались и экстремум в зоне минимума между 22 и 23 циклами солнечной активности, и тенденция глобального потепления климата, которое составило за последние 20 лет почти 0,4 °С. Известно, что периоды минимума в активности Солнца связаны со вспышками массового размножения многоядных вредителей. Потепление климата оптимизирует характеристики экологических факторов окружающей среды для насекомых, способствует их размножению и распространению (Ктдво^ег, 1989). Именно такие процессы и произошли на Украине: после продолжительной депрессии (почти 70 лет) была зарегистрирована вспышка массового размножения саранчовых, увеличилась плотность популяций озимой совки, лугового мотылька и других опасных вредителей.
На то время мы прогнозировали, что негативное влияние перелогов на фитосанитарное состояние агроценозов будет ограничено во времени, то есть будет проявляться на ранних стадиях восстановления полупри-родных экосистем. Позднее, после стабилизации залежных фитоценозов на луговой стадии, произойдет восстановление процессов естественной саморегуляции, которая приведет к стабилизации популяций насекомых-фитофагов (Бакланова и др., 2003). Наш прогноз оправдался только частично. Сейчас понятно, что не была учтена тенденция потепления климата. Анализ многолетних результатов мониторинга агросферы свидетельствует, что до 2003 г. показатели численности и распространения основных вредителей сельскохозяйственных культур из года в год увеличивались; на юге Украины были зарегистрированы две вспышки размножения саранчовых (1996/97 и 2003 гг.). Это длилось до 2004 г., когда после экстремальных условий перезимовки 2003/04 гг произошла частичная стабилизация средних пока-
зателей численности популяций таких специализированных вредителей, как клоп вредная черепашка, обыкновенный свекловичный долгоносик и др. (при этом для некоторых видов показатели максимальной численности в местах экологического оптимума продолжают увеличиваться). На этом фоне численность проволочников и ложнопроволочни-ков, хлебной жужелицы, озимой совки и других видов насекомых-геоби-онтов возрастает, несмотря на стабилизацию объемов защитных мероприятий.
Трендовый и корреляционный анализ данных позволил установить, что потепление и существенное (в 3-5 раз по сравнению с 1989 г.) уменьшение объемов применения пестицидов действуют на вредителей совокупно и приводят к увеличению их численности и заселенных площадей. В то же время на численность популяций насекомых потепление влияет более жестко, чем защита растений (Чайка и др., 2007). Этот вывод подтверждает анализ динамики популяций основных вредителей озимой пшеницы. Установлено, что ежегодные потери урожая озимой пшеницы значительно колеблются, имея тесную корреляционную связь (г = 0,73) с показателями потепления и заметную (г = 0,68) -с объемами применения средств защиты растений. Это подтверждает тот факт, что экологические факторы разной природы влияют на насекомых совокупно, поэтому однозначно определить роль каждого из нихза короткий исторический период очень проблематично.
На данном этапе исследований можно сделать вывод, что на озимых зерновых культурах за последние 10 лет потепление могло отразиться на видовой структуре энтомокомп-лекса через увеличение численности и вредоносности опомизы, клопа-черепашки, пшеничной мухи, пшеничного трипса, хлебных жуков, и уменьшение - злаковых тлей, хлебных жужелиц, комплекса злаковых мух. Так, численность пшеничной мухи в фазе всходов-кущения ежегодно более чем в 3 раза превышает пороговый уровень (Козак и др.,
2004; Федоренко и др., 2005; Козак, Чайка, 2005).
Таким образом,изменение климата уже более 10 лет отражается на фитосанитарном состоянии агроценозов, которое ухудшается, и этот процесс будет продолжаться. Поскольку реакции биологических систем на внешние воздействия не линейные, можно ожидать существенных экологических кризисов в агросфере. Перед аграрной наукой стоит чрезвычайно сложная задача -исследовать агроэкологические эффекты, обусловленные потеплением, и обосновать пути адаптации агросферы.
Анализ динамики агрометеорологических показателей позволяет прийти к заключению, что за последние годы изменение климата на Украине проявилось через выравнивание температурного поля по территории страны, повышение средней годовой температуры. В то же время режим увлажнения изменился мало, но приобретает тенденцию к увеличению. При условии развития обозначенных тенденций можно ожидать существенных изменений в разнообразии энтомофауны, в составе которой на территории Украины на конец прошлого столетия было известно более 25 тыс. видов насекомых.
Стабильность разнообразия насекомых поддерживается за счет обилия экологических ниш, обусловлена разнообразием стаций, микроклиматических условий, фитоценозов и т.д. В экосистеме первичным и наиболее чувствительным к абиотическим факторам звеном являются фитоценозы - растения более чутко реагируют на климатические факторы, чем животные, которые за счет адаптивного поведения способны поддерживать экологический оптимум при флюктуации гидротермических условий. При изменении климата (микроклимата) произойдет перестройка полуприродных фитоассоциаций (фитоценозов залежей, лугов, пастбищ, остатков природных экосистем). Так, на остатках полуприродных экосистем в Лесостепи последние 20 лет наблюдается постепенное вытеснение аборигенных
видов растений видами, характерными для степной зоны (Чайка, Бтявський, 2007). Перестройка фитоценозов через трофические цепи приведет и к изменению энтомоце-нозов; многие виды насекомых могут вообще исчезнуть в связи с потерей экологической ниши.
В агроценозах перестройка системы «культурное растение - насекомые-фитофаги» будет происходить за счет изменения производительности, физиологического состояния и фенологии организмов. Дисбаланс в системе фенологических и биохимических коадаптаций насекомых к пищевому растению соответственно приведет к перестройке существующих энтомокомплексов.
Нарушение экологической стабильности агроэкосистем в первую очередь будет проявляться через ухудшение фитосанитарного состояния. Рассмотрим вероятные механизмы этого процесса.
Изменение зон вредоносности на-секомых-фитофагов. В условиях потепления и выравнивания температурного поля будут происходить изменения в пространственном распределении плотности популяций доминирующих насекомых-фитофа-гов в посевах. Зоны экологического оптимума разных видов будут расширяться на север, что приведет к перестройке видовой структуры энтомокомплексов и увеличению потенциальных потерь урожая. Такие процессы уже происходят в Лесостепи, например, существенно увеличилась численность и вредоносность клопа - черепашки и пшеничной мухи.
Поливольтинные виды насекомых (тли, совки, листовертки, кукурузный мотылек и др.) способны увеличить вредоносность за счет расширения зоны вредоносности на север и постепенного увеличения количества генераций в связи с удлинением сезона вегетации. Такие реакции на агроклиматические факторы обусловлены генетическим полиморфизмом естественных популяций насекомых. Например, известно, что географические популяции кукурузного мотылька состоят из нескольких экологических рас, которым присуща раз-
ная вольтинность. В степной зоне Украины доминировала бивольтинная раса, в лесостепной - моновольтин-ная. Изменения климата через естественный отбор приведут к перестройке экологической структуры географических популяций. Так, у насекомых отряда Чешуекрылых, количество генераций которыхопределяется суммой эффективных температур, при потеплении факультативные генерации превратятся в облигатные.
Почвенные вредители имеют многолетний цикл развития генерации в почве, что замедляет обмен генами между географическими популяциями и, как следствие, скорость приспособлений к новой агроклиматической ситуации. За счет адаптивного потенциала в условиях уменьшения суровости зимы и удлинения сезона вегетации эти виды в течение последних 20 лет постоянно увеличивали площади заселения и численность. При дальнейшем потеплении эта тенденция должна смениться депрессией в местах существующего экологического оптимума и распространением вредителей на север. Такая депрессия будет обусловлена ограниченными возможностями геобионтов поддерживать экологический оптимум и быстро адаптироваться к физико-химическим характеристикам почвы в новых местах обитания.
Специализированные вредители полевых культур. Будут происходить зональные перестройки доминирующих энтомокомплексов, дальнейшее распространение на север и увеличение численности доминирующих видов. Комплексная вредоносность этой группы фитофагов будет возрастать, особенно в засушливые годы.
Многоядные вредители (луговой мотылек, саранчовые и др.). Увеличится вероятность чрезвычайных ситуаций в агросфере, связанных с массовым размножением многоядных вредителей и расширением зон их вредоносности на север.
Институт защиты растений УААН, Украинский гидрометеоцентр
