CC BY
57
й01: 10.24411/0235-2451-2019-10415 УДК 581.5:633.11:632.1
Влияние окружающей среды на урожайность и поражаемость заболеваниями яровой пшеницы
Н. Е. САВЧЕНКО, аспирант (e-mail: [email protected]) Т. А. АСЕЕВА, доктор сельскохозяйственных наук, главный научный сотрудник
Дальневосточный научно-исследовательский институт сельского хозяйства, пос. Восточный-1, Хабаровский край, 680521, Российская Федерация
Резюме. Исследования проводили с целью изучения взаимосвязи гидро термического режима с развитием и распространением комплекса патогенов яровой пшеницы, характерного для агроэкологи-ческих условий Хабаровского края, а также с иммунным откликом культурных растений. Работу проводили в условиях естественного инфекционного фона в 2011-2015 гг. на элитных посевах яровой пшеницы сорта Хабаровчанка. Почва опытного участка лугово-бурая оподзоленно-глеевая тяжелосуглинистая. Учет степени по-раженности зерновых культур корневыми гнилями осуществляли в фазах выхода в трубку и молочной спелости; темно-бурой пятнистостью листьев - колошения и молочно-восковой спелости зерна; фузариозом колоса - в период колошение - молочно-восковая спелость зерна. При фитопатологических учетах определяли степень пораженности растений (R) и распространение заболевания в посевах (Р). Агроклиматические условия в годы исследований довольно полно отражали специфику региона, широко варьируя как по теплообеспеченности, так и по количеству выпавших осадков. Развитию фузариоза колоса в Среднем Приамурье в межфазном периоде всходы-кущение способствовали осадки и повышенные температуры приземного слоя воздуха. Неблагоприятные условия для темно-бурой пятнистости формировались в период цветения-созревания (коэффициент корреляции между суммой осадков за период и степенью поражения растений болезнью r=-0,851), что связано с продолжительными ливневыми дождями, и при высоких температурах воздуха (r=-0,809 между суммой температур за период вегетации и степенью поражения). Развитию заболеваемости корневыми гнилями способствовали осадки в период кущение-цветение (r=0,610). Между величинами биологического урожая и гидротермического коэффициента в период всходы-кущение установлена сильная отрицательная связь (r=-0,860). Уровень продуктивности посевов яровой пшеницы в условиях естественного инфекционного фона Хабаровского края на 32 % определяет степень пораженности заболеваниями. Ключевые слова: пшеница яровая (Triticum aestivum), экологические факторы, фузариоз колоса, темно-бурая пятнистость (гельминтоспориоз) листьев, корневые гнили, урожайность, коэффициент корреляции, Хабаровский край. Для цитирования: Савченко Н. Е., Асеева Т. А. Влияние окружающей среды на урожайность и поражаемость заболеваниями яровой пшеницы //Достижения науки и техники АПК. 2019. Т. 33. № 4. С. 60-63. DOI: 10.24411/0235-2451-2019-10415.
Агроценоз - интегральная система со сложным комплексом межвидовых и внутривидовых взаимодействий. Распространение заболеваний внутри растительного сообщества зависит от трех факторов - растения-хозяина, патогена и окружающей среды, которые находятся в постоянном взаимодействии между собой. Именно баланс этих взаимосвязей и определяет развитие эпифитотий. Основную роль в возникновении и распространении болезней играют экологические факторы, важнейшие среди которых климатические [1].
Условия увлажнения (включающие в себя количество и интенсивность осадков, относительную влажность воздуха, росу и продолжительность присутствия влаги на листьях) - самый значимый фактор окружающей среды, влияющий на развитие болезней [2]. Температуры воздуха, превышающие среднемноголетние показатели, частые
или обильные осадки и раннее появление болезней могут привести к развитию эпифитотий [3]. После возникновения инфекции науровень колонизации тканей хозяина, размножения патогена и выраженность симптомов заболевания у растения [3, 4, 5] влияют температура воздуха и водный потенциал растений.
Наряду со стимулирующим, экологические факторы могут оказывать лимитирующее воздействие на развитие и распространение патогенов. Такие факторы, как ветер, осадки или экстремальные температуры, сдерживают паразитарную активность, снижая эффективность инфицирования и способность патогенов находить носителя [6, 7, 8]. Низкая почвенная влажность может препятствовать росту корней, тем самым снижая шансы контакта корневой системы растения с патогеном и сокращая распространение заболевания [9, 10].
По мнению The International Maize and Wheat Improvement Centre (CIMMYT) фузариоз колоса - основной фактор, лимитирующий продуктивность пшеницы. Кроме того, заболевание ухудшает качество урожая из-за накопления в зараженном зерне микотоксинов [11].
Как правило, фузариоз колоса вызывает комплекс патогенов рода Fusarium. В различных регионах их видовой состав и соотношение видов различны. Вклад и доминирование этих патогенов в большей степени определяют климатические параметры, в первую очередь температура и влажность воздуха, которые оказывают критическое влияние на образование конидий и видовой состав патогенов [12, 13]. Растения зерновых колосовых культур восприимчивы к фузариозу в фазе цветения при повышенной влажности и температуре около 20.. .25 °С [14].
Гельминтоспориозные листовые пятнистости, вызываемые Bipolaris sorokiniana, - серьезная проблема при выращивании пшеницы. В зависимости от условий среды, патоген вызывает темно-бурую пятнистость листьев или корневую гниль [15, 16]. Встречаются регионы, где распространены оба заболевания, к таковым относится Хабаровский край. Наиболее благоприятные условия для развития темно-бурой пятнистости складываются при относительной влажности воздуха около 100 % и температуре 20.30 °С [17].
Корневую гниль пшеницы вызывают комплекс патогенов, главные из которых грибы рода Fusarium и Bipolaris sorokiniana(Helminthosporiumsativum) [18]. Потери урожая при ее развитии могут достигать от 22 % до полной гибели [19, 20].
Посевные площади зерновых культур в Среднем Приамурье находятся в зоне рискованного и неустойчивого земледелия, характеризующегося непредсказуемыми погодными условиями и, как следствие, повышенным инфекционным фоном. Высокая вредоносность комплекса заболеваний в условиях Хабаровского края приводит к потерям до 15.35 % урожая. В годы избыточного увлажнения они достигают 50.75 % [21].
Цель работы - изучение влияния факторов окружающей среды на развитие и распространение заболеваний и урожайность яровой пшеницы в условиях Хабаровского края.
Условия, материалы и методы. Исследования проводили в зерно-соевом севообороте Дальневосточного научно-исследовательского института сельского хозяйства
в 2011-2015 гг. на элитных посевах яровой пшеницы сорта Хабаровчанка в условиях естественного инфекционного фона. Почва - лугово-бурая, оподзоленно-глеевая, тяжелосуглинистая со следующими агрохимическими характеристиками пахотного слоя: рНсол 4,8...5,0; содержание гумуса (по Тюрину) - 4,6 %; Р205 (по Кирсанову) - 4,3 мг/100 г почвы; К2О (по Масловой) - 20 мг/100 г почвы. Площадь учетной делянки 25 м2, повторность трехкратная. Агротехника в опытах общепринятая для условий Хабаровского края: вспашка после предшествующей культуры с осени, культивация, боронование в два следа. Рядовой посев осуществляли сеялкой ССФК-7М нормой высева 5,5 млн всхожих семян/га.
Годы исследований различались по обеспеченности теплом и влагой (рис. 1). Резкий недостаток влаги отмечали в период посев-кущение в 2012 г., когда выпало всего 2,0 мм осадков, а избыточное увлажнение в период цветение-созревание в 2012 и 2014 гг., когда их сумма достигала 188,0 и 245,2 мм соответственно. В целом минимальное количество осадков за период вегетации яровой пшеницы выпало в 2013 г. (254,0 мм), самое большое - в 2014 г. (424,4 мм). Наименьшее количество тепла за период
300
250
m
|| 200 я
о 150 л
| 100 >
о
50
0
посев
а)
о 900 а 800 я 700 §■ 600
| 500 ф
н 400 я
г 300 ! 200
всходы кущение цветение созревание период
100 0
посев
б)
всходы кущение цветение созревание
период
3,5 3 2,5 2 1,5 1
0,5 0
посев
_——*
всходы
в)
кущение цветение созревание
период
Рис. 1. Изменение количества осадков (а), суммы температур (б) и гидротермического коэффициента (в) по периодам
вегетации: — — - - 2011 г.; — - 2012 г.;......-
2013 г.; - 2014 г.;- ---2015 г.
вегетации накопилось в 2014 г. (1681,1 °С), самое высокое -в 2012 г. (1833,3 °С). Исходя из показателей ГТК, в 2013 г. вегетационный период характеризовался недостаточным увлажнением (ГТК - 1,4), 2014 г. был избыточно влажным (ГТК - 2,6), остальные 3 года - влажными (ГТК - 1,7.. .2,0).
Учет степени пораженности зерновых культур корневыми гнилями проводили дважды: в фазах выхода в трубку и молочной спелости зерна. Анализировали первичные и вторичные корни, подземное междоузлие, узел кущения и основания стеблей. Для оценки использовали шкалу, в соответствии с которой пораженность растений выражали в баллах: 0 - здоровое растение, 0,1 - очень слабая пораженность, 1 - слабая, 2 - средняя, 3 - сильная, 4 - погибшее растение.
Степень поражения листьев яровой пшеницы темно-бурой пятнистостью определяли в несмежных повторениях по 20 равноудаленным стеблям растений, оценку проводили визуально, выражая в процентах. Анализ поражен-ности растений пшеницы возбудителями темно-бурой пятнистости листьев проводили в фазах колошения и молочно-восковой спелости зерна. Начальная дата проведения наблюдений зависела от времени проявления болезни. Для учета интенсивности поражения листьев использовали следующую шкалу: 0 - пятен нет, 0,1 % - на листьях единичные пятна, 10 % - на листьях от 2 до 10 пятен, 25 % - поражено % площади листовой поверхности, 50 % -поражено до У листовой поверхности, 75 % - поражено % площади листовой поверхности, 100 % - поражена вся листовая поверхность.
Учет пораженности фузариозом колоса проводили в межфазный период колошение - молочно-восковая спелость зерна визуальным осмотром посевов на наличие обесцвеченных колосков или с оранжево-розовым налетом. Для оценки степени пораженности использовали следующую шкалу: 0 баллов - признаков поражения нет,
1 - проявление заболевания охватывает до 10 % колоса,
2 - до 25 % колоса, 3 - до 50 %, 4 - более 50 %.
При фитопатологических учетах определяли два показателя - распространение заболевания в посевах (Р) и степень развития (R) болезни или среднюю пораженность отдельных органов в процентах. Для этого использовали следующие формулы:
P = n ■ 100/N, (1)
где n - количество больных растений; N - общее количество осмотренных растений;
R = lab/NK, (2)
где Zab - сумма произведений числа больных растений (а) на соответствующий им балл или процент пораженности листьев, стеблей или колосьев (b); N - общее количество проанализированных растений (органов) в пробах, шт.; К - наивысший балл учетной шкалы.
Развитие болезни по всей растительной пробе определяли как среднее арифметическое на всех учтенных частях и органах растения.
Все учеты и наблюдения проводили по общепринятым методикам [22, 23]. Математическую обработку данных осуществляли методами дисперсионного и регрессионного анализа, с использованием программ StatSoft Statistica и MS Excel.
Результаты и обсуждение. Сопряженный анализ гидротермических условий в основные фазы роста и развития растений яровой пшеницы позволил выявить зависимости развития заболеваний от суммы осадков и температур (см. табл.). Развитию фузариоза колоса в межфазном периоде всходы-кущение способствовали осадки и повышенные температуры приземного слоя воздуха. В последующие периоды роста и развития растений
Таблица 1. Коэффициенты корреляции между развитием болезней и суммой осадков и температур приземного слоя воздуха в отдельные межфазные периоды
Фактор
Период
посев-всходы
всходы-кущение
кущение-цветение
Сумма осадков, мм Сумма температур,
Сумма осадков, мм Сумма температур,
Сумма осадков, мм Сумма температур,
Фузариоз колоса
0,142 0,624* -0,832* 0С -0,571* 0,654* -0,393 Темно-бурая пятнистость листьев 0,305 -0,099 0,043 0С -0,024 0,141 -0,202 Корневые гнили 0,355 -0,045 0,615* 0С 0,310 -0,067 -0,261
цветение-созревание
Сумма
-0,832* -0,07
-0,851* -0,072
-0,251 0,517*
-0,035 -0,13
-0,528 -0,809*
0,306 -0,263
*коэффициенты статистически значимы при уровне вероятности 95 % (р<0,05) .
обильные осадки сдерживали развитие болезни, высокие температуры приземного слоя воздуха также ухудшали условия жизнедеятельности патогена. Несмотря на то,
межфазный период
Рис. 2. Зависимость урожайности яровой пшеницы от погодных условий в разные фазы вегетационного периода (р<0,05): > - сумма температур; —■--сумма осадков;
что визуальные проявления симптомов фузариоза возникают только с формированием колоса, вклад в развитие и распространение патогена, вызывающего заболевание, температура воздуха и осадки вносят в течение всего периода роста растений, оказывая влияние как на сам патоген, так и на растение, создавая предпосылки для более или менее успешного заражения. В литературе есть информация, что возбудители фузариоза колоса могут бессимптомно присутствовать на вегетативных частях растения в течение всего вегетационного периода [24].
Гидротермические условия от посева до цветения яровой пшеницы оказывали слабое и нестабильное влияние на степень развития темно-бурой пятнистости листьев. Ливневые осадки в период цветения-созревания и высокие температуры воздуха в период вегетации в целом угнетали развитие заболевания, что подтверждает выявленная корреляция между величинами этих показателей (/=-0,851 и /=-0,809 соответственно). Развитию корневых гнилей способствовали осадки в период кущение-цветение (/=0,610).
Погодные условия также оказывали воздействие на продуктивность пшеницы. Установлены отрицательные зависимости между урожайностью и высокими температурами (/=-0,900), а также осадками (/=-0,580) в начальный период развития растений (рис. 2). В то же время отмечена слабая прямая зависимость урожайности от суммы температур за период всходы-кущение (/=0,410). Важность погодных условий на начальных фазах развития растений яровой пшеницы подтверждает сильная отрицательная корреляция между биологической урожайностью и величиной гидротермического коэффициента в период всходы-кущение (/=-0,860).
Минимальная в опыте урожайность отмечена в 2011 г. Этот год характеризовался средним уровнем развития всех трех изучавшихся заболеваний (рис. 3). Самая высокая продуктивность - в 2014 г. при максимальном за годы исследований уровне поражения фузариозом, минимальном - темно-бурой пятнистостью и среднем -корневыми гнилями.
Согласно результатам регрессионного анализастепень пораженности заболеваниями яровой пшеницы определяет уровень продуктивности посевов примерно на 32 %. Большее (и единственное статистически значимое) влияние на формирование продуктивности оказывают корневые гнили, возникающие уже в фазе всходов (увеличение пораженности посевов корневыми гнилями на 1 % приводит к снижению биологического урожая на 0,19 ц/га). Фузари-оз колоса и темно-бурая пятнистость листьев, несмотря на видимые корреляции, не имеют статистически значимой взаимосвязи с величиной биологического урожая. Высокие уровни развития фузариоза колоса и темно-бурой пятнистости листьев характерны для условий Хабаровского края, эти заболевания могут не снижать урожай напрямую, но наносить ущерб косвенно путем ухудшения качества продукции. К томуже, погодные условия, способствующие развитию фузариоза колоса, одновременно благоприятны для реализации продуктивного потенциала культуры, отсюда и высокая урожайность яровой пшеницы в годы сильного поражения фузариозом.
Рис. 3. Влияние уровня развития заболевания на величину биологического урожая: 1=1- фузариоз; - темно-бурая пятнистость; - корневые гнили; — - биологический урожай.
Выводы. Таким образом, в условиях Среднего Приамурья патогены, вызывающие поражение яровой пшеницы корневыми гнилями, темно-бурой пятнистостью (гельмин-тоспориозом) листьев и фузариозом колоса, активно развиваются в основном в теплые и умеренно влажные годы. Повышенный температурный режим с засухой препятствует эффективной передаче семенной инфекции на надземные
органы растений в начале цикла развития, наоборот, пониженный с достаточным увлажнением - приводит к развитию и распространению фитопатогена в наиболее критические периоды. Развитию фузариоза колоса способствуют осадки (/=0,624) и повышенные температуры приземного слоя воздуха (/=0,654) в период всходы-кущение. В дальнейшем обильные осадки сдерживают развитие болезни (/=-0,832).
Развитие гельминтоспориоза ограничивают осадки (/=-0,851) в период цветение-созревание и высокие температуры воздуха в течение всего периода вегетации (/=-0,809). Развитию заболеваемости корневыми гнилями способствуют осадки в период кущение-цветение (/=0,610).
Продуктивность посевов яровой пшеницы на 32 % определяет уровень пораженности заболеваниями.
Литература.
1. Keane P., Kerr A. Factors affecting disease development / Plant Pathogens and Plant Diseases / ed. J. F. Brown, H. J. Ogle. Armidale, Aust.: Rockvale Publ, 1997. Pp. 287-298.
2. Eastburn D. M., McElroneb L. J., Bilgin D. D. Influence of atmospheric and climatic change on plant-pathogen interactions // Plant Pathology. 2011. No. 60. Pp. 54-69.
3. Campbell C. L., Madden L. V. Introduction to Plant Disease Epidemiology. New York: John Wiley & Sons Inc., 1990. 532 p.
4. Colhoun J. Effects of environmental factors on plant disease //Annual Review of Phytopathology. 1973. No. 11. Pp. 343-364.
5. Colhoun J. Predisposition by the environment. In: Horsfall J.G., Cowling E.B., eds. Plant Disease. New York: Academic Press, 1979. Pp. 75-92.
6. Stacey D. A. Climate and biological control in organic crops //Int. J. Pest. Manag. 2003. No. 49. Pp. 205-214.
7. Stiling P. D. The frequency of density dependence in insect host parasitoid systems// Ecology. 1987. No. 68. Pp. 844-856.
8. Segoli M. Effects of habitat type and spatial scale on density dependent parasitism in Anagrus parasitoids of leafhopper eggs // Biological Control. 2016. No. 92. Pp. 139-144.
9. Huisman O. C. Interrelations of root growth dynamics to epidemiology of root-invading fungi//Annual Review of Phytopathology. 1982. No. 20. Pp. 303-327.
10. Gilligan C. A. Modelling of soilborne pathogens // Annual Review of Phytopathology. 1983. No. 21. Pp. 45-64.
11. CIMMYT/NARS consultancy on ME1 bread wheat breeding. Wheat Special Report No. 38. Mexico, D.F. CIMMYT. 1995. 25 p.
12. Osborne L. E., Stein J. M. Epidemiology of Fusarium head blight on small-grain cereals // Int. J. Food Microbiol. 2007. No. 119. Pp. 103-108.
13. Doohan F. M., Brennan J., Cooke B. M. Influence of climatic factors on Fusarium species pathogenic to cereals// Epidemiology of Mycotoxin Producing Fungi. Berlin, Germany: Springer, 2003. 755-768.
14. Фузариоз зерна. [Электронный ресурс]. URL: https://www.cropscience.bayer.ru/fusarium (дата обращения: 16.04.2019).
15. Tinline R. D., Wildermuth G. B., Spurr D. T. Inoculum density of Cochliobolus sativus in soil and common root rot of wheat cultivars in Queensland//Austr. J. Agric. Res. 1988. No. 39. Pp. 569-577.
16. Wheat losses due to common root rot in the prairies of Canada, 1969-71. /R. J. Ledingham, T. G. Atkinson, J. S. Horricks et al. // Can. Plant Dis. Surv. 1973. No. 53. Pp. 113-122.
17. Helminthosporium. [Электронныйресурс]. URL: https://www.environmentalscience.bayer.com.au/turf-management/what-to-control/helminthosporium%7Bd3b363e1-3b77-4bd9-b9d9-0c4e1f1db426%7D(дата обращения: 16.04.2019).
18. Wiese M. V. Compendium of wheat diseases. St Paul: American Phytopathological Society, 1987. 124 p.
19. Sharma R. C., Duveiller Е. Selection Index for Improving Helminthosporium Leaf Blight Resistance, Maturity, and Kernel Weight in Spring Wheat// Crop Science. 2003. No. 43. Pp. 2031-2036.
20. Исаев Р. Ф., Гришина Л. И. Эффективность применения биологических и антистрессовых препаратов на посевах яровой пшеницы //Агрохимический вестник. 2007. № 6. С. 32-33.
21. Казьмин Г. Т., Макаров А. Ф. Система комплексных мер защиты растений от вредителей, болезней и сорняков на Дальнем Востоке // Сб. научн. тр. ДальНИИСХ «Защита растений на Дальнем Востоке». Новосибирск: Сибирское отделение ВАСХНИЛ, 1991. С. 3-7.
22. Методика государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур: вып.2. зерновые, крупяные, зернобобовые, кукуруза и кормовые культуры / под ред. В. И. Головачева, Е. В. Кириловской. М.: Колос, 1989. 195 с.
23. Койшыбаев М., Муминджанов Х. Методические указания по мониторингу болезней, вредителей и сорных растений на посевах зерновых культур. Анкара: Продовольственная и сельскохозяйственная организация Объединенных Наций, 2016. 28 с.
24. Xu X. Effects of environmental conditions on the development of Fusarium Ear Blight // European Journal of Plant Pathology. 2003. No. 109. 683 p.
Influence of Environment on Productivity of Spring Wheat and its Vulnerability to Diseases
N. E. Savchenko, T. A. Aseeva
Far Eastern Research Institute of Agriculture, pos. Vostochnyi-1, Khabarovskii krai, 680521, Russian Federation Abstract. The research was conducted to study the interconnection between hydrothermal mode, development and distribution of a range of spring wheat pathogens characteristic for agro-ecological conditions of the Khabarovsk Kray, as well as the interconnection between hydrothermal mode and the immune response of the cultivated plants. The experiment was conducted against natural infection background in 2011-2015 on the elite crops of spring wheat of Khabarovchanka variety. The soils of the experimental area were meadow-brown podzolized-gley heavy loamy. The degree of the affection of cereals by root rot was registered in the stem elongation and milky ripeness stages. The degree of the affection of cereals by spot disease was registered in the earing and milky ripeness stages. The degree of the affection of cereals by Fusarium head blight was registered during the earing - milky ripeness period. The phytopathological studies were aimed at defining the degree of plants affection (R) and the degree of the disease distribution in crops (P). Agro-climatic conditions in the years of the research quite fully reflected the specifics of the region, widely varying both in the heat provision, and the amount of precipitation. The weather conditions in the Middle Amur region during the period between germination and tillering were optimal for the development of Fusarium head blight. Precipitation and increased surface air temperature also contributed to the development of the disease. The conditions unfavourable for the development of spot disease were formed during the flowering - ripening periods (the coefficient of correlation between the amount of precipitation over the period and the degree of plants affection by spot disease (r) was -0.851), which is associated with prolonged heavy rains during this period and high temperatures (the coefficient of correlation between the sum of temperatures during the growing season and the affection degree (r) was -0.809). For the pathogen, these values cannot be considered optimal. The high incidence of root rot was caused by precipitation during the period between tillering and flowering (r = 0.610). It was found that the biological yield and hydrothermal coefficient during germination - tillering period were not correlated (r = -0.860). The yield of spring wheat under conditions of the natural infection background of the Khabarovsk Kray was determined by the degree of disease incidence. The degree of the influence of this factor on the yield amounted to 32%.
Keywords: spring wheat (Triticumaestivum); environmental factors; Fusarium head blight; spot disease (Helminthosporium blight) of leaves; root rot; yield; correlation coefficient; Khabarovsk Kray.
Author Details: N. E. Savchenko, post graduate student (e-mail: [email protected]); T. A. Aseeva, D. Sc. (Agr.), chief research fellow.
For citation: Savchenko N. E., Aseeva T. A. Influence of Environment on Productivity of Spring Wheat and its Vulnerability to Diseases. Dostizheniya naukii tekhnikiAPK. 2019. Vol. 33. No. 4. Pp. 60-63 (in Russ.). DOI: 10.24411/0235-2451-2019-10415.
