Значение экологических ниш вредных организмов в агроэкосистемах Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

УДК 574.2

Значение экологических ниш вредных организмов в агроэкосистемах

В.А. ЧУЛКИНА, Е.Ю. ТОРОПОВА,

профессоры

Новосибирского государственного

аграрного университета

И.Г. ВОРОБЬЕВА,

декан Сибирского университета

потребительской кооперации

Н.А. ХОВАЛЫГ,

доцент

Тувинского государственного

университета

e-mail: [email protected]

Экологические ниши вредных организмов в агро- и естественных экосистемах, по образному определению Ю. Одума [1], являются «адресом» и «профессией» биологического вида в сообществах экосистем.

Нашей задачей было выявление объективных критериев анализа экологических ниш вредных организмов в агроэкосистемах и определение их связи с методологией экологического мониторинга, методами и эффективностью интегрированной защиты растений. В данной статье эти связи рассмотрены на примере вредных организмов двух экологических групп - почвенных, или корне-клуб-невых, и наземно-воздушных, или

листо-стеблевых, которые составляют более 90 % сообществ 17 агроэко-систем наиболее распространенных полевых культур [2].

К широко распространенным почвенным фитопатогенам относится Bipolaris sorokiniana (Sacc.) Shoemaker, экологическая ниша которого представлена в таблице 1. Эпифито-тиологическую значимость у него имеет вегетативное и бесполое размножение, в то время как половая стадия в природе не выявлена. В жизненном цикле возбудителя можно выделить экологические ниши первого порядка, обусловленные поражением органов растения-хозяина, и второго порядка, связанные с выживанием в окружающей среде.

В сезонной и многолетней динамике возбудителя и болезни решающая роль принадлежит экологическим нишам второго порядка (почва, семена), где возбудитель выживает 3-5 лет и более. Протравливание семян современными фунгицидами ограничивает реализацию экологической ниши на (в) семенах, в то время как инфекционный потенциал возбудителя в почве обусловливает

ежегодные многолетние эпифито-тии болезни [4]. Он представлен не только покоящимися конидиями и мицелием, но и многочисленными хламидоспорами, которые формируются внутри конидий, интеркаляр-но и апикально на мицелии (рис. 1).

Роль хламидоспор возбудителя в эпифитотиологии болезни изучена недостаточно, тогда как между численностью конидий и развитием корневых гнилей отмечена тесная прямая связь: г = 0,955 ± 0,02. По этой причине составление фитосанитар-ных почвенных картограмм по заселенности почв фитопатогеном, мероприятия по оздоровлению почв составляют основное содержание интегрированной защиты зерновых культур от обыкновенной корневой гнили.

Экологические ниши почвенных фитофагов, например, щелкунов, также тесно связаны с почвой (табл. 2). Не только личинки на протяжении 3-4 лет развиваются в почве, но и яйца, куколки и даже имаго какую-то часть жизненного цикла проводят под комочками почвы и растительными остатками. Поэтому свойства почвы (влажность, температура, рН, содержание органического вещества и др.) очень важны в регулировании экологических ниш во всех фазах жизненного цикла щелкунов, а мониторинг фитосанитарно-го состояния почв является неотъемлемым составным компонентом ИЗР.

Таблица 1

Экологическая ниша Bipolaris sorokiniana в агроэкосистемах зерновых культур

Функциональная активность

Экологическая ниша Инфекционная структура месяц

(период жизнеспособности) тактика V VI VII VIII IX X XI—XII, I-IX

ПЕРВОГО ПОРЯДКА

Корни: первичные, вторичные Вегетирующий мицелий, конидии Т, Р +++ +++ +++ +++ +++

Колеоптиль, эпикотиль, листья, стебель То же Т, Р ++ +++ +++ +++ ++

Колос, зерновки То же Т, Р + +++ ++

ВТОРОГО ПОРЯДКА

Почва Конидии, хламидоспоры (3-5 лет) в +++ +++ +++ +++ +++ +++ +++

Инфицированные растительные остатки (ИРО) Покоящийся мицелий (1-2 года) в +++ +++ +++ +++ +++ +++ +++

Семена То же (5-8 лет) в +++ +++ +++ +++ +++ +++ +++

Наземно-воздушная среда Конидии в + +++ +++

Примечание: + - одна декада, Р - размножение, В - выживание, Т - трофическая активность.

1. Формирование хламидоспор внутри конидий (слева), на концах и в середине гиф (справа)

Экологические ниши щелкунов на картофеле

Функциональная активность

Фаза Экологическая ниша тактика месяц

V VI VII VIII IX X XI—XII I—IV

Имаго Под растительными остатками, комочками почвы, на глубине 10-15 см и более Цветущие растения, наземно-воздушная среда (дополнительное питание, спаривание) В Т, Р +++ +++ +++ +++ + ++ +++ +++ +++

Яйцо Почва: поверхностный слой, под комочками, в трещинах В + +++ ++

Личинка Почва: миграция в слое 0-100 см (от 3-4 до 6 лет) В +++ +++ +++ +++ +++ +++ +++ +++

Семена, всходы, клубни картофеля Т + +++ +++ +++ +

Куколка Почва: глубина 8-15 см В +++ +++ +++

ПРОБЛЕМЫ ФИТОСАНИТАРИИ

Экологическая ниша вьюнка полевого

К числу почвенных вредных организмов относятся также многолетние сорные растения. Их экологические ниши в агроэкосистемах на примере вьюнка полевого представлены в таблице 3.

Экологический фитосанитарный мониторинг развития вьюнка полевого необходимо проводить в фазе семян и всходов, а не вегетативного роста и укоренения, как это делается в настоящее время. Это будет предупреждать появление многолетних очагов, а, следовательно, исключать пополнение почвенного банка семян сорных растений и проведения дорогостоящих мероприятий по уничтожению образовавшихся очагов.

Таблица 2

Таблица 3

Функциональная активность

Экологическая ниша месяц

тактика V VI VII VIII IX X XI-XII, I—III

Семена

Верхушечная часть побега: сначала формируются цветки в пазухах листьев, а затем семена Р ++ +++ +++

Воздушная среда В + +++ +++

Почва: глубина до 3 см, длительность сохранения до 5 лет В +++ +++ +++ +++ +++ +++ +++

Ворох семян культурных растений В +++ +++ +++ +++

Всходы

Корнеотпрысковый сорняк: все лето всходит с глубины 3-5 см, начиная Т, при температуре 6-8 °С. Рано взошедшие проростки могут образовывать горизонтальный побег в тот же год. Может размножаться отрезками отпрысков Вегетативный рост Р + +++ +++ +++

Надземная воздушная среда (80-200 см) Т, Р + +++ +++ +++ +++

Почва: глубина проникновения корневой системы до 1-2 м. Отрастание из спящих почек с глубины до 1 м. Многолетние куртины и очаги Т, Р +++ +++ +++ +++ +++ +++ +++

Таблица 4

Экологическая ниша возбудителя септориоза в агроэкосистемах яровой пшеницы

Экологическая ниша Инфекционная структура (фаза развития) Функциональная активность

тактика месяц

V VI VII VIII IX X XI-XII I-IV

Бесполое размножение

Мицелий:

Инфицированные покоящийся В +++ +++ +++ + +++ +++ +++

растительные остатки (ИРО)

Семена В +++ + ++ +++ +++ +++ +++

Листья, колос вегетирующий Т, Р ++ +++ +++ +

ИРО Пикниды с пикноспорами В +++ +++ ++ +++ +++ +++ +++

Семена В +++ + ++ +++ +++ +++ +++

Листья, колос Т, Р ++ +++ +++ ++

Наземно-воздушная среда В +++ +++ +++ +++ ++

Половое размножение

ИРО Перитеции с сумками В +++ +++ ++ ++ +++ +++ +++

Листья, колос и сумкоспорами Т, Р ++ +++ +++ ++

Наземно-воздушная среда Сумкоспоры В +++ +++ ++

Формирование экологических ниш у наземно-воздушных, или ли-сто-стеблевых вредных организмов отличается от почвенных, или корне-клубневых. Рассмотрим этот процесс на примере возбудителя широко распространенного и вредоносного заболевания - септориоза яровой пшеницы (табл. 4).

У возбудителя септориоза (Septo-ria nodorum Berk.) отсутствуют многолетние эпифитотические очаги в агроэкосистемах яровой пшеницы, а сезонная и многолетняя динамика болезни зависит в значительной мере от гидротермическихусловий, обусловливающих распространение в наземно-воздушной среде выживших на инфицированных раститель-

ных остатках аско- и пикноспор [1].

В целом частота формирования экологических ниш как фитопатоге-нами, так и фитофагами значительно выше в наземно-воздушной среде (табл. 5).

У фитопатогенов особенно резко выражена приуроченность к назем-но-воздушной среде экологических ниш вирусов, а у фитофагов - фазы имаго. Что касается сорных растений, то наземные ниши преобладают у малолетних видов. Покажем это на примере овсюга (табл. 6).

В случае овсюга, как и других сорных растений, большое внимание уделяется вредоносности в фазе потребления и выноса питательных веществ и воды, конкурентоспособ-

Таблица 5 Приуроченность экологических ниш 410 видов вредных организмов к различным средам (%)

Таксономическая группа Экологическая среда

почвенная наземно-воздушная

Вирусы 2,2 97,8

Бактерии 22,6 77,4

Грибы 22,4 77,6

Насекомые:

имаго 34,1 100,0

яйцо 42,0 65,9

личинка 43,5 70,3

куколка 73,4 28,4

и ложнокуколка

Сорные растения:

многолетние 100 85,0

однолетние 100 100

Таблица 6

Экологическая ниша овсюга в агроэкосистемах

Экологическая ниша, период жизнедеятельности Функциональная активность

тактика месяц

IV V VI VII VIII IX X XI—XII, I—III

Семена

Верхушечная часть побега в наземной среде: соцветие, метелка Р ++ +++ +++

Почва: глубина 3-10 см (до 25), от 2-3 до 5 лет В +++ +++ +++ +++ +++ +++ +++ +++

Семена культурных растений, особенно хлебных злаков В +++ +++ +++ +++ +++

Всходы

Почва, 3-5 см (до 25), наземно-воздушная среда Т, Р +++ +++

Вегетативный рост взрослых растений

Почва, глубина от 0-20 см до 1-1,5 м, наземно-воздушная среда, Т, Р + +++ +++

высота до 120 см

ности с культурными растениями в период вегетативного размножения. С эпифитотиологической точки зрения мониторинг и система ИЗР должны предусматривать ограничение преимущественно тактики полового размножения сорняков и выживания семян в почве, которые обусловливают сезонную и многолетнюю динамику их численности.

Пространственный аспект формирования экологических ниш на современном этапе изучают на контрольных полях (не менее 900 м2), которые выбирают случайным образом, а также путем наземных и космических крупномасштабных съемок и наблюдений. В результате составляются карты территориального распределения вредных организмов. Эти карты опубликованы в интернете, они нуждаются в уточнении наземными методами учетов и в научном обосновании, учитывая учение об экологических нишах вредных организмов в естественных и агроэкосистемах [3].

Учение об экологических нишах вредных организмов позволило нам обосновать объекты и методы экологического фитосанитарного мониторинга и предложить экологически сбалансированные системы ИЗР по всем экологическим группам вредных организмов (табл. 7).

В настоящее время в системах ИЗР доля агротехнических приемов доминирует по всем экологическим группам вредных организмов, составляя от 64 (наземно-воздушные,

Таблица 7 Доля агротехнических мероприятий

в ИЗР от вредных организмов по группам экологических эквивалентов

Доля приемов и средств в _ИЗР (%)_

Группа агро- био-

техни- логи-

ческих ческих

82,8 6,9 10,3

64,0 8,0 28,0

81,2 6,3 12,5

75,0 0,0 25,0

I Наземно-воздушные, или

листо-сте б левые I | Почвенные, или корне-клубневые

^ Трансмиссивные

И Семенные

2. Структура сообществ вредных организмов (среднее по 17 сельскохозяйственным культурам)

или листо-стеблевые) до 82,8 % (почвенные, или корне-клубневые). Доля применения пестицидов максимальная по группе наземно-воз-душных организмов, минимальная -по почвенным.

В структуре сообществ вредных организмов по культурам преобладают наземно-воздушные виды (рис. 2), вносящие экологическую дестабилизацию в фитосанитарное состояние агроэкосистем, вызывая необходимость применения пестицидов в значительных масштабах. И, наоборот, системы ИЗР против почвенных вредных организмов стабилизируют фитосанитарное состояние не только почвы, но и агроэко-систем в целом, по всем экологическим группам вредных организмов. При этом первостепенное значение приобретает переход от традиционного биологического мониторинга и применения пестицидов по ЭПВ на экологический мониторинг. В этом случае даже при современном развитии науки агрометод в системах ИЗР по шести (яровая и озимая пшеница, озимая рожь, ячмень, овес, рапс) культурам, проанализированным нами, становится доминирующим [5], составляя от 70,8 % (рапс) до 85,7 % (овес), а доля применения пестицидов существенно сокращается, не превышая 14,3 % (овес) и 29,2 % (рапс).

Анализ хозяйственной и экономической эффективности ИЗР с доми-

нированием агрометода при экологическом мониторинге вредных организмов на яровой пшенице обусловил увеличение прибыли с 70,5-98,8 % до 153,2-202,9 %, или в 2 раза.

Приведенные данные позволяют сделать вывод, что учение об экологических нишах вредных организмов, экологический мониторинг вредных организмов по группам экологических эквивалентов знаменуют новый, экологически сбалансированный этап в защите растений [3].

ЛИТЕРАТУРА

1. Одум Ю. Основы экологии. - М.: Мир, 1975, 742 с.

2. Торопова Е.Ю., Стецов Г.Я., Чулки-на В.А. Эпифитотиологические основы систем защиты растений. - Новосибирск, 2002, 579 с.

3. Торопова Е.Ю., Стецов Г.Я., Чулки-на В.А. Эпифитотиология. - Новосибирск, 2011,711 с.

4. Торопова Е.Ю. Экологические основы защиты растений от болезней. - Новосибирск, 2005, 370 с.

5. Чулкина В.А., Торопова Е.Ю., Стецов Г.Я., Воробьева И.Г., Ховалыг Н.А. Типы фитосанитарного мониторинга как основа для совершенствования интегрированной защиты растений // Защита и карантин растений, 2010, № 12, с. 12-15.

Аннотация. Экологические ниши вредных организмов в агро- и естественных экосистемах определяют сроки и методы проведения экологического фитосанитарного мониторинга, применение агрометода для ограничения ниш и оздоровления подземных и надземных органов растений в системе интегрированной защиты растений.

Ключевые слова. Экологические ниши, вредные организмы, экологический фитосанитарный мониторинг, агрометод, интегрированная система защиты растений.

Abstract. Ecological niches of harmful organisms in agro- and natural ecosystems determine ecological phytosanitary monitoring, limitation measures, plant's organs health and The Integrated systems of plants protection effectiveness.

Keywords. Niches ecological, harmful organisms, ecological phytosanitary monitoring, agro method, integrated system of plant protection.

Почвенные

Наземно-

воздушные

Семенные

Трансмиссивные