Биоэкологическая защита полевых культур от болезней

УДК 632.937

Биоэкологическая защита полевых культур от болезней

О.Г. Марьина-Чермных, Г.С. Марьин, А.В. Соловьёв

Марийский государственный университет, Йошкар-Ола

Изучена биоэкологическая защита растений и обоснованы основные экологические принципы оптимизации фитосанитарии пахотных почв и повышение урожайности культур, возделываемых в севообороте.

The article deals with bioenvironmental plant protection and grounds the main ecological principles of the agricultural soils phytosanitary optimization and crop capacity improvement.

Продовольственная безопасность РФ в значительной степени определяется качественной характеристикой пахотных земель, состояние которых в последнее время ухудшается как с экологической, так и с фитосанитарной сторон. В связи с этим повышение их качества становится объективной необходимостью и, как отмечают большинство исследователей (Каштанов, 1988; Макаров, 1988; Марьин, 1996 и др.), нужна разработка и внедрение в производство таких технологических систем защиты растений, которые могут обеспечить в конкретных почвенных и погодных условиях оптимизацию фитосанитарии, максимально возможную продуктивность культур, расширенное воспроизводство плодородия почв и экологичность технологий.

Цель работы: обосновать в рамках биоэкологической защиты основные экологические принципы оптимизации фитосанитарии пахотных почв и повышение урожайности культур, возделываемых в севообороте.

Исследования проводились в течение 1995-2006 гг. на кафедре защиты растений Марийского государственного университета, а также на кафедре техники и прогрессивных технологий Марийского института переподготовки кадров агробизнеса. Производственные опыты выполнены в ОПХ «Головное» Марийского научно-исследовательского института сельского хозяйства, СПК «Пригородное» Медведевского района и других сельскохозяйственных предприятиях Республики Марий Эл и южных районов Кировской области (Сан-чурский, Яранский, Немский, Уржумский и Советский). Исследования велись путем организации лабораторных, полевых, микрополевых, модельных и производственных опытов. Кроме того, проводились систематические маршрутные обследования посевов зерновых культур в хозяйствах зоны. Почва опытных участков -дерново-подзолистая, среднесуглинистая со следующей агрохимической характеристикой: содержание гумуса 1,68-1,73 %, рН (солевая) 5,4-5,7, содержание питательных веществ в пахотном слое Р2О5 17,4-18,1;

К2О (по Кирсанову) 19,2-19,6 мг на 100 г сухой почвы. Объектами исследований служили озимая рожь, яровая пшеница, ячмень, клевер, вика/овес, картофель, люцерна и залежные земли, расположенные по близости к исследуемым севооборотам. Исследования велись согласно общепринятым методическим разработкам (Доспехов, 1971, 1979, 1985) и др.

Исследования показали, что влияние удобрений и средств защиты на микромицетный комплекс почвы может быть разносторонним, однако, в фитосанитар-ном состоянии оно наиболее рельефно проявляется через его структуру (табл.1).

Таблица 1 - Функциональная структура встречаемости

микромицетов в зависимости от внесения удобрений и средств защиты, модельный опыт 1, 1997—1999 гг.

Удобрения и средства защиты

Наименование показателей контроль N120P120 K120+ фунда-зол N120 P120 K120 ТНК, 60 т/га N120P120 K120+ трихо-дерм. ТНК+ фун- дазол

Численность, тыс. шт./г почвы 37,2 30,1 36,3 41,7 40,8 39,8

Кол-во всего видов, шт. 17 15 15 17 17 16

Из них доминантов, шт. видов 4 2 2 6 6 3

Всего токсикантов, 3 6 5 2 3 3

шт. видов

Из них доминантов, шт. видов 2 3 2 1 1 1

Всего патогенов, тыс. шт./г почвы 12,4 16,5 19,3 11,2 12,3 12,0

Из них количество видов, шт. 3 4 4 3 3 3

Выявлено, что при некотором снижении в почве общей численности видового состава микромицетов от минеральных удобрений и пестицидов значительно увеличивается число токсикантов (в 3 раза) и патогенов (1,3 раза) и существенно снижается видовой состав доминантов. При этом на численность и струк-

туризацию микромицетного комплекса оказывает значительное влияние окультуренность почвы и внесение сидеральных удобрений и навоза (рис. 1).

Из результатов проведенных исследований следует, что:

а) наибольший негативный сдвиг в структуре комплекса микромицетов в почве происходит при внесении минеральных удобрений и при совместном внесении минеральных удобрений с пестицидами. При этом повышается встречаемость грибов-токсинообразова-телей. При внесении агрохимикатов Penicillum pur-purogenum Stol. перешел в ранг встречающихся, тогда как в контроле он отсутствовал, а Mortierella raman-niana Fr, P. Martensii Biourqe и P. Funiculosum Thom. перешли из ранга часто встречающихся видов в ранг доминирующих. С внесением минеральных удобрений и пестицидных препаратов в структуре микромицетов исчезают грибы-антагонисты -Trichoderma viride Pers.ex Er., Zygorhinchus heterogamus Fr. и сапротроф Mucor hiemalies, тогда как на контроле первые два вида были часто встречающиеся, а третий - редко встречающийся;

— " —  _ Altem.altemata Bipolar.sorokin.

------- Mortier.ramanniana ----Penic.janthinell.

-----Trichoderma viride -Fusarium culmor.

. -Fusarium oxisp.

% Контроль NPK-60 NPK-60 + ТНК,60 NPK-60 + Агат 25К Триход.

Рис. 1. Сравнительная динамика развития антогонистов и патогенов

б) внесение в почву органического удобрения (ТНК) отдельно и совместно с биопрепаратами способствует росту встречаемости доминирующих видов, при этом в ранг доминирующих переходит по сравнению с контролем вид T. viride и повышается встречаемость вида P. simplicissimum, который на контроле был как редко встречающийся;

в) внесение минеральных удобрений и пестицидных препаратов на патогенные микромицеты влияет в меньшей степени, чем на сапротрофные;

г) внесение минеральных удобрений способствует увеличению коэффициента встречаемости патогенов в почве, а внесение органических - снижению.

В связи с вышеизложенным можно считать, что общее фитосанитарное состояние почвы с внесением

органического удобрения улучшается за счет снижения встречаемости грибов-токсикантов, снижения встречаемости в почве патогенов и увеличения встречаемости грибов-антогонистов. Разницу влияния удобрений и средств защиты растений на показатели фито-санитарного состояния почвы в зерновом агроценозе можно видеть и по коэффициенту сходства (коэффициент Джакарта; по Одуму, 1975). Коэффициент сходства между контролем и внесением минеральных удобрений очень низкий и равен 0,21. Между тем сходство структуры микромицетов на контроле и варианте с внесением навоза значительно выше (0,840,86), в том числе с внесением навоза совместно с биопрепаратами (0,68-0,79).

Установлено, что с увеличением отторжения и уменьшением возврата в систему органического вещества происходят негативные изменения в функционировании микромикоценоза почвы (табл. 2).

Таблица 2

Варианты возврата Численность, тыс. шт. ж. начал /г почвы в слое 0-10 см Ризосферный эффект

органического вещества эдафо-сферы ризосферы ризо-планы ризосферы ризо-планы ризо-планы/ ризосферы

Зяблевая вспашка на глубину 20-22 см

Контроль 72,7 84,0 90,1 1,16 1,24 1,07

Оз. рожь (1) 73,1 88,5 91,4 1,21 1,25 1,03

Яр. пшеница 72,9 111,1 93,3 1,26 1,29 1,02

Горох (2) 88,1 133,0 134,8 1,51 1,53 1,01

(1+2) 91,3 140,9 143,3 1,54 1,57 1,02

Культивация осенью на глубину 8- -10 см

Контроль 71,5 85,1 90,1 1,19 1,26 1,06

Оз. рожь (1) 69,3 84,5 95,7 1,22 1,38 1,13

Яр. пшеница 75,1 96,2 102,1 1,28 1,36 1,06

Горох (2) 94,2 151,7 131,9 1,61 1,40 0,85

(1+2) 99,0 162,4 135,6 1,64 1,37 0,84

солома, Без обработки почвы, осенью разложенная на поверхности почвы

Контроль 49,1 52,4 58,4 1,07 1,19 1,11

Оз. рожь (1) 54,4 63,1 66,9 1,16 1,23 1,06

Яр. пшеница 55,7 70,7 83,0 1,27 1,49 1,17

Горох (2) 69,1 131,3 117,5 1,90 1,70 0,89

(1+2) 92,1 163,1 122,4 1,77 1,33 0,75

НСР 05 (тыс. шт. /г почвы) в эдафосфере: 2001 = 2,1; 2002 = 2,2; 2003 = 1,8; ризосфере: 2001 = 15,4; 2002 = 22,0; 2003 = 19,2; ризо-плане: 2001 = 19,8; 2002 = 28,5; 2003 = 26,4.

Внесение соломенной мульчи (ржаной, пшеничной или бобовой культур) в эдафосфере улучшает фи-тосанитарные показатели в ризосфере и ризоплане, особенно бобовой соломенной мульчи, когда положительный эффект наблюдался уже в начале вегетации, особенно в зоне ризопланы. Использование соломенной резки осенью в виде «мульчи» с последующей заделкой ее весной способствовало дальнейшему улучшению ризосферного эффекта в зоне ризопланы -тест-культуры, а наибольший эффект наблюдался при использовании мульчи соломы гороха. С ростом численности в почве микромицетов идет изменение функциональных групп микромицетного сообщества. Как правило, численность токсикогенов и патогенов в корнеобитаемой зоне почвы с внесением соломенной мульчи снижалась. При этом в корневой зоне наибольшее снижение их численности наблюдалось по сравнению с контролем в зоне ризопланы (8-9 раз). Патогенный потенциал снизился соответственно на 6070 % (табл. 3).

Таблица 3 - Токсикогенный и патогенный потенциалы в зависимости от возврата и заделки в почву органического вещества, тыс. шт. живых начал/г почвы

Варианты Эдафосфера Ризосфера Ризоплана

заделка орг. вещ. вид органического вещества ток-сико-гены патогены ток-сико-гены патогены ток-сико-гены патогены

д Контроль 9,1 15,2 6,3 10,1 3,0 6,9

^ с с Рж. солома (1) 6,1 6,7 10,0 4,9 2,6 2,0

£ * Пшен. солома 1,9 2,8 4,3 2,0 2,3 1,8

я <и Гор. солома (2) 1,3 2,5 2,0 1,5 2,1 1,6

о (1+2) 1,2 2,0 2,0 1,5 2,1 1,6

« и я Контроль 8,8 15,2 9,5 9,0 3,5 3,3

Рж. солома (1) 6,3 3,8 3,1 2,0 2.1 1,5

ш е л л & Пшен. солома Гор. солома (2) 0,6 1,4 2,0 3,8 1,8 2,0 1,9 1,8 1,7 1,6 1,6 1,5

(1+2) 1,0 2,5 1,9 1,8 1,5 1,0

Контроль 7,8 10,5 7,5 7,1 3,2 3,1

л ц ^ Рж. солома (1) 5,8 9,4 4,6 4,5 4,.5 4,0

8 Пшен. солома. 1,2 3,8 3,3 3,0 2,1 1,2

Я я ^ Гор. солома (2) 0,8 2,8 2,4 1,8 1,6 1,0

О (1+2) 0,9 2,5 2,2 1,9 1,6 0,8

Зависимость урожайности яровой пшеницы и поражение корневой гнилью выразились уравнением регрессии: у = 2,72 - 0,01»х; Я = 0,880; FфаKГ > Fo5 Б = = 0,77 %, где у - урожайность, т/га; х - поражение, %; Я - коэффициент корреляции; Б - коэффициент детерминации, %.

Таким образом, фитосанитарное состояние аграрной экологической системы и ее продуктивность

на уровне севооборота значительно зависит от величины соотношения в севообороте «отторжение/возврат» органического вещества. Разовый возврат органического вещества (в одном поле 6-ти польного севооборота) в виде навоза, соломы или сидерата способствует активизации развития почвенного микро-мицетного сообщества, оптимизации фитосанитарии почвы и росту продуктивности культур в севообороте.

Осеннее мульчирование почвы резкой соломы способствовало снижению патогенного потенциала в ризоплане растений. Это происходило, по-видимому, из-за длительного нахождении соломы в зимний период непосредственно под снегом и более благоприятных условий для растений тест-культуры в весенний период (обеспечение влагой и более высокой температурой почвы под мульчей). Этот факт отмечен и в условиях полевых севооборотов опытного поля МарГУ (табл. 4). Возврат органического вещества в травопольном севообороте в виде клеверного сидерата по сравнении с фоном способствовал дальнейшему росту численности почвенных микромицетов, снижению в почве числа токсикантов и значительному уменьшению патогенного потенциала.

Таблица 4 - Структура микромицетов почвы и урожайность культур севооборота в зависимости от возврата в 6-польный севооборот органического вещества, 1999-2004 гг.

Севооборот и видвозврата органического вещества Возврат орган. вещества, ГДж/га Число мик-ромице- тов, тыс. шт. живых начал/г почвы В том числе Средний урожай, ГДж/га

всего в т.ч. бобовых токсиканты патогены

Зерновой севооборот 7,0 2,4 120,0 10,4 8,3 35,7

Зернопропашной + солома озимых 27,0 1,5 134,9 10,1 7,0 38,6

Травопольный севооборот - фон 7,5 2,9 149,5 8,3 5,4 45,0

Фон + сидерат. клевера 2-го г.п. 69,1 67,6 166,2 5,1 2,2 56,7

Фон + 1/2 сидерат клевера 2-го г.п. 36,8 34,8 155,0 5,2 2,5 49,1

Фон + 1/2сид. кл. 2-го г.п. + сол. озим. 90,9 34,8 180,1 2,5 1,1 63,1

Залежь с использов. вегетативной массы на сено 11,3 1,8 155,3 1,9 0,8 50,7

НСР05 = число микромицетов - 13,3 тыс. живых начал; средний урожай 2,4 ГДж/га

Продуктивность севооборота выросла на 26 %. При возврате в севооборот органического вещества

с увеличением общей численности микромицетов наблюдалось дальнейшее снижение в ризосферной зоне количества токсикантов, и особенно патогенных организмов, почти в 5 раз. Эти показатели были близки к варианту «залежь с использованием зеленой массы на сено». Наиболее высокая продуктивность севооборота получена при внесении бобового сидерата и соломы. Она была выше по сравнению с фоном на 40,2 %, а по сравнению с контролем (зерновой севооборот) - в 1,8 раз.

Двухразовый возврат органического вещества в агроэкосистему (1 раз клеверный сидерат, навоз под озимую рожь, другой - резка соломы озимой ржи под яровую пшеницу), оптимизируя фитосанитарную обстановку в агроэкосистеме, повышая продуктивность севооборота, приближает аграрную экосистему по фито-санитарным показателям к естественной экосистеме.

Формирование ризосферных микроорганизмов зависит от вида растения и типа почв (Тулемасова, 1981). При этом динамика имеет колебания во временном диапазоне, зависит и от агротехнического приема возделываемой культуры (рис. 2). Как правило, количество сапротрофов в ризосфере растений к концу вегетации во всех случаях увеличивалось. При этом на контрольном варианте количество сапротрофов от кущения к восковой спелости увеличилось в 1,6 раз, на сиде-ральном фоне - в 2,3 раза, на навозном - в 1,7 раз, а на фоне с минеральными удобрениями лишь в 1,3 раза. А число сапротрофов в фазу кущения на минеральном фоне было даже ниже, чем на контрольном варианте, почти в 2 раза (1,9 раз). Фундазол, приводя к резкому депрессивному состоянию развитие ризо-сферных микромицетов в начале вегетации (кущение), снижал к концу вегетации депрессию во всех случаях, особенно на органическом фоне.

35030025020015010050 0

§я

Кущение Колошение

Контроль

ЫРК, 60

Сидерат, 20

Навоз, 60

няки. При этом роль сорных растений в формировании инфекционного потенциала корневой гнили зерновых зависит от применяемых при возделывании культуры - предшественников, удобрений и средств защиты. Сорная растительность в формировании инфекционного потенциала в большей степени несет фузариозную инфекцию, и в меньшей степени -гельминтоспориозную. Последействие из применяемых средств защиты: наибольшее влияние на инфекцию почвы оказал триходермин, его влияние на снижение инфекции по сравнению с контролем составило 33,7 %, при этом гельминтоспориозная инфекция снизилась в 2,3 раза. Последействие средств защиты растений на величину инфекции в ризосфере сорных растений оказало влияние в меньшей степени, по сравнению с почвой. Оно составило по фузариозной инфекции 3,1, а по гельминтоспориозной - 30,3 %. Последствие фундазола практически не оказало влияние на формирование сорными растениями инфекции корневой гнили, как фузариозного, так и гельминтос-пориозного типа.

Выводы:

1. Биоэкологическая защита позволяет вовлечь в управление фитосанитарии почвы и защиту зерновых от корневой гнили биологические структуры, способствуя формированию динамической устойчивости (подвижное равновесие) почвенных микроми-цетных природных комплексов агроэкосистем. Это влияние отражается в ризосфере как культурных, так и сорных растений.

2. Величину почвенной инфекции формируют возделываемые культуры и сорные растения. Значимость тех и других растений в этом процессе определяет величина антропогенеза, осуществляемого через технологические средства и приемы.

3. В технологическом комплексе инфекционный фон в ризосфере растений, способный вызвать корневую гниль зерновых при высеве культуры, в значительной степени может оптимизировать биоэкологическая защита. Наибольшее снижение инфекции в ризосфере растений было на варианте применения при предпосевной обработке семян биопрепарата и высеве их по фону органических удобрений и соломенной мульчи.

Рис. 2. Динамика величины сапротрофных грибов в ризосфере растений в звене севооборота

Кривая роста в динамике развития патогенов в зависимости от средств защиты (контроль, фунда-зол, триходермин) и удобрений выразилась на контрольном фоне соответственно - 1,5; 1,8 и 2,1; на минеральном - 2,1; 2,6 и 2,8; на сидеральном - 2,4; 3,1 и 2,6; на навозном - 2,1;2,1 и 1,7. В формировании инфекционного потенциала почвы участвуют и сор-

ЛИТЕРАТУРА

1. Научные основы современных систем земледелия // Всесоюз. Акад. с.-х. наук им. В.И. Ленина. - М.: Агропромиздат, 1988. - 255 с.

2. Макаров, И.П. Расчет необходимого количества органических удобрений, вносимых в почву при минимальной обработке / И.П. Макаров // Ветстник с.-х. науки. - 1988. - № 6. - С. 42-47.

3. Марьин, Г.С. Теоретические и технологические основы управления фитосанитарным состоянием почвы в условиях северо-восточного Нечерноземья Российской Федерации: автореф. докт. дисс. / Г.С. Марьин. - М, 1996. - 36 с.