Экологические предпосылки эпифитотий бурой ржавчины пшеницы

УДК 632.914.2

Экологические предпосылки эпифитотий

бурой ржавчины пшеницы

О.Э. МЕДИНЕЦ, аспирант кафедры экологии, охраны окружающей среды и сбалансированного природопользования Полтавской государственной аграрной академии

Бурая листовая ржавчина (Pucci-nia recóndita f. sp. tritici Rob. ex Desm) - одна из наиболее распространенных и опасных болезней озимой пшеницы. Прогнозирование ее эпифитотий все еще находится в стадии научного поиска, а существующие методы долгосрочных и фенологических прогнозов малоэффективны, потому что включают такой предиктор, как погода, которую нельзя предсказать долгосрочно. Поэтому в аграрной практике, например, Украины посевы озимой пшеницы обрабатывают фунгицидами в фазе выхода в трубку ежегодно при интенсивности поражения растений 1 % [3] независимо от ожидаемой погоды. А в годовых отчетах Миргородской госинспекции защиты растений Полтавской области за 20052010 гг. в разделе «Прогноз на следующий год» ежегодно записывается одна и та же фраза: «Болезнь будет развиваться в зависимости от условий вегетации и запасов инфекции весной в природе».

На основании проведенных нами исследований считаем, что можно отказаться от использования в прогностических целях ряда погодных показателей. Ведь то, что мы называем погодой, в энергетическом смысле состоит из двух частей: приходящей, базовой энергии (солнечная радиация, достигающая поверхности Земли), изменяющейся с известной нам закономерностью, и

непредсказуемой теряющейся (перемещение, превращение, отражение тепла и света). Факторы, обусловливающие потери энергии(циркуляция атмосферы), оказывают кратковременное действие на приход тепла в конкретном месте, в целом доминирует базовый, космический фактор. Например, самый теплый февраль не бывает теплее самого холодного апреля (табл. 1). В Украине озимые посевы трогаются в рост то в апреле, то в феврале, и каждый раз этому сроку соответствует определенная высота Солнца в апогее.

Для выявления энергетических параметров доминирующего базового фактора, оказывающих влияние на развитие бурой ржавчины и ее эпифитотий, мы изучили многолетние материалы государственного сортоиспытания озимой пшеницы, хранящиеся в государственных архивах Полтавской и других областей левобережной Лесостепи Украины. Кроме Полтавской, эта зона охватывает левый берег Черкасской, юг Черниговской и Сумской, север Харьковской областей. Отобраны данные 220 полевых опытов,

проведенных по однородному агро-фону и по единой методике на всех 20 сортоучастках зоны за период с 1949 по 1970 г. (без 1960 г.) на стандартных сортах Белоцерковс-кая 198 (до 1962 г.) и Мироновская 808 (начиная с 1962 г.), близких по биологии и фенотипу.

За это время в 23 опытах из 220 поражения растений ржавчиной не было, в 21 опыте (12 лет) поражалось 60-96 % листовой поверхности, в остальных - 1-59 %. В таблице 2 приведены отдельные данные за годы с эпифитотиями, когда процент поражения листовой поверхности озимой пшеницы превышал 60 %.

По данным таблицы, эпифитотии бурой ржавчины можно связать с разными причинами - сильные осенние осадки (1953, 1961), сильные осадки в течение всей вегетации (1970), загущенность посева (1962), зимние повреждения (1957, 1963), полегание (1961, 1969), но энергетический фактор, представленный в таблице двумя параметрами - величиной солнечной активности и временем возобновления весенней вегетации (ВВВВ) озимых растений является ведущей причиной, действующей постоянно.

Солнечная активность изменяется закономерно с 11-летней периодичностью, выражается в изменении излучательной способности Солнца - солнечной постоян-

Таблица 1

Стартовая среднесуточная температура воздуха

Ранняя вегетация Поздняя вегетация Оптимальная вегетация

1966 г. 1998 г. 2001 г. 1963 г. 2000 г. 2003 г.

Дата ВВВВ 02.03 22.03 11.03 17.04 05.04 17.04 26.03

I декада 2,6 1,8 5,4 11,5 10,6 7,6 5,9

II декада 2,4 3,6 1,6 15,6 15,6 13,7 8,2

Ш декада 3,4 7,7 8,0 19,1 14,3 20,8 10,5

IV декада 3,1 9,5 10,3 19,9 13,2 20,5 12,6

4 декады 4,6 5,7 6,3 16,6 13,4 15,7 9,9

ной Ео*, которая измеряется числом пятен на диске(числом Вольфа W). Ео изменяется в зависимости от W по параболической кривой: она стремительно возрастает при увеличении числа солнечных пятен от 1 до 60, достигает максимума и стабилизируется при W = 120-161, после чего снижается, достигая минимальных значений при W = 250 [8]. Таким обра-

* Солнечная постоянная Ео - это мощность солнечного излучения (кал), приходящего по нормали (т.е. перпендикулярно, отвесно) на 1 см2 поверхности, расположенной вне земной атмосферы на расстоянии в одну астрономическую единицу от Солнца. Одна астрономическая единица равна среднему расстоянию Земли от Солнца, которое наблюдается 3 апреля и 5 октября.

зом, наибольший приход тепла и света на Землю происходит в годы со средней солнечной активностью 60-120 W с известной нам периодичностью.

Другой энергетический фактор -ВВВВ - соответствует наклонению Солнца над горизонтом в апогее в день начала весеннего роста зимующих растений, так как каждому из 365 дней года соответствует одна единственная высота Солнца в апогее в данном месте. По В.Д. Медин-цу, ВВВВ является интегральным количественным показателем стартовых и последующих условий весеннего развития зимующих растений: световых (фотопериод и спектр), тепловых (интенсивность солнечной радиации в кал) и водных в расходной части водного балан-

са. Эпифитотии бурой ржавчины практически возникают при определенном сочетании условий, зависящих от W и ВВВВ. Все случаи эпи-фитотий, указанные в табл. 2, распределились по сочетаниям названных параметров следующим образом:

вввв

раннее

вввв

оптимальное

вввв

позднее

В рассматриваемый 20-летний период эпифитотии бурой ржавчины возникали в основном в годы с

Таблица 2

Параметры развития озимой пшеницы и погодные условия в годы эпифитотий бурой ржавчины

в Левобережной Лесостепи Украины

Год Пора-женность бурой ржавчиной (%) Сумма осадков (мм) Пере- зимовка (балл) Дата ВВВВ Устойчивость к полеганию (балл) Число продуктивных стеблей на 1 м2 Урожайность (ц/га) Сол-неч-ная активность Название сортоучастка

посев -конец осенней вегетации ВВВВ - колошение колошение -восковая спелость общая за вегетацию, включая зимний период сухой биомассы зерна

1951 92 81 82 25 337 4 29.03 5 405 105 33,7 69 Пирятинский

1952 71 87 83 101 394 4 09.04 4,2 568 120 41,5 31 Миргородский

1953 71 232 127 28 496 3,5 28.03 4,6 382 98 30,0 14 Миргородский

1955 70 19 102 62 224 4 27.03 3,7 380 147 45,4 38 Золотоношский

1957 95 34 80 37 289 3 02.04 5 209 34 14,8 190 Краснопольский

1959 60 85 38 72 280 5 31.03 4 349 84 34,3 159 Носовский

1961 70 203 161 60 546 5 01.04 3 685 127 33,2 54 Роменский

1961 81 231 73 26 475 5 22.03 2,5 857 141 44,8 54 Пирятинский

1961 67 84 80 74 345 5 22.03 1 686 141 49,8 54 Диканский

1961 69 116 156 39 453 5 24.03 3 683 121 43,8 54 Харьковский

1962 62 90 181 32 418 5 31.03 3,5 350 139 40,9 54 Волчанский

1962 60 51 62 106 328 4 22.03 5 506 94 42,8 37 Прилукский

1962 80 69 67 61 311 4 22.03 5 700 125 44,9 37 Козельщинский

1963 91 40 65 66 308 2,5 21.04 4 220 69 23,6 28 Носовский

1963 96 53 48 122 317 2,5 20.04 5 216 27 12,4 28 Хорольский

1963 76 61 31 177 347 3 17.04 5 466 83 30,4 28 Семеновский

1965 73 16 84 61 271 3 27.03 5 392 66 28,1 15 Хорольский

1967 79 18 36 43 312 4 02.04 4,9 546 131 45,5 94 Хорольский

1967 77 28 75 45 339 5 30.03 3 645 161 39,7 94 Семеновский

1970 73 94 82 85 399 4 23.03 4 499 110 43,9 104 Миргородский

1970 65 110 116 56 474 4 23.03 5 485 124 51,4 104 Хорольский

W W W

слабая средняя сильная

0 0 0

9 4 1

5 1 1

оптимальным и поздним возобновлением весенней вегетации пшеницы при слабой и, реже, средней солнечной активности. Не отмечено эпифитотий в годы с ранним ВВВВ независимо от солнечной активности (хотя ранняя вегетация зафиксирована в 22 опытах со средним поражением 21 %). Было только две эпифитотии в годы с сильной солнечной активностью тоже при оптимальном и позднем ВВВВ. В рассматриваемой природной зоне по результатам статистической обработки данных 220 полевых опытов, зависимость развития бурой ржавчины от суммы осадков во все периоды, названные в таблице 2 и в целом за вегетацию растений, слабая или отсутствует. Исключение составляет осенний период, для которого г = 0,34, но только в годы с обильными осадками, превышающими 130 мм за время от посева до конца осенней вегетации пшеницы.

Выводы, сделанные в целом по зоне левобережной Лесостепи Украины на основании данных за 1950-1960-е гг., безусловно, требуют подтверждения в других местах и за другие годы. Для проверки выводов по зоне мы собрали материалы наблюдений, проведенных в

одной точке за более длительный период. Выбрали данные за 55 лет (1939-1940, 1943-1945, 19472000 гг.) Миргородского сортоучастка, где постоянно работали квалифицированные фитопатологи (табл. 3).

В годы с ранней вегетацией (10.02-20.03) эпифитотий не было. Таких лет было 19 из 55.

С учетом солнечной активности данные Миргородского сортоучастка за годы с пораженностью 60100 % распределились следующим образом (число лет):

ВВВВ раннее

ВВВВ

оптимальное

ВВВВ

позднее

Полученные выводы в основном совпадают со сделанными ранее в целом для зоны. Данные о ВВВВ и W известны уже в первый день весеннего пробуждения растений и могут быть использованы в долгосрочных и фенологических прогнозах эпифитотий.

Таблица 3 Число лет с развитием бурой ржавчины и средняя пораженность (%) стандартного сорта

в зависимости от ВВВВ на Миргородском сортоучастке за 55 лет

ВВВВ Всего Пораженность

0 1-100 60-100

10-28.02 6 3 3 0

01-10.03 3 3 0 0

11-21.03 10 3 7 0

21-31.03 21 6 15 8

01-10.04 11 3 8 3

11-20.04 4 0 4 2

Для практики важно ответить на вопрос, почему в годы с ранней вегетацией не бывает вспышек развития бурой ржавчины. Очевидно, что для этого нет условий даже при больших запасах инфекции в природе, оптимальной температурой для заражения растений весной считается 15-25 °С (по Головину, 20-22 °С). При ранней вегетации таких температур в первые декады после отрастания растений практически не бывает, а при поздней они доминируют (табл. 1).

Известно, что для заражения необходимо, чтобы роса удерживалась на листьях при ранней вегетации 12 ч, при оптимальной 8, при

Таблица 4

Влияние ВВВВ на световые и тепловые условия развития и ростовые параметры озимой пшеницы Белоцерковская 198 по данным 150 полевых опытов в Лесостепи Украины

Дата ВВВВ Высота Солнца в апогее на широте 50° (град.) Длина дня в начале вегетации (час.) Продолжительность периода от ВВВВ до колошений (дни) Средняя температура этого периода (°С) Ростовые параметры Число опытов

высота растений

11-15.03 38,3 11,6 84 8,8 115 650 174,0 2

16-20.03 39,6 11,9 78 9,4 126 658 134,9 9

21-25.03 40,9 12,3 72 10,0 116 531 119,1 18

26-31.03 42,5 12,7 64 10,6 125 545 104,6 42

01-05.04 44,2 13,1 61 11,5 108 484 96,6 29

06-10.04 46,6 13,5 57 12,4 103 464 89,6 24

11-15.04 48,2 13,8 51 13,4 90 320 60,9 18

16-20.04 50,7 14,1 48 14,5 92 343 63,4 7

21-25.04 52,6 14,4 41 16,0 87 280 54,5 1

г +/-Ш 1,0 083+/-0,06

W W W

слабая средняя сильная

0 0 0

4 4 0

1 3 1

поздней 4 ч в сутки [2]. В первом случае заражение проблематично, в остальных - возможно. Кроме того, при ранней вегетации удлиняется инкубационный период до 16-20 дней, а нарастание биомассы растений идет наиболее интенсивно, усиливая их резистентность к патогену. Условия, складывающиеся в годы ранней вегетации, не способствуют развитию первой весенней генерации бурой ржавчины пшеницы, что отражается на последующих генерациях. ВВВВ задает световые и тепловые условия развития растений, не только стартовые, но для всего периода от начала вегетации до колошения, вызывая закономерную и весьма четкую ответную реакцию растений (табл. 4).

Ее называют «экологический эффект четырех В», который положен в основу многих способов, алгоритмов, технологий прогнозирования в Украине, России, Германии, Чехии [10], используемых в практике. В частности, созданы способы прогнозирования перезимовки, целесообразности пересевов озимых зерновых и многолетних трав, прогнозирования полегания, урожайности и качества зерна озимой пшеницы, экспресс-методы отбора генотипов по зимостойкости, фотопериодической чувствительности, адаптивности, стабильности качества зерна [1, 4, 5, 7, 9]. В фитопатологии этот подход еще не применяется.

Между тем, замена параметра «высота Солнца» на ВВВВ (что одно и то же) позволяет заранее узнать тепловые (на 83 %, остальные 17 % -это влияние погоды), фотопериодические (на 100 %) и отчасти водные (в той мере, в какой расход воды зависит от температуры) условия дальнейшей жизни растений - то, что ранее считалось непредсказуемым. А это позволяет не только прогнозировать ответную реакцию зимующих растений, но и управлять их онтогенезом, зная законы взаимо-

действия и взаимокомпенсации факторов жизни растений. Это касается также других зимующих биологических объектов, пробуждающихся к весенней жизни синхронно с растениями-хозяевами. Влияние ВВВВ на живые организмы, показанное в таблице 4, оказывает не собственно дата ВВВВ, а высота Солнца в данном месте, которую просто удобно регистрировать как календарную дату и фазу развития определенного вида и создавать банк многолетних данных - основу для научных исследований.

Актуальность экологического эффекта четырех В в последние десятилетия значительно возросла, по-томучтоувеличился размахколебаний многих явлений природы, в том числе ВВВВ озимой пшеницы. Если в 1930-е и 1940-е годы озимая пшеницы возобновляла весеннюю вегетацию на Полтавщине в среднем 3-4 апреля с небольшими отклонениями от средней даты, а в 1950-е и 1960-е - 31 марта, то в 1990-е и 2001-2010 гг. - уже 15-19 марта, а в отдельные годы и в феврале. Одновременно увеличивается размах отклонений в сторону как ранней, так и поздней вегетации. И это составляет проблему, которой не было раньше.

Влияние ВВВВ на возбудителей болезней растений не ограничивается эпифитотиями бурой ржавчины. Например, нами установлено, что в Полтавской области гельмин-тоспориозно-фузариозные гнили и твердая головня озимой пшеницы в годы с поздней вегетацией получают большее развитие, чем в годы с ранней. Но это уже предмет других исследований.

ЛИТЕРАТУРА

1. Вавилов П.П. Растениеводство -М.: Агропромиздат, 1986, 330 с.

2. Головин П.Н., Арсеньева М.В. и др. Фитопатология, 2-е изд. - Л: «Колос», 1980, 319 с.

3. Довщник 1з захисту рослин - К.: «Урожай», 1999, 113 с.

4. Зiнченко О.Ь, Салатенко В.Н., Блоношко М.А., Рослинництво. - К.: Арарна осв1та, 2001, 420 с.

5. Исмагилов Р.Р. Фитоценотический подход к оценке вредоносности внутри-стеблевых фитофагов озимой ржи // Вестник с-х науки, 1992, № 2, с. 29.

6. Мединец В.Д. Весеннее развитие и продуктивность озимых хлебов. - М.: «Колос», 1982, 272 с.

7. Муха В.Д., Пелипец В.Н. Програму-вання врожапв. - К.: Вища школа, 1988, 252 с.

8. Рвачев В. Ввведение в биофизическую фотометрию. - Львов: Изд-во Львовского унвиерситета, 1996, 143 с.

9. Чекалiн М.М., Тищенко В.М., Баташова М.С. Селекц1я т генетика окремих культур - навчальний пос1бник. - Полтава, 2008, 252 с.

10. Petr I. Doba obnoveni jarni vegetace a osetreni ozimy // Uroda, 1985, № 2, с. 518.

Аннотация. По данным 270 полевых опытов за 55 лет установлено, что в зоне Левобережной Лесостепи Украины на развитие возбудителя бурой ржавчины на посевах озимой пшеницы влияют солнечная активность и высота Солнца в апогее в день возобновления весенней вегетации. Эпифитотии проявлялись в годы, когда возобновление вегетации растений в оптимальный и поздний срок совпадало со слабой и средней солнечной активностью (соответственно 1-60 и 61-120 W).

Ключевые слова. Озимая пшеница, бурая ржавчина, эпифитотии, время возобновление весенней вегетации, солнечная активность, прогнозирование.

Abstract. Analysis experimental data received from 270 field experiment for 55 years determined that in region Left bank forest-steppe of Ukraine there is an influence of solar activity and Sun altitude in acme in a day of spring revegetation represented in research a calendar data TSR on brown rust agent development in winter wheat sowing. The large development of disease appeared in years when spring revegetation of plants in optimum and late term coincide with mild and medium solar activity (accordingly 160 and 61-120 W).

Keywords. Winter wheat, brown rust, the large development of disease, the time of spring revegetation, solar activity, forecasting.