Содержание к диссертации
Введение
1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 8
1.1. Фитопаразитарные грибы яровых зерновых культур 8
1.1.1. Общие сведения о паразитизме и паразитарных болезнях растений 10
1.1.2. Краткая характеристика наиболее опасных болезней зерновых культур в экологических условиях Тюменской области 14
1.2. Почва - как основная экологическая среда для обитания фитопаразитарных грибов и естественных микроорганизмов почвы и корней растений 24
1.3. Особенности формирования микрофлоры зерновок и вегетирующих растений в меняющихся условиях среды 28
1.4. Методы борьбы с фитопаразитарными грибами 29
1.4.1. Агротехнический метод защиты растений и роль минерального питания 30
1.4.2. Химический метод и средства защиты растений 33
1.4.3. Биологический метод и средства защиты растений 35
2. УСЛОВИЯ, МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ... 38
2.1. Эколого-географические условия юга Тюменской области. .. 39
2.2. Объекты и материалы исследований 44
2.3. Методы исследований 45
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 47
3.1. Распространённость и развитие фитопаразитарных грибов на зерновых культурах в Тюменской области в годы, различные по метеорологическим условиям 47
3.1.1. Болезни зерновых культур, проявляющиеся на растениях в период вегетации 49
3.1.2. Микрофлора зерна в зависимости от условий выращивания 73
3.2. Ареал наиболее вредоносных заболеваний яровых зерновых культур 77
3.3. Разработка элементов технологии ограничения инвазивности зерновых культур в различных почвенно-климатических условиях Тюменской области 86
3.3.1. Эффективность применения протравителей семян, регуляторов роста растений, биологических препаратов в агроэкологических зонах 86
3.3.1.1. Северная лесостепь 88
3.3.1.2. Южная лесостепь 98
3.3.1.3. Южная подтайга 120
3.4. Интегрированная система защиты как агроэкологическая основа супрессии фитопаразитарных и других видов грибов на яровых зерновых культурах 126
3.5. Экономическое обоснование разработки интегрированной системы защиты растений от фитопаразитарных грибов в Тюменской области 141
3.5.1. Экономический ущерб, наносимый фитопаразитарными грибами зерновым культурам 142
3.5.2. Экономическая эффективность элементов интегрированной системы защиты растений 142
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ 146
ВЫВОДЫ 155
ПРЕДЛОЖЕНИЯ ДЛЯ ПРАКТИЧЕСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ 157
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
- Фитопаразитарные грибы яровых зерновых культур
- Эколого-географические условия юга Тюменской области.
- Распространённость и развитие фитопаразитарных грибов на зерновых культурах в Тюменской области в годы, различные по метеорологическим условиям
Введение к работе
Актуальность проблемы. Производство зерна - важнейшее направление в отрасли растениеводства, а для России с её традициями оно имеет особое значение. При этом колебания по урожайности зерновых культур, вызванные заболеваниями растений, влияют на экономику. Ежегодно только от болезней зерновых Российская Федерация теряет от 8,5 до 25 млн. тонн зерна, а среднегодовое значение потерь за последние годы составляет 18,3 млн. тонн (Санин и др., 2002.).
Среди возбудителей болезней растений самую большую группу составляют микроскопические грибы, вызывающие различные внешние признаки проявления болезней. Всходы многих растений нередко загнивают по причине поражения почвенными патогенами корневой системы, в результате происходит распространение гриба по сосудистой системе, что может привести растение к увяданию или ослаблению, делая его уязвимым в конкурентной борьбе. Наряду с этим, по данным С.Л. Тютерева (2002) и B.C. Шевелухи (1988) микотоксины, образуемые в результате развития фузариоза, вызывают тяжелые заболевания у человека и животных, бесплодие у свиней, гибель молодняка, нарушают иммунную, пищеварительную и кровеносную системы.
В современных условиях система земледелия включает в себя применение химических и биологических средств защиты растений для повышения урожайности и качества растениеводческой продукции (Кандыбин, 1999). Однако спрос рынка на конкурентное по цене и качеству зерно заставляет земледельцев производить злаковые культуры свободные от патогенных микроорганизмов и экологически безопасные по содержанию остаточных количеств пестицидов, используемых в производстве зерна.
В то же время разработка, проведение профилактических и истребительно-защитных мероприятий, как способ оптимизации фитосанитарной обстановки, требуют знания механизмов, лежащих в основе взаимодействия между природой и растениями, что позволит управлять процессами по заданным
5 параметрам (Танский, Левитин, Павлюшин и др., 2002). На юге Тюменской области промышленным способом возделывается свыше 40 растениеводческих культур. Из них стратегическое значение имеют зерновые: пшеница, ячмень, овёс и озимая рожь (Знаменщиков и др., 2003).
В большинстве сельскохозяйственных предприятий агропромышленного комплекса Тюменской области основной клин пашни занят яровыми зерновыми культурами. Ежегодно у товаропроизводителей продуктивность полей получается ниже плановых расчетных цифр и вложений материальных затрат. Поэтому актуальным является выяснение причин, влияющих на продуктивность возделываемых культур, и поиск путей повышения объёмов производства растениеводческой продукции, безопасной для здоровья человека.
Цель работы - разработка наиболее оптимальных технологий защиты яровых зерновых культур от фитопаразитарных грибов, как способов повышения урожайности и качества зерна.
Для достижения цели решались следующие задачи:
- определить видовой состав фитопаразитарных грибов, наносящих основной
экономический ущерб яровым зерновым культурам в почвенно-климатических
условиях Тюменской области;
- установить ареал фитопаразитарных грибов и степень поражения ими
яровых зерновых культур;
определить ущерб, наносимый фитопаразитарными грибами сельскохозяйственному производству;
- изучить факторы, влияющие на ограничение распространения и развития
фитопаразитарных грибов;
разработать эффективные методы ограничения вредоносности фитопаразитарных грибов на яровых зерновых культурах и внедрить их в производство.
Научная новизна. В условиях Тюменской области получены качественно новые данные о вредоносности и распространении наиболее опасных возбудителей болезней яровых зерновых культур.
Выявлен ареал фитопаразитарных грибов и степень поражения ими растений и зерновок в хозяйствах различных агроэкологических зон.
Изучена динамика распространения фитопаразитарных грибов в зависимости от факторов окружающей среды за период с 1999 по 2004 год.
Установлена эффективность применения на посевах яровых зерновых культур химических и биологических средств защиты растений, регуляторов роста с целью снижения вредоносного воздействия патогенной флоры.
Впервые определён экономический ущерб, причиняемый
фитопаразитарными грибами сельскохозяйственному производству области.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту.
1. Изучение условий, влияющих на развитие фитопаразитарных грибов, особенности их распространения в Тюменской области.
Экономический ущерб, наносимый фитопаразитарными грибами.
Эффективные методы истребления и профилактики фитопаразитарных грибов в Тюменской области.
Практическое значение. В агроценозах решающую роль в получении запрограммированных урожаев играет защита возделываемых сельскохозяйственных культур. С целью повышения эффективности сельскохозяйственного производства Тюменской области для зерновых культур разработаны эффективные агроэкологические методы профилактики и борьбы с фитопаразитарными грибами.
На основе проведённой исследовательской работы подтверждён и обобщён материал по видовому составу патогенной микрофлоры зерновых культур.
Разработана и внедрена интегрированная система защиты растений для основных зерновых культур, возделываемых в Тюменской области, которая с 2000 года нашла широкое применение, что сыграло определённую роль в повышении урожайности зерновых культур за весь исторический период
7 земледелия в Тюменской области. Результаты исследований вошли в 2 нормативно-технических документа: Закон Тюменской области «О защите растений в Тюменской области»; Закон Тюменской области «О семеноводстве».
Материалы, изложенные в диссертационной работе, могут быть использованы в учебном процессе Тюменской государственной сельскохозяйственной академии и специалистами на практике.
Личный вклад автора. Автором выбраны объекты, тема и направления исследований, разработаны основные подходы к решению поставленных задач. Организованы и выполнены работы по сбору полевого материала, проведена обработка данных и их анализ, сформулированы выводы.
Апробация и публикация результатов исследований. Результаты
исследований по теме диссертации доложены и обсуждены на Международной
научно-практической конференции «Научное обеспечение АПК Сибири,
Монголии, Казахстана, Беларуси и Башкортостана» (Абакан, 2002); научно-
производственной конференции посвященной 40-летию ВНИИВЭА (Тюмень,
2001); Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы
почвенного плодородия и ресурсосберегающие технологии» (Тюмень 2003);
межзональной научно-практической конференции «Практика
интегрированной системы защиты растений в условиях Тюменской области» (Ишим 2003); практических совещаниях специалистов агропромышленного комплекса Тюменской области (Тюмень, 1999, 2000, 2001, 2002, 2003, 2004) и на межлабораторном совещании ВНИИВЭА (Тюмень, 2005). По теме диссертации опубликовано 6 научных работ.
Структура и объём работы. Диссертация изложена на 173 страницах компьютерного набора и состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследований, 5 глав результатов исследований, обсуждения результатов исследований, выводов, практических рекомендаций, списка использованной литературы, включающего 170 наименований, в том числе
8 31-го иностранного автора. Текст иллюстрирован 65 таблицами и 18 рисунками.
Фитопаразитарные грибы яровых зерновых культур
Зерновые культуры были и остаются стратегическим продуктом безопасности любой страны. На полях России фитосанитарная обстановка в отношении фитопатогенов далека от оптимальной и за последние 5 лет не улучшилась. По данным заведующего Отделением защиты растений РАСХН академика В.А. Захаренко (2000) в Агропромышленном комплексе РФ ежегодно потери урожая достигают 25 - 40% валового сбора урожая. Особую опасность представляют заболевания различной этиологии -головневые, ржавчинные, корневые гнили, септориоз. Заболевания приводят не только к существенным потерям урожая, но и влекут за собой нестабильность деятельности АПК, способствующую экономической и социальной напряжённости в обществе (Захаренко, 2001; Санин, 2002; Тютерев, 2002).
Среди грибов, обитающих в почве (табл. 1), имеется большой набор фитопатогенов, способных вызывать разные по симптомам болезни.
У многих патогенов только часть жизненного цикла проходит в почве. Споры грибов, попадая в почву, не только сохраняются в ней, но и, прорастая, находят гифами восприимчивого хозяина и заражают его. Особенно опасны грибы, вызывающие корневые гнили, потери от которых в 12-17% стали обычными, а в отдельные годы при эпифитотийном развитии могут уничтожить 40-60% урожая (Чулкина, Коняева, Кузнецова, 1987; Тютерев, 2002).
Н. Kreisel (1976), в своём атласе о распространении паразитарных грибов на земном шаре отмечает, что корневые гнили, как заболевание встречается во всех зонах земледелия, ими поражаются все культурные и дикорастущие растения. Существенный вред яровым зерновым наносят грибы родов Fusarium, Bipolaris, Rhizoctonia, Thielaviopsis, Drechslera. Обычно на ослабленных растениях в качестве вторичных патогенов развиваются грибы видов Altemaria, Cladosporium, Botrytis, Penicillium. По мнению С.Л. Тютерева (2002) по такой схеме сейчас происходит заселение растений почвенными фитопатогенами из-за ослабления внимания растениеводов к защите растений от данной группы патогенов.
По мнению С.С. Санина (2002), С.Л. Тютерева (2002), В.А. Чулкиной и др. (2001), мощным источником инфекции являются растительные остатки. Именно на них многие фитопатогены сохраняются в виде спор и мицелиев, способных заражать корни здоровых растений.
Фаза кущение - цветение является неблагоприятной по экологическим параметрам для яровых зерновых, так как растения в этот период поражаются вредными организмами, передающимися воздушно-капельным путём, перечень которых отражен в таблице 2 (Чулкина и др., 2001).
Наиболее опасные болезни зерновых культур, передающиеся воздушно-капельным путём
Наименование подгруппы болезней Наименование заболевания
Воздушные Бурая, стеблевая, карликовая и корончатая ржавчина, мучнистая роса.
Капельно -воздушные Септориоз, сетчатая пятнистость, корневые гнили (фузариозная, гельминтоспоризная, церкоспориозная, церкоспореллёзная, офиоболёзная
Особенность воздушно капельных болезней заключается в сезонности передачи возбудителей воздушными течениями и каплями дождя, благодаря цепному характеру. После перезимовки возбудителя на растениях - хозяевах или на инфицированных растительных остатках при благоприятных гидротермических условиях болезнетворные структуры переносятся воздушными течениями на здоровые восприимчивые растения. На вновь заражённых растениях формируется новое спороношение возбудителя, которое поражает другие растения. За вегетационный период образуется много поколений возбудителя. Так, по мнению В.А. Чулкиной и др. (2001), болезни характеризуются высокой проницаемостью и коротким инкубационным периодом.
Эколого-географические условия юга Тюменской области.
Анализ материалов годовых отчетов Тюменской областной станции защиты растений с 1970 по 2000 годы по оценке фитосанитарного состояния по заболеваниям яровых зерновых культур и метеорологических данных ФГУ «Гидрометеоцентр Тюменский» за последние 30 лет подтвердили, что температурный режим региона характеризуется суровой холодной зимой и теплым непродолжительным летом, с резкими перепадами температур в течении года, месяца и даже суток. Безморозный период непродолжительный.
Исследования проведены во всех районах (кроме Уватского) сельскохозяйственной зоны Тюменской области в период с 1999 по 2004 годы. За данный период среднегодовая сумма эффективных температур (выше 10С) составила 641С (Аромашевский район) - 829С (Казанский), сумма положительных температур (10С) от 1694С (Нижне-Тавдинский) до 2033С (Сладковский), продолжительность безморозного периода 100-125 дней. Гидротермический коэффициент за годы исследований изменялся от 1,7 (Бердюжский, Казанский районы) до 2,6 (Нижне-Тавдинский и Тобольский). Высота снежного покрова 33-60 см, с продолжительностью залегания 150- 175 дней.
Анализ и обобщение наших многолетних данных показали, что в период физического созревания почв и к моменту сева яровых зерновых культур происходит активизация жизнедеятельности фитопаразитарных грибов. Отмечено значительное поражение всходов корневыми гнилями (степень поражения в 1-Й балла) при использовании для посева семян, не обработанных соответствующими протравителями. Наши наблюдения показали, что в первой декаде июня в фазы выход в трубку и колошение выпадающие осадки создают благоприятные условия для развития корневых гнилей мучнистой росы, что наблюдалось в 1999, 2001, 2002 и 2003 годах. С первой и до середины третей декады месяца выпадали обильные осадки, которые препятствовали своевременному проведению мероприятий по уходу за посевами, включающие обработки и против корневых гнилей.
Для июля (самый тёплый месяц в году) характерна неустойчивая погода с резкими перепадами ночных и дневных температур в течении суток: ночью 1-5С, днем 25-30С, с продолжительными росами по 8-13 часов; количество дней с росами 20. Достаточное количество влаги в почве, колебания температур, высокая относительная влажность, способствовали развитию и распространению септориоза на пшенице, гельминтоспориоза на ячмене, мучнистой росы на всех зерновых культурах.
По данным Н.Г. Грибкова, (1969), Ю.Л. Раупер, (1981), оптимальное количество влаги в метровом слое почвы, необходимое для растений в фазы от трубкования до цветения, равно 100-180 мм. От цветения до созревания запасы влаги 60-125 мм являются хорошими, а при запасах, близких 25 мм у зерна снижается абсолютный вес и увеличивается щуплость.
С учётом биологических особенностей культур и сортов, метеоусловий каждого года, нами разрабатывался и проводился комплекс мероприятий способствующий накоплению и сбережению влаги в почве (осеннее и весеннее выравнивание и боронование зяби, использование шлейфов и.т.д.).
По отношению к влаге критическим периодом у злаковых растений являются фазы выход в трубку и колошение, так как происходит формирование генеративных органов, определяющих в дальнейшем урожай. Согласно многолетним данным в этот период осадков выпадает больше нормы, что в целом благоприятно для нормального роста и развития растений. В этот же время создаются благоприятные условия и для развития паразитарных грибов: септориоза, гельминтоспориоза, мучнистой росы, ржавчины. Достаточное количество осадков в период колошение - молочная спелость, обеспечивает хороший налив зерна, но одновременно способствуют развитию и распространению заболеваний листьев и стеблей растений.
В Тюменской области часто повторяются года, характеризующиеся как неблагоприятные для яровых хлебов, когда растения получают мало влаги и избыточное количество тепла. Как правило, эти годы бывают засушливыми, как, например: 2000, 2003, 2004 гг. При высокой температуре воздуха и дефиците влаги происходило ускоренное наступление фаз развития, сокращались межфазные периоды, отмечалась депрессия в формировании биомассы растений. Комплексное проявление дефицита влаги и развития септориоза, гельминтоспориоза, мучнистой росы, ржавчины способствовали существенному снижению продуктивности растений. Обобщение результатов исследований, проведённых нами в различных агроэкологических зонах, показало, что развитие и распространение болезней растений в регионе зависит также от типа почв и их физико-химических свойств. Сельскохозяйственная зона Тюменской области, имеющая площадь 15,5 млн. га, расположена в подзонах южной тайги и подтайги, в северной и частично южной лесостепи.
Распространённость и развитие фитопаразитарных грибов на зерновых культурах в Тюменской области в годы, различные по метеорологическим условиям
Анализ литературных источников и годовых отчётов областных и научных учреждений показал, что, начиная с 1961 года, Тюменской областной станцией защиты растений проводился фитосанитарный мониторинг по развитию и распространённости паразитарных грибов на зерновых культурах; фрагментарные исследования в этом направлении проводились НИИСХ Северного Зауралья (Гарбар, 1995). Вместе с тем, нами не встречено исследований по определению ущерба, наносимого фитопаразитарными грибами сельскохозяйственному производству области, и фитопатогенному картографированию. Не определены биологические закономерности их распространения и развития.
На наш взгляд, подобные исследования могут иметь ценность как для понимания механизмов воздействия фитопатогенов, так и нормы реакции растений на такое воздействие, а также для разработки мероприятий по профилактике болезней растений и борьбы с ними.
Анализ материала по развитию и распространению заболеваний растений проведен в годы, значительно различающиеся по гидротермическому режиму (1970,1980, 1999-2004). Так погодные условия 1970 и 1980 годов складывались вполне благоприятно для развития фитопатогенов и проявления ряда болезней (табл. 10, 11). Из обследованных посевов зерновых культур доля посевов, пораженных болезнями, составила в 1970 г. от 6,5% (стеблевая головня) до 80% (бурая ржавчина), в 1980 г. - от 0,2% (твёрдая головня) до 66,1% (корневые гнили).
В 1970 г. максимальным было развитие бурой ржавчины - 81,2%, при этом поражение составило 1-2 балла. Учитывая, что данное заболевание является одним из опасных, такое проявление можно рассматривать, как эпифитотию (рис. 2).
Как одной из причин проявления болезней можно считать погодные условия. Так в 1970 г. была тёплая малоснежная зима, поздняя затяжная весна и лето с большим количеством осадков (в 1,5 - 2,5 раза больше многолетних средних значений по агроклиматическим зонам). Сумма эффективных температур по сравнению с многолетними средними показателями была ниже на 36 - 130 С.
Условия 1980 г. оказались наиболее благоприятны для таких болезней злаковых культур, как септориоз, корневые гнили. Поражение растений головнёвыми грибами связано не только с погодными условиями, но и в значительной степени с предпосевным обеззараживанием семян. Анализ данных в различные годы указывает на тот факт, что препараты, применяемые для протравливания семян, были недостаточно эффективны, кроме того нередко нарушалась технология их обработки.
