Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Особенности производства табака и состояние отрасли табаководства России 14
1.1 .Биологическая характеристика табака и его народнохозяйственное значение 14
1.2 Территориальное размещение и объемы производства табака 17
1.3 Краткая характеристика зоны табаководства РФ 23
Заключение 25
Глава 2 Материалы и методы исследований 26
Глава 3 Принципы фитосанитарной стабилизации растениеводства и концепция экологизированной защиты табака от вредных организмов 44
3.1 Стратегия интенсификации адаптивного растениеводства и совершенствование систем защиты растений 45
3.2 Концепция экологизированной защиты табака от вредных организмов и ее реализация 53
3.2.1 Стратегия долгосрочной агроценотической регуляции 58
3.2.2 Стратегия самозащиты табака в агроценозе 61
3.2.3 Стратегия оперативного сдерживания вредных организмов 63
Заключение 66
Глава 4 Агроэкологический мониторинг в системе получения экологически безопасной продукции табаководства 67
4.1 Функции и структура агроэкологического мониторинга 67
4.2 Степень загрязнения почв табачного агроценоза экотоксикантами 74
4.2.1 Загрязнение остатками хлорорганических пестицидов 75
4.2.2 Загрязнение тяжелыми металлами 78
4.2.3 Загрязнение радионуклидами 81
4.2.4 Суммарное загрязнение 85
4.3 Биоиндикация загрязнения компонентов агроландшафта 91
4.3.1 Метод фитотестов 92
4.3.2 Метод микробиологического тестирования 105
4.3.3 Метод тестирования с использованием почвообитающих насекомых (феромониторинг) 110
4.4 Мероприятия по улучшению экологической ситуации табачного агроценоза 113
4.4.1 Экологическое нормирование антропогенных воздействий на агроэкосистемы 114
4.4.2 Рекомендации по снижению негативного действия экотоксикантов в табачном севообороте 118
Заключение 120
Глава 5 Оптимизация комплексных методов защиты табака от сорной растительности 123
5.1 Видовой состав и вредоносность сорных растений табака 123
5.2 Прогноз вредоносности сорной растительности 132
5.2.1 Оперативный прогноз засоренности посадок табака 132
5.2.2 Пороги вредоносности сорняков 136
5.3 Альтернативные методы защиты табака от сорной растительности 143
5.3.1 Агротехнический метод 143
5.3.2 Биологический и селекционно-генетический методы 148
5.4 Химический метод сдерживания сорняков табака 152
5.4.1 Эффективность почвенных гербицидов 152
5.4.2 Эффективность послевсходовых гербицидов 162
5.4.3 Особенности поведения гербицидов в почве 171
Заключение 179
Глава 6 STRONG Обоснование и разработка экологизированной системы защиты табака от болезней 182
STRONG 6.1 Основные болезни табака 182
6.1.1 Грибные заболевания табака 183
6.1.2 Бактериальные заболевания табака 192
6.1.3 Вирусные и микоплазменные заболевания табака 195
6.2 Эффективность биорациональных способов подавления фитопатогенов табака 211
6.2.1 Альтернативные методы защиты табака от болезней 211
6.2.2 Биологический метод защиты табака от болезней 219
6.2.3 Индукция почвенной супрессивности как способ
защиты рассады табака от болезней 224
6.2.4 Химический метод защиты табака от болезней 231
Заключение 237
Глава 7 Методы подавления вредоносности фитофагов в табачном агроценозе 240
7.1 Особенности биологии и вредоносность основных фитофагов табака 240
7.1.1 Почвообитающие вредители 241
7.1.2 Наземные насекомые 248
7.1.3 Вредители табачного сырья 261
7.2 Эффективность биорациональных приемов сдерживания фитофагов табака 268
7.2.1 Природные энтомофаги как регуляторы численности вредителей 268
7.2.2 Альтернативные методы защиты табака от вредителей 272
7.2.3 Биологический метод защиты табака от вредителей 277
7.2.4 Химический метод защиты табака от вредителей 290
Заключение 302
Глава 8 Экологическая безопасность и эффективность системы мероприятий по защите табака 306
8.1 Экотоксикологическая оценка системы экозащиты табака 306
8.2 Энергетическая оценка системы экозащиты табака 316
8.3 Экономическая оценка системы экозащиты табака 322
Заключение 324
Общие выводы 327
Практические рекомендации 332
Список использованных источников
- Территориальное размещение и объемы производства табака
- Концепция экологизированной защиты табака от вредных организмов и ее реализация
- Загрязнение остатками хлорорганических пестицидов
- Прогноз вредоносности сорной растительности
Территориальное размещение и объемы производства табака
Производство табачного сырья отличается от производства других продуктов растениеводства. В нем сочетаются два взаимосвязанных, но качественно разных процесса: выращивание растений табака и послеуборочная обработка спелых листьев с целью превращения их в промышленно-товарный продукт - табачное сырье для производства курительных изделий. Выращивание табака направлено на формирование листьев с благоприятным сочетанием физических, физиологических и химических признаков, обусловливающих превращение листьев в табачное сырье. Поэтому табак возделывают в районах с определенными почвенно-климатическими условиями в специальных табачных севооборотах при особой системе минерального питания и технологии защитных мероприятий.
Для расширения сырьевой базы России ведется поиск новых, нетрадиционных регионов, пригодных для выращивания табака. Первые опыты показали возможность выращивания табака в Астраханской, Волгоградской, Липецкой, Ростовской областях, Алтайском и Ставропольском краях, а также Дагестане и Северной Осетии. В этих зонах получают 15-26 ц/га табачного сырья удовлетворительного качества. Начаты работы по восстановлению сырьевых зон ароматичного табака на Черноморском побережье Краснодарского края и в районах Северного Предкавказья. Сырье, полученное в этих районах, оценивается как полуароматичное [Лысенко А.Е. и др., 1994; 1996].
Краснодарский край - один из старейших районов табаководства. Первые посадки табака для промышленных целей здесь появились в 1865г. На Кубани выращивают преимущественно сортотипы Трапезонд и Остролист и в небольшом количестве Самсун. Табак наиболее высокого курительного достоинства получают в предгорных и горных районах края, таких как Абинский, Апшеронский, Белореченский, Горячеключевской, Крымский, Северский и Туапсинский.
Предгорная зона Кубани, благодаря своему географическому положению, получает много тепла. Продолжительность солнечного сияния здесь составляет 2200-2400 часов в год. Ежегодное количество суммарной солнечной радиации, поступающей на данную территорию, колеблется от 115 до 120 ккал/см . Зима короткая, малоснежная, неустойчивая. В первой декаде марта наступает весна. Продолжительность безморозного периода -200-250 суток. Среднегодовое количество осадков - 667 мм (с колебаниями по годам от 357 до 1044 мм). Средняя многолетняя температура воздуха равна 10,5 С, средняя минимальная (в январе) составляет - 3,0 С, абсолютный минимум температуры воздуха равен - 34,0 С. Максимальная температура воздуха отмечается в июле и достигает 40,0 С. Сумма положительных (выше 10 С) температур за период вегетации составляет 3200-3400 С. Лето жаркое. Осень теплая, в первой половине сухая, во второй - влажная, до 90 дней имеют среднесуточную температуру воздуха более 20С. Осадки носят преимущественно ливневый характер и часто сопровождаются выпадением града. Лимитирующим фактором при выращивании различных культур может являться влажность почвы, поскольку 50% летних осадков расходуется на физическое испарение [Агроклиматические ресурсы..., 1975].
Почвенный покров южно-предгорной зоны Кубани представлен несколькими почвенными типами, преобладающими являются бурые и серые лесные почвы, а также слитые черноземы. Лучшими для табака считаются почвы с содержанием физической глины от 10 до 60%, рыхлого сложения с хорошими водно-воздушными свойствами. Для сортотипа Остролист наиболее пригодны легкосуглинистые почвы, для сортотипа Трапезонд 25 суглинистые. Однако возделывают эти сортотипы и на слитых черноземах. Хотя они характеризуются высоким естественным плодородием, однако имеют неудовлетворительные водно-физические свойства. Почвенно-агрохимические показатели пахотного горизонта слитых черноземов южнопредгорной зоны Кубани следующие: рН солевой вытяжки - 5,8-6,1; содержание гумуса - 1,7-3,5%; сумма поглощенных оснований - 42,3-52,0 мг-экв/100 г почвы (в ППК преобладает кальций - 76-81%); Р205 - 4,3-6,8, К20 - 16,5-20,4 мг/100 г почвы; содержание нитратов колеблется в диапазоне 5,8-9,2 мг/100 г [Филипчук О.Д. и др., 1996].
Табачное производство в различных странах является экономически выгодной отраслью хозяйства. Однако кризисные явления в экономике России и неустойчивость ее сельскохозяйственного производства в значительной степени затронули табаководческую отрасль. Состояние табаководства можно оценить как достаточно сложное. Вследствие диспаритета цен на табачное сырье и материально-технические ресурсы сокращаются объемы производства отечественного табака, а импорт табачного сырья возрастает. Почвенно-климатические условия традиционных и перспективных зон табаководства России позволяют получать высококачественное табачное сырье с хорошими курительными достоинствами. Поэтому, несмотря на сложные условия хозяйствования, табаководство остается одной из ведущих отраслей сельскохозяйственного производства в горной и предгорной зонах юга европейской части страны. При осуществлении специальных агротехнических мероприятий и создании необходимых экономических условий хозяйствования отечественное табаководство может стать устойчивой и рентабельной отраслью АПК юга России.
Концепция экологизированной защиты табака от вредных организмов и ее реализация
Адаптивное растениеводство открывает новые возможности для комплексной экологизированной защиты растений. Мы определяем ее как систему биорациональных приемов (средств и методов) повышения устойчивости доминантных продуцентов агробиоценоза к вредным организмам. Она реализуется преимущественно за счет активизации механизмов саморегуляции, сдерживания или подавления вредных видов с целью получения биологически полноценного и экологически безопасного урожая, сохранения "нецелевой" биоты и почвенного плодородия. Основой экологизированной защиты растений должны стать: сорта с групповой и комплексной устойчивостью; адаптивное размещение культур; управление структурой и динамикой численности популяций полезных и вредных видов; оптимизированный размер севооборотных полей (на Юге России - в сторону их уменьшения); исключение монокультур, генетически однородных сортов и гибридов, однотипных технологий возделывания, высоких и несбалансированных доз азота, избыточного орошения и т.д. В целом должна быть повышена видовая гетерогенность и агротехническая мозаичность агроэкосистем, усилена средообразующая роль доминантных продуцентов [Соколов М.С., Филипчук О.Д., 1998; 1999].
В соответствии с ценоконсортной структурой агроэкосистема устойчиво функционирует на территории, превосходящей одно поле. Она включает всю территорию севооборота, т.е. значительную часть агроландшафта вместе с культивируемой и природной биотой. Агроценоз является наименьшей целостной агроэкосистемой, потенциально обладающей самоорганизацией и саморегуляцией, функционирующей при активном участии человека устойчиво и неопределенно долго. Он включает трофически схожие ценоконсорции - непосредственно взаимодействующие ценоячейки растений-автотрофов и гетеротрофных организмов. Наиболее активной зоной любой экосистемы является ценоконсорция, образующая систему триотрофа. Она включает растения-продуценты, консументы первого и более высоких порядков. Возделываемая культура (доминантный продуцент) - важнейшее звено триотрофа. Конкурентные и сопутствующие автотрофы уступают доминанте и по массе, и по площади проективного покрытия. Именно доминанты, изменяя структуру и другие характеристики биоты, выполняют основную средообразующую функцию агроценоза [Новожилов К.В. и др., 1993; Новожилов К.В., 1995].
По-нашему мнению, для усиления экологической устойчивости, многие из существующих агроэкосистем (с обедненной биотой) должны быть реконструированы по принципу автономно-стабильных, гетерогенных и адаптивных природных экосистем. Последние (по разнообразию населяющих их видов биоты) являются поликонсортными. Поэтому здесь перманентно реализуются такие функции, как самоуправление биоресурсами, самоподдержание положительного баланса биофилов и влаги, пластичное самовосстановление структуры (после воздействия различных стрессоров) и, наконец, эффективное самоочищение от загрязняющих веществ. Вследствие сопряженного функционирования названных процессов адаптивная экосистема должна обладать генетическим разнообразием, гомеостатичностью, экологической пластичностью и устойчивостью. Благодаря этому она стабильно обеспечивает получение оптимальной биопродуктивности [Соколов М.С., Филипчук О.Д., 1997; 1998].
Широко практикуемые ранее в условиях интенсивного химико-механического земледелия принципы защиты табака (с преимущественным применением пестицидов по схемам календарных обработок) не могут быть использованы во вновь разрабатываемых системах ни по экономическим причинам, ни по экологическим обстоятельствам. Появление резистентных к пестицидам популяций вредных видов приводит к увеличению норм расхода и делает необходимым использование новых, более эффективных, дорогостоящих препаратов. Увеличение пестщидной нагрузки на агроценоз способствует усилению миграции остатков средне- и высокостойких пестицидов и аккумуляции их в компонентах агроценоза.
Анализ опубликованных работ (80-е годы) убедил нас в том, что многие нарушения в технологии защиты табака от вредных организмов объясняются отсутствием оптимальной системы защиты в период выращивания и хранения урожая культуры. Мы считаем, что современная экологически обоснованная защита табака должна базироваться на методах и использовании фитосанитарных средств обеспечивающих эффективность, экономичность и экологическую безопасность мероприятий с максимальным учетом результатов комплексного агроэкологического мониторинга.
Загрязнение остатками хлорорганических пестицидов
В настоящее время большинство культурных ландшафтов, включая агроценозы, загрязнены различными экотоксикантами. В число наиболее значимых включают радионуклиды (РН), тяжелые металлы (ТМ) и остатки пестицидов. Особо выделяют стойкие органические загрязнители (СОЗ) так называемые представители "черной" дюжины; в их числе 9 пестицидов (альдрин, дильдрин, эндрин, хлордан, гептахлор, ДДТ, мирекс, токсафен, ГХБ), полихлорированные бензолы (ПХБ), полихлорированные дибензодиоксины (ПХДД) и полихлорированные дибензофураны (ГГХДФ) [Материалы ..., 1998]. Главная опасность РН, ТМ, СОЗ и других консервативных экотоксикантов заключается в способности перемещаться по трофическим цепям и аккумулироваться в их звеньях. Для обеспечения устойчивого табаководства важно не допустить кризисного состояния агроландшафта, найти способы и практические пути минимизации или полного исключения попадания загрязняющих веществ в урожай табака и курительные изделия.
В регионах табаководства РФ фоновое загрязнение и дальнейший перенос загрязняющих веществ еще не привели к повсеместным негативным последствиям. Однако это не означает, что подобные тенденции полностью отсутствуют. В предгорьях Кубани табак произрастает преимущественно на плотных почвах с высоким содержанием гумуса (слитые черноземы, бурые лесные почвы). Именно такие почвы характеризуются повышенной буферной емкостью и способностью снижать негативное влияние загрязняющих веществ на биоту. Однако, природная сопротивляемость почв, их естественная буферность и самоочищающая способность не беспредельны. В целом, уплотненные почвы обладают низкой водо- и воздухопроницаемостью, что способствует накоплению в них загрязняющих веществ. Табак выносит из почвы значительное количество макро- и микроэлементов и поэтому способен накапливать различные поллютанты. С этой целью в 1993-1996гг. проведены мониторинговые исследования в табаководческих хозяйствах Горячеключевского, Апшеронского и Северского районов южно-предгорной зоны Кубани. При этом нами решались следующие задачи: выявление степени загрязнения почв ХОП (ДДТ и его метаболиты, гамма-ГХЦГ и его токсичные изомеры), ТМ (Pb, Zn, Cd, Си, Hg, As), и РН (137Cs, 90Sr) и накопления их в табачном сырье; составление карт-схем загрязнения обследованных районов; определение суммарного химического загрязнения региона.
Пестициды являются приоритетными потенциальными токсикантами агросферы. Особую опасность представляют стойкие и кумулятивные пестициды, персистентность которых достигает нескольких лет. К ним относятся, ДДТ, хлордан, гептахлор, ГХЦГ, а также хлорзамещенные симтриазина, обнаруживаемые в почвах через 8, 10 и даже 12 лет после применения. Только в 1970г. производство ДДТ составило 100-150 тыс. т. д.в., а за 20 лет (1950-1970гг.) во всем мире использовано 4,5 млн. т. препарата. По многолетним данным ИЭМ Госкомгидромет, ежегодно в средних широтах северного полушария на земную поверхность выпадает с атмосферными осадками 0,15-0,25 г/га ДДТ и 0,15-0,20 г/га гамма-ГХЦГ-При наличии в почве ГХЦГ свыше 0,5 мг/кг (т.е. более 5 ПДК) происходит загрязнение его остатками выращиваемой растениеводческой продукции [Бабкина Э.И. и др., 1990; Соколов М.С. и др., 1994; 1999].
В масштабах нашей страны серьезную проблему представляют, по меньшей мере, десятки тысяч тонн неиспользованных по каким-либо причинам пестицидов. Поэтому весьма актуально выявлять остатки пестицидов в почве и других сопредельных средах, своевременно проводить мероприятия по обезвреживанию этих токсикантов. Особую опасность и беспокойство вызывают остатки тех хлорорганических пестицидов (ХОП), которые являются предшественниками хлорорганических диоксинов. ДДТ и ГХЦГ относятся к числу стойких ХОП, до сих пор обнаруживаемых практически повсеместно в объектах окружающей среды особенно в регионах, где в прошлом они широко применялись в качестве инсектицидов. Так, исследования, проведенные в Азербайджане показывают, что в почвах под хлопчатником среднее содержание и пределы обнаружения остаточных количеств (мкг/кг) составляют для ДДТ 153,5 (1,0-970,0), его основных метаболитов ДДЭ и ДДД, соответственно 127,5 (1,1-785,0) и 40,8 (0,3-251,0). Из четырех основных изомеров ГЦХГ в почвах преобладает самый стабильный и токсичный бета-изомер, по уровню накопления которого определяют степень загрязнения агроландшафта [Галиулин Р.В., 1994].
Универсальность токсического действия и относительная дешевизна ДДТ и ГЦХГ способствовали их повсеместному применению в табаководстве. При проведении экотоксикологических исследований по выявлению остатков ХОП нами были определены зоны с наиболее интенсивным уровнем использования этих инсектоакарицидов. Анализ полученных нами данных показывает, что наиболее благополучными по загрязнению оказались хозяйства Горячеключевского района. В почве всех обследуемых полей содержание ХОП не превышало ПДК. Напротив, почвы Апшеронского района в различной степени загрязнены остатками ХОП. Так, сумма токсичных изомеров ГЦХГ в несколько десятков раз ниже ПДК (как в среднем по району, так и по каждому полю). Содержание метаболитов ДДТ в одних случаях находится на уровне ПДК, а в других превышает его значение в 1,2-1,4 раза (прил. Б: табл. Б.1). В среднем содержание остатков ХОП в почвах Апшеронского района не превышает допустимую норму. В Северском районе содержание изомеров ГХЦГ (альфа и бета) находится в пределах допустимого уровня, а метаболиты ДДТ (ДДЭ и ДДД) в некоторых случаях превосходят значение ПДК. Остаточные количества ХОП не выходят за предельные значения.
Прогноз вредоносности сорной растительности
Научно обоснованный прогноз засоренности является неотъемлемой частью системы защиты посадок табака от сорной растительности. Возможные пути развития сорного компонента агроценоза (видовой состав, численность, семенной запас) на основе данных фитосанитарного мониторинга с учетом рекомендуемой агротехники, типа защитных мероприятий и погодных условий должны предопределять систему применения защитных средств и приемов.
Различают три вида прогноза засоренности: многолетний, долгосрочный (годовой или сезонный), краткосрочный (фенологический и оперативный). Оперативный прогноз включает в себя краткую агроклиматическую характеристику, сведения о состоянии культурных и сорных растений, их семенном запасе. Он уточняет ситуацию по засоренности и развитию культуры (плотность популяции, видовой состав, фазы развития культуры и сорняка) для конкретного поля или хозяйства [Исаев В.В., 1990; Ченкин А.Ф. и др., 1994].
Основные исследования в области прогнозирования засоренности агроценозов ориентированы на краткосрочные прогнозы. Создаются различные математические модели, позволяющие оперативно предсказать уровень засоренности в зависимости от биотических (запас жизнеспособных семян, энергия их прорастания и т.д.) и абиотических факторов (температура, влажность, агротехника и т.д.). Полученные данные затем используют для прогнозирования потерь урождя и корректировки системы защитных мероприятий. Прогнозирование засоренности табачного агроценоза нами предлагается осуществлять в два этапа. Во-первых, выявлять возможные источники засорения (органические удобрения, поливная вода и пр.) и, во-вторых, проводить балансовый метод прогноза засоренности. При этом необходимо выявлять как активную часть жизнеспособных семян, определяющую степень и тип засоренности посадок в текущем году, так и пассивную, обусловливающую засоренность в последующие годы.
Как нами установлено, запас активных и пассивных (не взошедших при оптимальной температуре) жизнеспособных семян в пахотном слое почвы на слитых черноземах Кубани (в течение 1987-1991гг.) варьирует в пределах от 947 до 1512 млн. шт./га. Запас активных (всхожих) семян ежегодно колеблется в пределах 8-12% от общего количества жизнеспособных. При увеличении объемов применения органических удобрений (основа бездефицитного баланса гумуса) возникает необходимость учета жизнеспособных семян сорняков в свежем или полуперепревшем навозе. Многократные анализы навоза, компоста и др. органических удобрений показывают, что жизнеспособность содержащихся в них семян широко распространенных видов сорняков колеблется в пределах 20%. Поэтому допускается оценка засоренности органических удобрений жизнеспособными семенами по общему запасу.
По нашему мнению, наиболее обоснован балансовый метод количественного прогноза засоренности почвы семенами и полей сорными растениями. Он основывается на данных об исходной засоренности почвы, поступлении семян с органическими удобрениями, отмирании семян и сорных растений под влиянием различных приемов. Для более точного определения численности сорняков необходимо также применять гидротермический коэффициент (ГТК), поскольку, температура и влажность почвы являются основными параметрами для прогнозирования всходов сорняков [Филипчук О.Д. и др., 1995].
Возможное снижение засоренности посадок табака в результате использования комплекса агротехнических и химических средств защиты достигается по технологическим приемам в следующих размерах: 1. Основная обработка почвы (лущение стерни на глубину 5-7 и 8-10 см с последующей вспашкой зяби на глубину 25-27см). Количество погибших сорняков Ал составит 20%. 2. Весенняя предпосадочная обработка (ранневесеннее чизелевание на глубину 18-20 см). К2= 25%. 3. Предпосадочное внесение гербицидов за 14 дней до посадки табака с немедленной заделкой культиватором (в агрегате с боронами) на глубину 6-8 см. Внесение сплошное. Кз = 85%. 4. Две культивации зяби (в агрегате с боронами), в том числе последняя за два дня до посадки табака на глубину 6-8 см. К4 = 20%. 5. Междурядная обработка во время полевого ухода, первая культивация через 10-14 дней после посадки табака на глубину 6-8 см, вторая через 14 дней после первой на глубину 8-12см, а третья через 14-16 дней после второй на глубину 6-8см с рыхлением в рядках (вручную). Кь= 55%.
