Введение к работе
Актуальность проблемы. Одной из основных причин дегумификации почв пахотного горизонта специалисты считают снижение общего уровня биологической активности (сокращения численности и биоразнообразия почвообитающих сапротрофов). Процесс связан с резкими изменениями растительного покрова и гидротермических характеристик. В таких условиях в почвах агроценозов сохраняются только виды с высокой степенью экологической валентности. Наличие среди них фитофагов (в том числе личинок некоторых видов жуков щелкунов) и условий для интенсивного их размножения - причина существенного снижения урожайности и проведения защитных мероприятий. Использование инсектицидов приводит к дальнейшему сокращению численности не только фитофагов, но и практически всех групп почвообитающих сапротрофов (особенно членистоногих - первичных разрушителей органических соединений). В результате в почве значительно снижается интенсивность биологических процессов минерализации и гумусообразования, определяющих восстановление плодородия. К тому же загрязнение инсектицидами затрудняет возможность использования почв для получения сельскохозяйственной продукции. Соблюдение основного принципа защиты растений - предотвращения ущерба, а не истребление обитателей почвы з настоящее время особенно актуально для сельскохозяйственных регионов страны.
В этом плане большой интерес представляет разработка нового направления: использование для защиты корневой системы растений от повреждений почвообитаю-щими фитофагами аттрактивных свойств природных биологически активных соединений. Особенно важно, что последние позитивно влияют на основные показатели биологической активности почв, а, следовательно, стимулируют процессы восстановления плодородия.
Цель и задачи исследования. Цель исследований - комплексная оценка влияния биологически активных соединений и их смесей с минеральными удобрениями на биологическую активность и плодородие чернозема обыкновенного при их использовании в качестве пищевых атграктантов для защиты всходов полевых культур от повреждений личинками жуков щелкунов.
В соответствии с целью при выполнении работы решали следующие задачи: 1) определение аттрактивных для личинок щелкунов свойств исследуемых биологически активных соединений (концентрата лизина, активного ила и ацетоно-бутиловой барды) и их смесей с минеральными удобрениями; 2) изучение возможности их использования на производственных посевах в качестве атграктантов для личинок щелкунов при локальном внесении в почву, 3) исследование характера действия локального способа внесения препаратов в почву на численность основных групп почвообитающих сапротрофов (почвенную микрофлору, фауну микроартропод и мезофауну); 4) контроль влияния локального внесения в почву препаратов на содержание в почве основных
элементов минерального питания растений, темпы роста и развития всходов на ранних этапах вегетации; 5) проверка эффективности использования метода ленточного внесения в почву пищевых аттрактантов для защиты всходов пропашных культур от повреждений почвообитающими фитофагами - личинками жуков щелкунов и стабилизации факторов, определяющих биологическую активность, а, следовательно, и сохранение плодородия почв агроценозов.
Научная новизна. Совершенствование методов защиты растений осуществляется, главным образом, в направлении увеличения ассортимента, сокращения пестицидной нагрузки за счет повышения токсичности и избирательности действия химических препаратов.
В работе разрабатывается принципиально новый метод. Главным его отличием от общепринятых (агротехнического, химического, биологического и др.) является отказ от использования средств для уничтожения почвенных животных. Это позволяет при одновременном уменьшении степени повреждаемости растений почвообитающими личинками щелкунов создать условия для сохранения основных показателей биологической активности почв агроценозов (биоразнообразие и численность обитателей почв), сильно сниженных из-за использования пестицидов. В процессе работы при проведении лабораторных и полевых экспериментов впервые установлены:
аттрактивные для личинок щелкунов свойства продуктов микробиологической очистки отходов предприятий по производству синтетических жирозаменителей (активный ил) и ацетоно-бутилового и спиртового производства (ацетоно-бутиловая барда);
возможность использования данных соединений в качестве средств защиты растений от повреждений личинками щелкунов;
биологически активные свойства исследуемых соединений: при внесении в почву установлено их положительное влияние на основные показатели биологической активности почвы (количественно-качественные характеристики доминирующих в условиях агроценозов групп почвообитающих сапротрофов);
повышение содержания легкоусвояемых форм основных элементов минерального питания растений в зоне внесения биопрепаратов в почву;
внесение препаратов в почву ускоряет развитие растений на ранних этапах вегетации, что в итоге определяет повышение урожайности;
установлены и проверены в производственных условиях методы внесения в почву исследуемых препаратов, их дозировка, а также эффективность использования в растениеводстве.
Таким образом, предлагается новая сфера применения препарата микробного синтеза (концентрата лизина) и способы использования в растениеводстве продуктов микробиологической очистки отходов предприятий (активный ил и ацетоно-бутиловая барда).
Кроме этого, в работе описаны оригинальные методические разработки, связанные с выяснением некоторых аспектов пищевого поведения почвообитающих личинок жесткокрылых и решением конкретных вопросов практического использования препаратов в растениеводстве.
Теоретическое в практическое значение. Решение проблемы оптимизации биологических процессов разложения органических соединений и гумусообразования в почвах агроценозов тесно связано с разработкой эффективных и в то же время безопасных для почвенной биоты методов защиты растений. В настоящее время основная сложность внедрения таких технологий - недостаток теоретических знаний в области детального изучения образа жизни, циклов развития, особенностей поведения вредоносной стадии большинства видов фитофагов. Именно такого рода исследования были начаты на биолого-почвенном факультете Ростовского государственного университета под руководством профессора А.В. Пономаренко.
На основе литературных данных и результатов многочисленных экспериментов, проведенных с учетом функциональных особенностей личиночной стадии, сложившихся в ходе эволюции в онтогенезе жесткокрылых, и основных физико-химических свойств почвы как среды их обитания, была составлена схема основных аспектов пищевого поведения и взаимоотношений личинок щелкунов с объектами питания в системе «фитофаг - растение - снижение урожайности».
Полученные данные позволили сделать предположение о возможности временной пищевой дезориентации личинок с помощью искусственно созданных моделей зерен -аминокислотных приманок, внесенных в почву во время посева в виде смеси исследуемых препаратов с минеральными удобрениями. Результаты исследований, в которых автор принимал непосредственное участие, стали теоретической основой разработки метода механизированного ленточного внесения в почву пищевых аттрактантов и подтвердили его эффективность. Достаточно отвлечь личинок от прорастающих зерен и всходов - и в дальнейшем их вредоносность окажется минимальной.
Использование метода позволяет, значительно снижая степень повреждаемости растений, сохранить численность хищников и, таким образом, создать условия для включения естественных механизмов регуляции численности почвообитающих фитофагов. В свою очередь это существенно сокращает расходы на проведение защитных мероприятий за счет отказа от применения дорогостоящих и опасных для окружающей среды инсектицидов. Это особенно актуально в условиях дефицита отечественных и высокой стоимости импортных средств защиты. Результаты специально проведенных исследований показали эффективность метода в сравнении с действием рекомендуемых инсектицидов.
При использовании препаратов в смеси с минеральными удобрениями установлено повышение эффективности их использования растениями. Урожайность культур возрастает при значительном сокращении доз внесения (в случае использоваїшя смеси с
ацетоно-бутиловой бардой - на 40%) удобрений. Одновременно создаются условия дд повышения биологической активности почв (отмечен рост численности и биологиче ского разнообразия основных групп почвообитающих сапротрофов), что способствуе интенсификация процессов восстановления плодородия. К тому же, использование ак тивного ила и ацетоно-бутиловой барды в растениеводстве одновременно решает во просы их вторичного использования и соответствующие экологические проблемы за грязнения среды. Предложенный метод в настоящее время наиболее рационально соче тает интересы защиты растений, охраны окружающей среды и почвенной биоты.
Результаты исследований проверены в производственных условиях на посевах полевых культур в ряде хозяйств Ростовской области. Автор является участником разработки рекомендаций по внедрению метода в практику.
Публикации и апробация результатов исследований. Результаты исследований были представлены на «Всесоюзных совещаниях по проблемам почвенной зоологии» в 1981, 1984, 1987, 1996 гг.; Ш Всесоюзной конференции по поведению животных, Москва, 1983 год; Всесоюзной конференции «Редкие и исчезающие виды растений и животных, флористические и фаунистические комплексы Северного Кавказа, нуждающиеся в охране», Ставрополь, 1986; Всесоюзной конференции «Актуальные вопросы экологии и охраны природы экосистем южных регионов России и сопредельных территорий», Краснодар, 1998; заседаниях кафедр почвоведения и зоологии биолого-почвенного факультета Ростовского государственного университета, апрель, 2000 г.
Результаты исследований по теме диссертации опубликованы в 28 тезисах и научных статьях.
Объём и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 7 глав, выводов и списка литературы (381 наименование). Основной текст изложен на 165 страницах, в него включены 58 таблиц и 16 рисунков. Общий объем рукописи 200 страниц.