Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Создание фитоценозов устойчивых к внедрению сорных растений 5
1.1 Проблема устойчивости биоценозов к действию биологических стрессов
1.2 Эколого-биологические основы управления динамикой численности популяций сорных растений в биологической системе защиты растений 8
1.3 Устойчивость земляничных фитоценозов к действию абиотических стрессов в зимний период 21
Глава 2 Цель, задачи, методика и условия проведения исследований 26
2.1 Цель и задачи исследований 26
2.2, Объекты и методика проведения исследований 26
2.3. Условия проведения исследований 30
Глава 3. Агроэкологическая оценка использования низкостебельных кулис в качестве защиты земляники от подмерзания 35
3.1. Снегозадержание на плантации землянки 35
3.2. Сохранность земляники после перезимовки 38
3.3. Влагообеспеченность почвы 41
3.4. Рост кулисных растений 43
3.5. Рост растений земляники 46
3.6. Урожай земляники 50
3.7. Использование кулис на землянике в качестве детоксикантов тяжелых металлов и радионуклидов 53
Глава 4. Агроэкологическая оценка использования низкостебельных кулис в качестве биологического подавления сорной растительности на землянике 61
4.1. Развитие кулисных растений 61
4.2. Влагообеспеченность почвы 66
4.3. Элементы минерального питания 71
4.4. Подавление сорной растительности в репродукционном маточнике и плодоносящей плантации земляники 76
4.5. Продуктивность маточника земляники 99
Глава 5. Экономическая эффективность возделывания земляники с использованием кулис 103
Выводы 111
Предложения производству 113
Литература 114
Приложения 123
- Проблема устойчивости биоценозов к действию биологических стрессов
- Объекты и методика проведения исследований
- Использование кулис на землянике в качестве детоксикантов тяжелых металлов и радионуклидов
Проблема устойчивости биоценозов к действию биологических стрессов
Устойчивость культурных растений к поражению сорняками является важнейшим условием перехода к адаптивной системе растениеводства, т.е. обеспечению его ресурсоэнергоэкономичности, экологической безопасности и рентабельности (Назаренко, 1991; Любарский, 1995; Жученко, 2001; Наумкин, 2001; Лысенко, 2002). Об этом свидетельствует хотя бы тот факт, что на протяжении нескольких последних десятилетий ежегодные потери растениеводческой продукции, в т.ч. и плодовой в мире, вследствие действия биотических стрессоров достигают 30-40 % (Болдырев, 1995; Жученко, 1995). Следовательно, несмотря на все возрастающие масштабы применения пестицидов (их ассортимента, обрабатываемых площадей и пр.), уровень потери урожая все еще остается высоким. Другими словами, сохраняется положение, которое Мак-федьен (1965) более 30 лет назад охарактеризовал как состязание между химикатами и вредителями, в котором химики всегда неизбежно проигрывают (Мельников, 1991; Фокин, 1991; Горшков и др., 1992).
Как уже отмечалось, интенсификация современного растениеводства сопровождается сокращением числа культивируемых видов растений, а также все возрастающей генетической однородностью широко распространенных сортов и гибридов (Макфедьен,1965). Считается, что в настоящее время около 66% продуктов питания производится благодаря воздельшанию всего лишь нескольких культур, а свыше 80% - за счет 11 видов сельскохозяйственных растений. При этом интенсификация растениеводства сопровождается упрощением агроэкологических систем на всех уровнях, в том числе снижением функций и даже уничтожением механизмов и структур саморегуляции. Такая тенденция неизбежно приводит к увеличению экологической уязвимости агроценозов (Жданов, 1994;Ракитский, 1999).
В современном мире экономика, охрана окружающей среды и здоровье человека настолько взаимосвязаны, что односторонний подход, основанный на использовании только средств химической защиты агроценозов, бесперспективен.
В настоящее время в технологии возделывания земляники для борьбы с сорняками применяются два способа - это химический (т.е. применение гербицидов) и агротехнический (т.е. применение сельскохозяйственных машин и агрегатов). Химический метод предполагает многократную обработку участков гербицидами. В чистом пару вносят весной 25-35 кг/га 90%-ного растворимого порошка трихлорацетата натрия (ТХА), обработку проводят дважды. Следующую обработку проводят по отросшим сорнякам аминной солью 2,4-Д с нормой расхода 1,5-2,5 кг/га, растворимого в 400-800 л воды. На новосадке применяют гербициды: 50%-ный симазин в дозе 1-1,5 кг/га д.в., растворенный в 800-1000 л воды, - поздней осенью; ленацил в дозе 2-4 кг/га д.в., - ранней весной до начала вегетации растений (Миренков, Книжников, 1987).
В паровом поле (в начале октября) вносят треф лан (4 л/га) с немедленной заделкой в почву, на новосадке в конце июля вносят лонтрел-300 (0,6 л/га). На землянике второго года и третьего года весной вносят гексилур, с.п. (4 кг/га), через 3-4 недели после уборки урожая - лонтрел-300 (0,6 л/га) (Быстрая, ГаЙ-туркаев, 2000).
Агротехнические мероприятия включают в себя обработку междурядий дисковой бороной БДН-1,ЗА на глубину 8-Ю см, фрезерование через 7-10 дней ФПШ-200 и обработку пропашным культиватором КОН-2,8; КРН-4,2 или КРН-5,6. Последующее рыхление проводят культиватором КРН-4,2 или КРН-5,6 с рядковыми прополочными боронами КЛТ-38 (Осипов, 1989).
Эти мероприятия вызывают эрозию почвы, ее дегумификацию, уплотнение пахотного слоя, загрязнение атмосферы, загрязнение почв. При этом важно помнить, что все перечисленные проблемы существуют и обостряются одновременно, как правило, усиливая при взаимодействии свой негативный эффект (Лебедева и др., 1990; Соколов; Монастырский; Пикушова, 1994; Захаренко, 1997).
Поэтому защиту посевов сельскохозяйственных растений в последнее де 7 сятилетие во всем мире стали связывать с альтернативными подходами. При этом «сопротивляемость» посева обеспечивается не внешними воздействиями на него, а внутренними свойствами и качествами агроэкосистем, в первую очередь, их замкнутостью в отношении массового внедрения сорняков. Взамен «борьбы с сорняками» стали переходить к сдерживанию и регулированию их состава и численности в агроценозе.
В области агротехники растений основное внимание стали уделять созданию смешанных посевов препятствующих внедрению вредных организмов на культурные посевы (Гурин, 2000; Гурин, Сухочев, 2002; Гурин, 2002; Гурии, Сухочев, 2003).
Одна из экологических тактик подавления сорняков - многокомпонентные (смесевые) посевы, отсутствие не занятых экологических ниш (Соколов, Монастырский, Пикушова, 1994).
Следует учитывать и то обстоятельство, что применение средств химико-техногенной оптимизации условий внешней среды (орошение, удобрения), а также переход к монокультуре или севооборотам с короткой ротацией, к которым относятся и земляничные, хотя и являются решающими факторами реализации потенциальной продуктивности техногенно-интенсивных сортов, в не меньшей (а иногда и в большей степени) благоприятствуют массовому распространению некоторых видов сорняков. Кроме того, как уже отмечалось, некоторые агротехнические приемы (высокие дозы азотных удобрений, орошение, загущенные посевы) существенно снижают устойчивость агрофитоценозов к действию биотических и абиотических стрессов (Кондратьев, 1989; Носко, 1996; Карпов, 1997). Что касается применения пестицидов, то вследствие сплошного действия большинства из них в агроэкосистемах, как правило, существенно нарушается экологическое равновесие, причем восстановление численности полезных видов фауны происходит значительно медленнее, чем вредных. Механизмы положительного взаимодействия растений в смешанных посевах изучены пока недостаточно (Попов, Забудская, Менгер, 1986), Однако можно считать установленным, что лучшее использование такими посевами ресурсов природной среды, в том числе питательных веществ, почвенной влаги и света, обусловлено различной морфологией корневой системы и надземной части составляющих видов и сортов. Считается, что из общего увеличения продуктивности смешанных посевов около 70% достигается за счет повышения устойчивости многолинейных сортов к патогенам и только 30%» - за счет других факторов. Причем эффективность многолинейных сортов может быть значительно больше в том случае, если различия между изолиниями будут обеспечены не только за счет генов вертикальной устойчивости к патогенам, но и горизонтальной устойчивости к действию абиотических стрессов. Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что степень вредоносности некоторых видов и их биотипов как бы «идет» за снижением экологической устойчивости сорта или гибрида.
Объекты и методика проведения исследований
Изучение вопросов, предусмотренных задачами исследований, осуществлено в пяти полевых опытах.
Разработка эффективных способов защиты плантации земляники от по 27 вреждений низкими температурами в зимний период осуществлена в следующих опытах:
Опыт 1. Влияние видов полевых культур, используемых в качестве кулис, на сохранность плодоносящей земляники от подмерзания.
Варианты:
1. Без посева (контроль);
2. Овес;
3. Ячмень;
4. Рапс;
5. Горчица.
Повторность 3-кратная, размещение вариантов рендомизированное, пло щадь делянки 50 м. Объект исследований - земляника сорта Редгонтлит.
Опыт 2. Определение оптимальной ширины посева кулис в междурядье плодоносящей земляники.
Варианты:
1. Без посева (контроль);
2. Посев кулис шириной 50 см.;
3. Посев кулис шириной 25 см.
Повторность 3-кратная, размещение вариантов рендомизированное, площадь делянки 50 м2. В качестве кулис использован ячмень. Во втором варианте норма высева составляла 1,5 кг на делянку в пересчете на 1 га - 3 ц/га, в третьем - 0,75 кг (1,5 ц/га). Объект исследования - земляника сорта Редгонтлит.
Опыт 3. Определение сроков высева кулис в междурядьях земляники, обеспечивающих максимальный травостой.
Варианты:
1. Без посева (контроль);
2. Посев в 1-й декаде июля;
3. Посев во 2-й декаде июля;
4. Посев в 3-й декаде июля.
Повторность 3-кратная, размещение вариантов рендомизированное, площадь делянки 50 м2. В качестве кулис использован ячмень. Во втором варианте норма высева составляла 1,5 кг на делянку или в пересчете на 1 га: 3 ц/га. Объект исследования - земляника сорта Редгонтлит.
Опыт 4. Влияние видов полевых культур на снижение количества сорняков на маточнике садовой земляники и на продуктивность земляники. Варианты:
1. Без посева (контроль);
2. Ячмень; З.Овес;
4. Рожь;
5. Пшеница яровая.
Повторность 3-кратная, размещение вариантов рендомизированное, площадь учетной делянки 50 м2. Объект исследования - земляника садовая сортов: Редгонтлит и Зенга-Зенгана. Сорта используемых полевых культур: ячмень -Визит; овес - Скакун; пшеница яровая - Крестьянка; рожь - Орловская 9. Схема посадки маточника земляники: 100 см х 40 см. Нормы высева полевых культур рассчитывались исходя из рекомендуемых для данной зоны возделывания за вычетом площади, предусмотренной под расположение рассады земляники. Норма высева была увеличена для достижения оптимального травостоя и составила по культурам в пересчете на 1 га: ячмень - 3 ц/га; овес -1,5 ц/га; пшеница яровая - 2,5 ц/га; рожь - 2,5 ц/га.
Предполагаемое время сева по культурам определялось таким образом, чтобы полевые культуры уходили в зиму в зеленом невызревшем состоянии, примерно в стадии молочной спелости. Посев проводили в каждом втором междурядье.
Опыт 5. Влияние ширины посева культур на продуктивность маточника земляники и снижение количества сорняков.
Варианты:
1. Без посева (контроль);
2. Ширина полосы 1 м;
3. Ширина полосы 0,5 м.
Повторность 3-кратная, размещение вариантов рендомизированное, пло щадь делянки 50 м , Объект исследований - земляника садовая сорта Редгонтлит и Зенга-Зенгана. В качестве высеваемой культуры взят ячмень с нормой высева в пересчете на 1 га: во втором варианте - 3 ц/га, в третьем - 1,5 ц/га.
Исследования проводились во Всероссийском научно-исследовательском институте селекции плодовых культур (ВНИИСПК) в 1998-2003 гг. под руководством доктора сельскохозяйственных наук, профессора А. Г. Турина. Опыты были заложены на плодоносящих и маточных участках садовой земляники в ОПП ВНИИСПК согласно программно-методическим указаниям по агротехническим опытам с плодовыми и ягодными культурами (Мичуринск, 1956). Наблюдения и учеты проводились согласно «Методике полевого опыта» (Доспехов, 1985).
Схема посадки маточника садовой земляники 100 см х 40 см.
Содержание влаги, нитратного азота, фосфорной кислоты и обменного калия определяли весной, летом, в период созревания урожая (на плодоносящих участках земляники). Почвенные образцы отбирали буром Неговелова на глубину 0-10 м, 10-20 м через каждые 20 см. Скважины располагали по границам полос земляники и в междурядьях земляники в трехкратной повторности. Влажность почвы находили путем высушивания образцов при температуре 105С в процентах от веса абсолютно сухой почвы. Расчетным путем, используя показатель объемного веса и максимальной гигроскопичности, процентное содержание влаги переводили в мм продуктивной влаги (Кауричев, 1973). В этих же образцах определяли нитратный азот дисулъфофеноловым методом по Гранваль-Ляжу (Аринушкина, 1970). Подвижные формы фосфора и калия исследовали в одной вытяжке методом Кирсанова в модификации ЦИНАО (Радов, 1985), гумус - мокрым сжиганием по И.В. Тюрину (Аринушкина, 1970)1.
Размер листовой пластины определяли методом, предложенным И. Г. Фул-га (1975).
Цезий-137 определяли на гамма-спектрометре, Тяжелые металлы определяли методом высокоэффективной жидкостной хромотографии (ВЭЖХ) на приборе милихром в модификации Мотылевой СМ.
Экономическую эффективность рассчитывали по фактическим материальным и трудовым затратам с учетом накладных, производственных расходов, амортизационных отчислений.
Использование кулис на землянике в качестве детоксикантов тяжелых металлов и радионуклидов
Среди загрязняющих веществ по масштабу загрязнения и воздействию на биологические объекты особое место занимают тяжелые металлы и радионуклиды. Несмотря на то, что такие химические элементы, как цинк, железо, медь и др. выполняют важную роль в обменных процессах, высокие концентрации тяжелых металлов вызывают загрязнение почв, вредно воздействуют на экосистемы. Опасность, вызываемая загрязнением тяжелыми металлами и радионуклидами, усугубляется еще и слабым выведением их из почвы. Кроме того, они обладают большим сходством с физиологически важными органическими соединениями и способны подавлять наиболее значимые процессы метаболизма, тормозить рост и развитие. В сельскохозяйственном производстве это приводит к снижению продуктивности и ухудшению качества продукции. Выращенная продукция даже на слабозагрязненных почвах, способна вызывать кумулятивный эффект, обуславливая постепенное увеличение содержания тяжелых металлов и радионуклидов в организме человека. Следовательно, сельскохозяйственная продукция, особенно ягодная, не должна содержать даже в незначительных количествах данные элементы. Для этого необходимо ограничить их поступления в растения.
Как известно, механизмы поглощения, транспорта и распределения тяжелых металлов и радионуклидов в органах и тканях тесно связаны с видовыми особенностями растений. Вводя в фитоценоз земляничной плантации культуры, обладающие максимальной способностью поглощать тяжелые металлы и радионуклиды из почвы, мы тем самым ограничиваем их доступ в растения земляники. Как уже указывалось, высеваемые в междурядьях земляники полевые культуры, главным образом использовались в качестве кулис для предохранения растений земляники от подмерзания в зимний период. В весенний период высохшие за зиму растения отчуждали за пределы плантации.
В результате проведенных исследований выявлено, что полевые культуры, используемые в качестве кулис, в неодинаковой степени накапливали в вегетативных органах тяжелые металлы (таблица 9).
Наибольшее накопление никеля отмечено в листьях ячменя - 0,246 мг/кг, а наименьшее - в листьях горчицы - 0,038 мг/кг. Наибольшая концентрация в вегетативных органах ячменя отмечена также по таким металлам как цинк, медь и свинец. В то же время поступление железа в листья этой культуры практически не наблюдалось. Максимальное содержание железа отмечено в листьях горчицы - 4,388 мг/кг. В листьях овса данный металл обнаружен в количестве 1,091 мг/кг.
Из высеваемых кулисных растений ячмень, в наибольшей степени усваи 55 вая из почвы тяжелые металлы, концентрирует их в вегетативных органах.
Листья земляники в меньшей степени усваивают тяжелые металлы по сравнению с полевыми культурами. Так, если содержание никеля в листьях полевых культур составляло 0,038-0,246 мг/кг, то в листьях земляники 0,024-0,062 мг/кг. Содержание цинка в полевых культурах находилось в пределах 0,138-3,184 мг/кг, в листьях земляники были обнаружены только его следы. Аналогичные данные получены по содержанию свинца. Исключение составляет содержание меди в вегетативных органах. Наибольшее ее количество отмечено в листьях земляники - 1,587 мг/кг, тогда как в полевых культурах содержание меди не превышало 0,103-1,462 мг/кг.
Кулисные культуры, усваивая в большем количестве тяжелые металлы, тем самым способствуют их меньшему поступлению в вегетативные органы земляники. Особенно наглядно это прослеживается по накоплению таких металлов как никель и медь. Так, содержание никеля в листьях земляники обнаружено 0,062 мг/кг, в варианте с посевом овса - 0,036 мг/кг, и в варианте с посевом ячменя — 0,024 мг/кг, что в 1,3-1,4 раза меньше, чем в контроле.
В вариантах с посевом полевых культур по содержанию меди в листьях земляники, отмечено еще более существенное снижение концентрации. В контроле содержание меди в листьях земляники составляло 1,587 мг/кг, а в остальных вариантах опыта концентрация её была в 1,1-27,8 раза меньше.
Выброс радиоактивных веществ в окружающую среду в результате аварии на Чернобыльской АЭС в 1986 г. привел к крупномасштабному загрязнению сельскохозяйственных угодий и продукции. Радиоактивное загрязнение сферы агропромышленного производства - один из основных факторов, определяющих степень радиоактивного риска и масштаб защитных мероприятий, необходимых для ликвидации последствий аварии. Это объясняется тем, что дозовые нагрузки на население в значительной мере обусловлены потреблением сельскохозяйственных продуктов, производимых на загрязненной территориях. В большинстве случаев вклад внешнего облучения сопоставим с вкладом внутреннего облучения или превышает его (для тяжелых по механическому составу почв Орловской области доза внутреннего облучения составляет 17-20 %).
Производство на загрязненных территориях сельскохозяйственной продукции, отвечающей санитарно-гигиеническим нормативам, стало одной из центральных задач по минимизации воздействий на человека.
Похожие диссертации на Использование низкостебельных кулис на землянике в качестве защиты от подмерзания и биологического подавления сорной растительности в условиях Орловской области
