Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Экологические подходы к проблеме защиты растений в сельском хозяйстве 8
1.1 Устойчивое развитие сельского хозяйства 8
1.2 Биологическая характеристика головневых грибов. Распространенность и вредоносность пыльной головни злаковых культур в Сибири 12
1.3 Особенности биологии и экологии многолетних злаковых трав (на примере пырейника сибирского и пырея бескорневищного в условиях Забайкалья 16
1.4 Влияние минеральных, органических соединений и биологических препаратов на болезнеустойчивость и продуктивность злаковых культур 22
1.5 Гистологические исследования влияния микроэлементов и фенольных соединений на возбудителей пыльной головни злаковых культур 47
Глава 2 Объекты, условия и методы исследования 50
2.1 Экологические условия сухостепнои зоны Бурятии 50
2.2 Место проведения опыта. Методика исследований 53
2.3 Краткая характеристика почвы опытного участка 57
2.4 Метеорологические условия в годы проведения исследований 59
Глава 3 Влияние микроэлементов, органических и биологических препаратов на болезнеустойчивость и урожай злаковых трав при естественном и искусственном заражении пыльной головней 63
3.1 Биологические, морфологические особенности возбудителей головневых болезней злаковых трав и их влияние на рост и развитие пырея бескорневищного и пырейника сибирского в сухостепнои зоне Забайкалья 63
3.2 Влияние предпосевной обработки пырея бескорневищного и пырейника сибирского микроэлементами, фенолами, биологическими препаратами, бенлатом на устойчивость к пыльной головне при естественном заражении 66
3.3 Влияние предпосевной обработки семян на урожай многолетних злаковых трав при естественном заражении пыльной головней... 75
3.4 Влияние микроэлементов и органических препаратов на болезнеустойчивость пырейника сибирского сортов Гуран и Бурятский при искусственном заражении пыльной головней 81
3.5 Влияние минеральных и органических препаратов на элементы структуры урожая и урожайность пырейника сибирского сортов Гуран и Бурятский при искусственном заражении пыльной головней 88
3.6 Влияние погодных условий на эффективность применения препаратов 92
3.7 Влияние органических и минеральных препаратов на всхожесть и энергию прорастания семян многолетних злаковых трав в лабораторных условиях 94
Глава 4 Влияние глубины заделки семян пырейника сибирского и пырея бескорневищного на развитие пыльной головни 97
Глава 5 Способ создания искусственного инфекционного фона пыльной головни для оценки устойчивости селекционного материала пырейника сибирского 100
Выводы 102
Список литературы 104
Приложения 117
- Устойчивое развитие сельского хозяйства
- Биологические, морфологические особенности возбудителей головневых болезней злаковых трав и их влияние на рост и развитие пырея бескорневищного и пырейника сибирского в сухостепнои зоне Забайкалья
- Влияние глубины заделки семян пырейника сибирского и пырея бескорневищного на развитие пыльной головни
Введение к работе
В условиях интенсивных технологий возделывания сельскохозяйственных культур возрастает отрицательная роль болезней растений, усиливается вредоносность тех видов, которые прежде не представляли серьезной опасности.
В настоящее время, ущерб, причиняемый растениеводству вредными организмами, оценивается по отдельным культурам в 23 - 34% потенциального урожая. За счет разнообразных защитных мероприятий значительную часть потерь (около 60 - 70%) удается предотвратить (Соколов и др., 1994).
Головневые болезни злаковых культур очень вредоносны. Кроме прямого недобора урожая зерна они вызывают скрытые потери, общий вред от которых в 4 - 5 раз превышает прямые. Возбудители головни имеют большую потенциальную возможность размножения, поэтому в ряде регионов наблюдается поражение посевов на значительных площадях. Данные заболевания особенно коварны: в отличие от ржавчины, в первые годы они не дают вспышки, инфекция накапливается несколько лет и при благоприятных условиях болезнь достигает угрожающего развития. Как указывают ученые, потери при этом могут составлять свыше 30 %, ухудшаются и качественные показатели зерна (Абеленцев, 1998).
Причины разрушительных эпифитотий ученые видят в экологических проблемах сельскохозяйственных экосистем: нарушении равновесия биоценозов, недостаточной разработке вопросов фитосанитарной оптимизации агро-ландшафтов, севооборотов и технологий возделывания сельскохозяйственных культур (Торопова, 2005).
Практика, когда в нашей стране (60 - 70 гг.) защита растений сводилась лишь к использованию пестицидов, изживает себя. Достаточно быстро эффективность химического метода стала падать из-за выработки у вредных организмов устойчивости к пестицидам. Поэтому защиту посевов сельскохозяйственных растений в последние десятилетия во всем мире стали связывать с альтернативными подходами. Поэтому актуальными являются исследования, направ-
5 -ленные на поиск препаратов, обладающих антистрессовыми и иммуностимулирующими свойствами, способных защитить посевы от неблагоприятных воздействий окружающей среды при минимальной дозировке.
Экологически неблагополучная, порой кризисная ситуация в бассейне озера Байкал, включая экосистему озера, во многом обусловлена развитием сельскохозяйственного производства с нарушением природоохранных требований, игнорированием экологических особенностей региона.
В связи с этим биологизация земледелия - воспроизводство плодородия почв, защита растений экологически перспективными методами — актуальны сегодня как никогда.
Учитывая экологические ограничения в Байкальском регионе, необходимо развивать стратегию экологически безопасного земледелия, основанного на экологизации всего процесса получения сельскохозяйственной продукции, формировать устойчивые, высокопродуктивные агроценозы на основе повышения плодородия почв экологически безопасными и экономически целесообразными методами.
Интенсификация сельскохозяйственного производства и повышение экологического загрязнения усиливают актуальность проблемы разработки научных основ питания при использовании микроэлементов и органических соединений с целью получения биологически чистого и стабильного урожая.
Цель работы - разработка экологических приемов повышения устойчивости пырейника сибирского и пырея бескорневищного к пыльной головне в условиях Западного Забайкалья.
Задачи исследований;
выявить видовой состав возбудителей пыльной головни пырейника сибирского и пырея бескорневищного в условиях сухостепной зоны Забайкалья; .
изучить влияние минеральных и органических соединений, биопрепаратов, сортовых особенностей, глубины заделки семян на повышение устойчивости многолетних злаковых трав к пыльной головне на фоне естественного и искусственного заражения;
оценить воздействие химических и биологических препаратов на урожайность и элементы структуры урожая пырейника сибирского и пырея бескорневищного;
определить перспективность применения изучаемых факторов в повышении устойчивости к пыльной головне;
разработать способ создания искусственного инфекционного фона пыльной головни для оценки устойчивости селекционного материала пырейника сибирского.
Защищаемые положения:
Предпосевная обработка семян микроэлементами, органическими соединениями и биопрепаратами способствует увеличению урожайности и повышению устойчивости многолетних трав по отношению к пыльной головне.
Эффективность предпосевной обработки семян зависит от экологических факторов, сортовых особенностей растений и агротехнических приемов.
Практическая значимость работы
Оценена биологическая и хозяйственная эффективность применения микроэлементов, фенольных соединений, биопрепаратов и возможность их использования для повышения устойчивости злаковых трав к пыльной головне.
Разработан новый способ создания искусственного инфекционного фона пыльной головни для оценки устойчивости селекционного материала пырейника сибирского.
Научная новизна исследований:
Уточнен видовой состав возбудителей пыльной головни пырейника сибирского и пырея бескорневищного в условиях Западного Забайкалья. Получены новые данные по вредоносности пыльной головни, потерям от нее урожая многолетних злаковых трав в зависимости от метеоусловий года, сортов, глубины заделки семян при естественном и искусственном заражении болезнью в условиях сухостепной зоны Забайкалья.
Разработана стратегия применения экологически безопасных защитных мероприятий по борьбе с пыльной головней.
7 Апробация работы:
Результаты исследований апробированы на всероссийской научной конференции студентов и молодых ученых (Красноярск, 2000); международной научно-практической конференции «Флора растительность и растительные ресурсы Забайкалья» (Чита, 2000); научно-практической конференции «Непрерывное экологическое образование и экологические проблемы Красноярского края» (Красноярск, 2000); международной научно-практической конференции «Экологические аспекты интенсификации сельскохозяйственного производства» (Пенза, 2002); научно-практической конференции, посвященной 50-летию агрономического факультета БГСХА (Улан-Удэ, 2002); научно-практической конференции «Проблемы АПК и пути их решения» (Пенза, 2003); научно-практической конференции «Наука, образование, новые технологии» (Улан-Удэ, 2004).
Публикация результатов исследований:
По материалам диссертации опубликовано 10 научных работ, в которых изложены положения диссертации и получено одно авторское свидетельство.
Объем и структура диссертации:
Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на 118 страницах машинописного текста и содержит 22 таблицы, 7 рисунков, 2 приложения.
Устойчивое развитие сельского хозяйства
Очевидная бесперспективность техногенного энерго- и ресурсорасточи-тельного развития общества, угроза выживанию человечества из-за глобальной деградации природной среды предопределили поиск новой модели развития в XXI веке, получившей название «Концепция устойчивого развития». Это новая парадигма развития цивилизации предполагает социально-экономическое и экологическое развитие, сбалансированное с возможностями биосферы, направленное на разумное удовлетворение потребностей людей при одновременном улучшении качества жизни ныне живущих и будущих поколений. Важной мировой проблемой является поиск путей устойчивого развития аграрной сферы в связи с энергорасточительным характером интенсивных технологий, падением уровня плодородия почв, развитием деградационных процессов, высокой стоимостью средств химизации и экологическими последствиями их применения, увеличением поступления на рынок экологически опасной продукции, содержащей токсичные вещества, в т.ч. ксенобиотики.
Устойчивое сельское хозяйство должно обеспечивать достаточное снабжение населения разнообразными экологически безопасными продуктами питания при максимальном сбережении возобновимых и невозобновимых ресурсов, уникальных природных комплексов, биологического разнообразия в условиях активной хозяйственной деятельности. В целом можно утверждать, что оно ориентировано на альтернативные технологии в земледелии, биологизацию интенсификационных процессов, повышение экологической устойчивости аг-роэкосистем.
Особая незаменимая роль в обеспечении устойчивости растениеводческой отрасли (при ее переходе с экстенсивного или интенсивного к экологическому развитию) должна принадлежать оптимизации фитосанитарной ситуации агроценозов и прогнозируемой защите растений. В обозримом будущем ныне существующая экологизированная защита растений трансформируется в комплексную систему защиты растений и урожая (Соколов, Филипчук, 1999).
Статус Байкальского региона как Участка Мирового наследия и модельной территории устойчивого развития предполагает жесткие экологические ограничения в сфере применения средств химизации (удобрений, пестицидов) для повышения плодородия почв и защиты растений и требует разработки экологически перспективных приемов борьбы с вредителями, болезнями и сорняками. Необходимо применение таких препаратов, которые позволят снизить пести-цидную нагрузку, не окажут отрицательного воздействия на природу в плане снижения биотического потенциала полезных видов, не приведут к загрязнению сельскохозяйственной продукции.
Решение этих задач базируется на изучении процессов естественной саморегуляции и применении их в агробиоценозах.
Агробиоценоз, представленный монокультурой, создает прекрасные условия к эпифитотийному развитию комплекса возбудителей болезней или одного из них, поскольку человек, создавая более благоприятные условия роста и развития растений при их интродукции, изменяет привычные условия их обитания. При распашке земель и соответствующей культуре, ликвидируются другие конкурирующие виды. В созданных условиях усиливается внутривидовая борьба за существование, т.к. параметры морфологических, биологических особенностей монокультуры совершенно одинаковы и ресурсы к существованию одни и те же, т.е. экологическая ниша особей одного вида одна и та же. Все это в определенных условиях ослабляет растения, снижает их устойчивость к болезням. Ранее встречавшиеся единичные заболевания растений сменяются массовым их распространением, т.к. в агроценозе микроклиматические условия часто изменяются в сторону, благоприятствующую массовому размножению паразитов. Рассматривая эти взаимоотношения, М.С. Гиляров пишет: «При распашке земель и использовании их под посев полевых культур естественный растительный покров заменяется покровом, практически состоящим из одного вида растений. На посевах идет не только искусственный отбор, но и жесто 10 чайший естественный отбор, затрагивающий все виды обитающих в этих условиях организмов». В конечном счете, это приводит к существенному изменению ценотических связей.
Чтобы получить удовлетворительный урожай в агроценозах, необходимо потери, связанные с развитием болезней, снизить до уровня экологического равновесия. Задача в этих условиях должна сводиться к изменению взаимоотношений в сторону усиления растений и ослабления патогена путем изменения условий существования. Для этой цели необходимо проведение комплекса дополняющих друг друга мероприятий, направленных на усиление саморегуляции растений, как индивидуума в агроценозе. Комплекс мер должен быть направлен не на уничтожение возбудителей, а, прежде всего, на снижение их вредоносности до уровня биологического равновесия, за счет усиления устойчивости растений, создания менее благоприятных условий для патогенов, снижения инфекционной нагрузки и т.д. (Аносов, 1993).
Биологические, морфологические особенности возбудителей головневых болезней злаковых трав и их влияние на рост и развитие пырея бескорневищного и пырейника сибирского в сухостепнои зоне Забайкалья
В преобладающем большинстве случаев возбудитель оставлял после распыления спор лишь голый стержень. Таким образом, наблюдения позволяют предположить, что основным возбудителем пыльной головни на многолетних травах является гриб Ustilago bulatta Berk, (головня пузырчатая).
Возбудители различных эпифитотиологических групп инфекций, занимая различные экологические ниши в пределах органов растений в течение вегетации, используют один и тот же фактор передачи - семена. В то же время необходимо отметить, что дополнительным фактором передачи пыльной головни (дополнительной экологической нишей) у многолетних трав является корень. Мицелий возбудителя головни многолетних злаковых трав в отличие от других культур проникает в корни, образуя так называемые «мицеллиальные резервуары», в которых сохраняется в течение всей жизни растения. Таким образом, для гриба Ustilago bulatta характерны генеративно-проростковый и побе-говый пути передачи инфекции, что подтверждают полученные ранее данные (Федорова, 2000).
Негативное влияние головневой инфекции сказывается практически на развитии всех органов растений. В частности, у больных растений снижаются продуктивная кустистость, высота растений, длина колоса. Обращаясь к результатам наших исследований с использованием фенольных соединений и микроэлементов, можно отметить, что длина стебля пораженных растений пырейника сибирского сорта Гуран (опыт 1) снижается относительно здоровых на 7,73 - 22,09%, а пырея бескорневищного соответственно на 15,90 - 31,73 % (табл. 3). Снижение длины стебля связано в частности с разрушением соцветия. Так, длина колоса пораженных растений пырейника сибирского (Гуран) снижается на 16,66 - 30,74%, пырея бескорневищного (Хутел) на 25,07 -40,37%. Однако неверно было бы объяснять снижение высоты только данной причиной. При поражении многолетних трав этим патогеном имеет место общее угнетение растений.
Аналогичные результаты были получены при сравнении здоровых и больных растений пырейника сибирского сортов Гуран и Бурятский (табл. 4).
В результате анализа данных по подсчету количества стеблей пырейника сибирского сорта Гуран (2001) получены следующие результаты: кустистость здоровых растений составила 90 стеблей на 1 куст, в т.ч. генеративных побегов 88,4%, вегетативных 11,6%, больных - 74 стебля на 1 куст (генеративных побегов 80,2%, вегетативных 19,8%). Таким образом, можно предположить, что головня подавляет кустистость, тем самым, вызывая скрытые потери урожая.
Проведенные нами исследования позволили подтвердить полученные ранее данные. Так, структурный анализ здоровых и больных растений (волоснеца сибирского и регнерии), проведенный учеными Новосибирского СХИ, показал, что у пораженных растений значительно уменьшается высота стебля (на 36 и 38%), длина колоса (на 57 - 58%), число зерен в колосе, которое при дальнейшем поражении сводится к нулю. Продуктивная кустистость уменьшается в 2 — 3 раза, соответственно снижается питательная ценность и урожай зеленой массы (Лебедева, Штраус, 1979).
Влияние глубины заделки семян пырейника сибирского и пырея бескорневищного на развитие пыльной головни
Глубина посева имеет существенное значение для ряда патогенов, особенно тех, которые заражают проростки. Замедляя появление всходов, глубокий посев удлиняет восприимчивую стадию их развития, т.е. период между прорастанием и появлением всходов над поверхностью почвы, что благоприятствует развитию патогена.
По данным многих исследователей успешное заражение злаковых (зерновых) культур головневыми паразитами зависит от скорости прорастания тели-оспор и от состояния проростка данной культуры. Действие этих двух факторов регулируется главным образом климатическими и почвенными условиями. Чем медленнее идет развитие проростка и быстрее прорастают телиоспоры, тем больше вероятность заражения головней.
Работами К.Е.Мурашкинского (1924), М.В.Горленко, Н.Н.Альмуратова (1965), В.П.Ребенко (1968), и других установлено, что углубление заделки семян способствует увеличению пораженности зерновых культур головней (цит. по Степановских, 1990).
Исследованиями ученых Курганского СХИ установлено, что наибольший процент головневых колосьев (6,1 - 9,8%) оказался в варианте с ранним сроком сева на глубине 8-9 см. При более мелкой заделке семян пораженность уменьшалась до 3,7% (Степановских, 1976).
Согласно исследованиям Аносова ГГ. (1978), по пшенице, ячменю, овсу увеличение глубины заделки способствует значительному повышению поражения. Так, на пшенице, на глубине 3 - 4 см пораженность составила 9,5, на глубине 10 -13 см -37,2%), в среднем за 2 года, по ячменю - соответственно 3,8 и 9,6, по овсу - 6,7 и 8,4%о.
Наши исследования также показали, что глубина заделки семян оказывает существенное влияние на поражаемость головневыми заболеваниями (табл. 20). Согласно полученным результатам, увеличение глубины заделки семян многолетних злаковых трав способствует повышению поражения пыльной головней. Так, при посеве пырейника сибирского с глубиной заделки 3 - 4 см поражение пыльной головней на 23,97%, а с глубиной заделки 5 - 6 см - на 17,0% ниже, чем с глубиной заделки 7-8 см, а по пырею бескорневищному соответственно на 60,89% и на 33,72 %.
В опытах Булгаковой Т.Т. (1981), проведенных в Читинской области, полевая всхожесть костра безостого в вариантах с мелкой заделкой на глубину 2 QM была выше в среднем по сортам на 6 - 15% , чем в вариантах с заделкой на глубину 4 см.
П.Д.Шевченко (1990) отмечает, что при благоприятных условиях увлажнения и температурного режима семена пырея бескорневищного и костреца безостого при посеве на глубину 6 см снижают всхожесть.
Нами также установлено, что глубина заделки семян сильно сказывается и на всхожести. Отмечено закономерное снижение всхожести по рассматриваемым культурам с увеличением глубины заделки (табл. 21). Можно отметить, что пырей лучше переносит глубину заделки семян, чем пырейник: на глубине 5 - 6см всхожесть пырея на 46,6% выше всхожести пырейника, а на глубине 7 - 8 см на 52,1%.
При глубине заделки 9 - 10 см семена пырейника сибирского не дали всходов, а по пырею их количество было минимальным.
Слишком большое заглубление семян, наряду со снижением всхожести ведет к увеличению времени появления всходов.
Таким образом, общей закономерностью является, что увеличение глубины заделки снижает полевую всхожесть семян, увеличивает пораженность растений головневыми грибами, но проявляется это в разной степени в зависимости от вида и сорта культуры.
