Введение к работе
Актуальность темы. Картофель, обладая высокой пластичностью, может произрастать и давать высокие урожаи в суровых природных условиях лесостепи Западной Сибири. Однако средняя урожайность культуры в регионе составляет в среднем 12,9 т/га (Коршунов, 2006).
Одна из главных причин низкой продуктивности культуры – развитие на картофеле сообщества вредных организмов. Потери урожая картофеля от заболеваний в хозяйствах Новосибирской области в период вегетации составляют в среднем 20–25 %, и могут возрастать в эпифитотийные по отдельным заболеваниям годы. Потери клубней в период хранения достигают 10–30 % и более (Коняева, Шалдяева, 1985; Коняева, 1986; Малюга, 2003).
Эффективные подходы к управлению процессами развития агробиоценоза осуществляются преимущественно благодаря достижениям в области селекции комплексно устойчивых сортов, агротехники и конструирования агроэкосистем, адресного применения химических и биологических средств защиты растений с учётом экономической и экологической целесообразности, использования всех пригодных в конкретных условиях методов защиты, причём не от каждого вида вредителя или возбудителя, а от всего комплекса вредных организмов (Новожилов, 1997).
В качестве теоретической основы для обоснования системы интегрированного управления фитосанитарным состоянием агроэкосистем картофеля была взята концепция о стратегиях жизненных циклов К- и r-популяций, нашедшая своё отражение в работах зарубежных и отечественных исследователей (MacArthur, Wilson, 1967; Одум, 1986; Пианка, 1981; Миркин, 1985; Захваткин, Попов, 1985; Дьяков, 1992; Чулкина и др. 1998; Дьяков, 1998; Захваткин, 2001; Торопова, 2005; Стецов, 2007).
Управление фитосанитарным состоянием одной культуры строится в соответствии с тремя уровнями сложности: от низшего (контролирование отдельных популяций) к высшему (контролирование сообщества вредных организмов одной культуры). Все уровни оптимизации фитосанитарного состояния агроэкосистем связаны между собой, хотя решают самостоятельные задачи. При этом должен соблюдаться основной принцип системного подхода, согласно которому анализ биологических систем и управление ими осуществляются от высших уровней к низшим.
Цель работы – разработать систему интегрированного управления фитосанитарным состоянием агроэкосистем картофеля и формированием оптимальных параметров элементов структуры урожая.
Задачи исследований:
– уточнить структуру сообщества вредных организмов и стратегии их жизненных циклов в агроэкосистемах картофеля лесостепи Западной Сибири;
– определить фактические параметры элементов структуры урожая картофеля в условиях региона и установить влияние вредных организмов на их формирование;
– исследовать эффективность фундаментальных и оперативных приёмов оздоровления семенного материала, почв и посадок картофеля в подавлении вредных организмов с разными стратегиями жизненных циклов.
– обосновать систему управления фитосанитарным состоянием агроэкосистем картофеля в условиях лесостепи Западной Сибири.
Исследования выполнены лично автором совместно с другими исследователями в ГНУ СибНИИЗиХ Россельхозакадемии согласно государственным программам Россельхозакадемии: по теме 0.51.05.HI «Усовершенствовать методики прогнозирования динамики популяций и сигнализации сроков проведения защитных мероприятий», по договору 104 «Обобщить материалы по экономическим порогам вредоносности вредных организмов на зерновых, зернобобовых культурах и картофеле и дать рекомендации по их использованию», по заданию 03.01.Н «Разработать методы мониторинга возбудителей болезней в системе почва – посевы – воздушная среда», в ФГБОУ «Новосибирский государственный аграрный университет» по теме «Мониторинг, прогноз и оптимизация фитосанитарного состояния растительных сообществ Сибири».
Научная новизна. Уточнена структура сообщества вредных организмов картофеля в условиях лесостепи Западной Сибири с преобладанием популяций с К(Кr)-стратегией жизненного цикла. Определены методологические подходы к разработке системы мониторинга сообщества вредных организмов картофеля.
Впервые проанализированы стратегии жизненных циклов возбудителей кольцевой гнили (Clavibacter michiganensis subsp. sepedonicus), черной ножки (Erwinia carotovora subsp. аtroseptica), бурой бактериальной гнили (Ralstonia solanacearum), дитиленхоза (Ditylenchus destructor), вирусных заболеваний.
Показана приуроченность сообщества вредных организмов к критическим фазам развития картофеля, оценена их роль в формировании элементов структуры урожая и продуктивности культуры. Определены коэффициенты сходства Жаккара для сообщества вредных организмов в регионе. Оценена устойчивость районированных и перспективных сортов картофеля к вредным организмам с разными стратегиями жизненных циклов в условиях региона. Показана эффективность фундаментальных (оздоровление посадочного материала картофеля методом апикальных меристем, фитосанитарные предшественники, насыщенность севооборотов картофелем) и оперативных приёмов (протравливание семенного материала картофеля, применение пестицидов в посадках картофеля) в подавлении развития вредных организмов с разными стратегиями жизненных циклов. Для рационального применения фунгицидов против фитофтороза апробирована методика прогноза заболевания в условиях лесостепи Западной Сибири и показана её высокая оправдываемость.
В условиях лесостепи Западной Сибири выявлена полифункциональность технологий осеннего протравливания картофеля дымовым фунгицидом Вист и сидерального пара на основе ярового рапса, практическое применение которых позволяет управлять фитосанитарным состоянием агроэкосистем картофеля и продукционным процессом культуры.
Положения, выносимые на защиту.
1. Концепция К- и r- стратегий жизненных циклов вредных организмов как теоретическая и методологическая основа разработки системы мониторинга и прогноза их развития в агроэкосистемах картофеля.
2. Сообщество вредных организмов на картофеле как фактор снижения количественных и качественных параметров элементов структуры урожая культуры.
3. Эффективность фундаментальных и оперативных приёмов защиты картофеля в отношении вредных организмов с разными стратегиями жизненных циклов.
4. Обоснование системы интегрированного управления фитосанитарным состоянием агроэкосистем картофеля с учетом стратегий жизненных циклов вредных организмов.
Практическая ценность и реализация результатов исследований. Уточнена распространённость и вредоносность популяций фитопатогенов, сорных растений и фитофагов в агроэкосистемах картофеля лесостепи Западной Сибири.
Установлены фактические параметры элементов структуры урожая картофеля в регионе и частота их оптимальной реализации.
Изучена устойчивость районированных и перспективных сортов картофеля к вредным организмам, выявлены сорта с комплексной устойчивостью к фитопатогенам, фитофагам и фитогельминтам.
Показана эффективность метода апикальных меристем в оздоровлении картофеля от фитопатогенов с К-стратегией жизненного цикла.
Установлено, что насыщение севооборотов картофелем на уровне 20-28% в условиях региона приводит к снижению в агроэкосистемах картофеля развития вредных организмов, имеющих К(Кr)-стратегию жизненного цикла. Оценена фитосанитарная роль предшественников картофеля в подавлении вредных организмов с разными стратегиями жизненных циклов.
Внедрены технологии осеннего протравливания (с 1997 г.) и сидеральных паров (с 2002 г.) в хозяйствах Новосибирской, Кемеровской областей и Алтайского края, показана их биологическая и экономическая эффективность.
Оценена оправдываемость краткосрочного прогноза фитофтороза картофеля в условиях лесостепи Западной Сибири. Показана возможность проведения защиты посадок картофеля от заболевания дифференцированно, с учётом их назначения, устойчивости сорта, заражённости посадочного материала, даты появления всходов.
Доказана роль глубины заделки семенных клубней и количества механических повреждений как активаторов патогенеза и эпифитотического процесса ризоктониоза и сухих гнилей.
Результаты исследований используются в учебном процессе в Новосибирском государственном аграрном университете (ФГБОУ ВПО «НГАУ»), Сибирском университете потребительской кооперации (НОУ ВПО Центросоюза РФ «СибУПК»), для повышения квалификации руководителей и специалистов АПК региона. Технология осеннего протравливания картофеля дымовым фунгицидом Вист удостоена Диплома и Большой Золотой медали Сибирской ярмарки «за применение импортозамещающих технологий по защите картофеля от болезней в период хранения» (2004 г.).
Издано в соавторстве три учебных пособия: «Болезни и вредители картофеля» (2000), «Картофель. Агротехника возделывания, борьба с болезнями, карантинные объекты, сорта» (2002), «Методы диагностики фитосанитарного состояния картофеля» (2003); монографии: «Мониторинг ризоктониоза картофеля в агроэкосистемах картофеля Западной Сибири» (2006) и «Болезни картофеля при хранении в Западной Сибири» (2012).
Апробация результатов. Материалы диссертационной работы докладывались на конференции молодых учёных, посвящённой 26-летию СО РАСХН (1996), региональной научно-практической конференции «Проблемы АПК в условиях рыночной экономики» (Новосибирск, 1996), международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы агроэкологии в интегрированных системах защиты растений» (Пенза, 1999), международной конференции «Повышение устойчивости и эффективности агропромышленного производства в Сибири: наука, техника, практика» (Кемерово, 2003), научно-практической конференции «Проблемы сельскохозяйственной экологии» (Новосибирск, 1999), 2-й научно-практической конференции, посвященной 80-летию Кубанского ГАУ «Агротехнический метод в защите растений от вредных организмов» (Краснодар, 2002), II Всероссийском съезде по защите растений «Фитосанитарное оздоровление экосистем» (С.-Петербург, 2005), международной научно-практической конференции «Современные технологии производства и переработки сельскохозяйственной продукции» (Новосибирск, 2009, 2011).
Личный вклад автора. Автору принадлежат: разработка программ исследований, постановка и проведение полевых и производственных опытов, выполнение основной части экспериментов (90 %), анализ экспериментальных данных, статистическая, экономическая и биологическая оценка результатов исследований, формулирование выводов и рекомендаций производству.
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в журналах «Защита и карантин растений», «Картофель и овощи», «Агро XXI век», «Вестник защиты растений», «Вестник НГАУ», материалах международных научно-практических конференций, симпозиумов, трудах СО РАСХН, НГАУ. По теме диссертации опубликовано 50 научных и научно-методических работ, в том числе 10 в изданиях, рекомендованных ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 313 страницах машинописным текстом, состоит из введения, 5 глав, выводов, предложений производству, списка литературы, включающего 407 наименований, в том числе 119 на иностранных языках. Работа содержит 82 таблицы и 57 рисунков.
Автор глубоко признателен научному консультанту доктору биологических наук, профессору Е.М. Шалдяевой, доктору сельскохозяйственных наук, профессору, заслуженному деятелю науки В.А. Чулкиной за помощь и поддержку при выполнении работы.
