Содержание к диссертации
Введение
1 Аналитический обзор литературы 12
1.1 Особенности морфологии и биология хищного клеща Phytoseiulus persimilis Athias.-Henriot 12
1.2 Способы разведения фитосейулюса 20
1.3 Эффективность применения хищного клеща в борьбе с обыкновенным паутинным клещом на разных культурах 24
1.4 Опыт комплексного применения акарицидов и акарифага в борьбе с обыкновенным паутинным клещом 27
2 Объекты и методы исследований 31
2.1 Условия проведения исследований 31
2.2 Объекты исследований 33
2.2.1 Акарифаг - фитосейулюс (Phytoseiulus persimilis Ath.-H.) 33
2.2.2 Биологические особенности развития обыкновенного паутинного клеща (Tetranychus urticae Koch.) 34
2.2.3 Кормовые культуры фитофага, используемые в опытах 36
2.2.4 Сорта и гибриды огурца, используемые в опытах 40
2.2.5 Состав грунтовых субстратов 42
2.2.6 Характеристика источников освещения 43
2.2.7 Характеристика биопрепаратов 44
2.3 Методы исследований 44
2.3.1 Методика культивирования растений 44
2.3.2 Методика опыта по сортоиспытанию 45
2.3.3. Методика оценки влияния субстратов на рост растений и численность клещей 47
2.3.4 Методика опыта по оценке влияния спектра излучения ламп на рост растений и численность клещей 48
2.3.5 Выделение микроорганизмов из почвы методом почвенного разведения 49
2.3.6 Методики определения основных показателей качества акарифага 51
2.3.7 Методы биотестирования 53
2.3.8 Методика применения фитосейулюса в условиях защищенного грунта 56
3 Направления совершенствования технологии разведения хищного клеща фитосейулюса 57
3.1 Влияние видовых и сортовых особенностей культур на размножение растительноядного и хищного клещей 57
3.1.1 Морфологические особенности сортов растения фасоли, предназначенных для разведения клещей 58
3.1.2 Оценка влияния сорта фасоли на динамику численности клещей 61
3.2 Роль неорганического субстрата в биотехнологии получения фитосейулюса 63
3.2.1 Влияние типа субстрата на развитие фасоли 65
3.3 Влияние субстратов на развитие микрофлоры 71
3.4 Оценка влияния светодиодного освещения на рост растений 74
4 Технология разведения и контроль качества биологического агента 78
4.1 Параметры технологического процесса разведения фитосейулюса 78
4.2 Оценка биотического потенциала фитосейулюса 84
4.3 Оценка жизнеспособности хищного клеща при хранении 85
5 Эффективность комплексного применения хищного клеща (Phytoseiulus persimilis) и биопрепаратов в защите огурца от фитофага 88
5.1 Действие биопрепаратов на хищного клеща фитосейулюса 88
5.2 Эффективность совместного использования биопрепаратов и фитосейулюса в отношении паутинного клеща 91
5.3 Применение фитосейулюса для борьбы с фитофагом с целью повышения урожайности огурца 94
5.4 Регламенты совместного применения биопрепаратов и фитосейулюса 101
6 Экономическое обоснование результатов исследования 103
6.1 Планирование затрат на малообъемное производство фитосейулюса по улучшенной технологии 104
6.2 Планирование полной производственной себестоимости по традиционной и улучшенной технологиям 105
6.3 Расчет показателей экономической эффективности производства фитосейулюса 106
6.4 Экономическая эффективность применения защиты культуры от паутинного клеща 107
6. 5 Расчет показателей экономической эффективности применения хищного клеща в защищенном грунте 108
Выводы 110
Рекомендации производству 112
Список литературы 113
Приложения 132
- Особенности морфологии и биология хищного клеща Phytoseiulus persimilis Athias.-Henriot
- Выделение микроорганизмов из почвы методом почвенного разведения
- Параметры технологического процесса разведения фитосейулюса
- Расчет показателей экономической эффективности применения хищного клеща в защищенном грунте
Особенности морфологии и биология хищного клеща Phytoseiulus persimilis Athias.-Henriot
Phytoseiulus persimiilis Athias-Henriot – фитосейулюс персимилис (синоним: Amblyseius tardi Lombardini) (Бакасов, 1976; Акимов, Колодочка, 1991; Кондряков, 2005; Ахатов, 2016). Первоначально фитосейулюс был обнаружен в Алжире на травянистых растениях. В 1958 г. повторно выявлен на водяном гиацинте в Чили, куда, вероятно, был ввезён из Средиземноморья (Ахатов, Ижевский, 2004; Штерншис и др., 2017). Из лабораторий Германии, Канады и США хищника интродуцировали во многие страны мира. Г.А. Бегляровым в количестве 48 особей он впервые был ввезён в бывший СССР (Ахатов, Ижевский, 2004).
Клещи имеют небольшие размеры (0,2-0,8 мм). Дорсальный щиток идиосомы покрыт у палеарктических форм 25-36 парами щетинок (минимальное число в 14 пар отмечено у представителей рода Amblyseiulella). Тело овальной формы, разделено на два отдела: гнатосому и идиосому (последняя, как правило, с одним дорзальным щитком) (Ахатов, 2016). Гнатосома представляет собой комплекс ротовых частей, а идиосома – всё остальное тело, несущее 4 пары ходильных конечностей (Захваткин, 2012).
Ротовой аппарат у фитосейулюса типичного строения, адаптированный к поеданию характерной для него пищи – тетраниховых клещей. Во время питания фитосейулюс прорезает кутикулу жертвы хелицерами и погружает в отверстие гнатосом (Захваткин, 2012).
Ph. persimilis отыскивает жертву – вредного клеща Tetranychus urticae – в первую очередь по наличию паутины на поверхности листьев. Отыскать быстро свою добычу акарифагу помогает изготовленная обыкновенным паутинным клещом паутина. Обнаружив паутину, Ph. persimilis усиленно ищет яйца, личинок и взрослых особей T. urticae (Мохаммадали, 2015). Благодаря морфологическим адаптациям – длинным дорсальным щетинкам и специально устроенным претарзусам конечностей – клещи скользят между натянутыми нитями паутины, не запутываясь в ней. Все особи в подвижных фазах окрашены в розово-красный цвет. Самки крупнее самцов и имеют более округлую форму. Молодые самки высокоактивны, способны перемещаться на большие расстояния из мест отрождения (Чалков, 1986; Ахатов, Ижевский 2004). Ph. persimilis обладает высокой миграционной способностью.
Van Wijk M, W.J. Wadman, M.W. Sabelis (2006) в своей работе пишут, что Ph. persimilis находит свою добычу, обыкновенного паутинного клеща, с помощью растительных летучих веществ, которые индуцируют растения. Особенно хорошо документирована обонятельная реакция на этот количественно и качественно изменяющийся источник информации. Клещи выполняют эту задачу с периферической обонятельной системой, которая состоит всего из пяти предполагаемых обонятельных сенсилл, которые находятся в дорсальном поле на кончике их первой пары ног.
Взрослые самки при питании увеличиваются в размерах до 0,55 мм за счёт растягивания интерскутальной мембраны. Самцы на треть мельче самок, отличить можно лишь под микроскопом (по таким признакам, как строение хелицер, расположение передних сублатеральных щетинок, строение щитов вентральной поверхности) (Ахатов, 2016).
Цикл развития у клеща происходит по обычной схеме для представителей этого семейства видов: яйцо, личинка, протонимфа (нимфа I), дейтонимфа (нимфа II) и взрослый клещ. Акарифаг развивается в 1,5-1,9 раза быстрее своей жертвы – T. urticae (Ахатов, 2016).
Личинка шестиногая, желтовато-оранжевой окраски, длина тела 0,17-0,20 мм, малоподвижны. Нимфа I (протонимфа), так же как и взрослые особи, имеет четыре пары ног, питается паутинным клещом всех возрастов. Окраска тела ее оранжево-красная. Нимфа II (дейтонимфа) от нимфы отличается более крупными размерами тела и более интенсивной окраской (Чалков, 1986).
Размножение происходит по типу гамогенеза, копуляция происходит 2-3 раза в течение жизни самки. Оплодотворенные самки через несколько суток откладывают яйца, располагая их поодиночке, без определенного порядка на растении среди колонии фитофага. Отродившиеся из яиц личинки не питаются, а живут за счет эмбрианального желтка. Яйца крупные, овальные (0,25х0,15 мм), первоначально они прозрачные, позже розовеют. Средняя масса яйца хищника 4,7 мкг. Чтобы его отложить, самке требуется съесть в среднем 6,6 яйца паутинного клеща средней массой 1 мкг каждое (Акимов, Колодочка, 1991).
V. Vanas, M. Enigl, A. Walzer, P. Schausberger (2006) сформулировали интересную теорию оптимального кормления и оптимальной яйцекладки самок хищного клеща, в которой имаго хищника должны регулировать процесс питания, составляющие свою и потомственную добычу, чтобы максимизировать текущий и будущий репродуктивный успех. При проверке данной гипотезы провели три отдельных эксперимента: 1) оценивали минимальное количество добычи, необходимое для завершения ювенильного развития; 2) минимальное количество добычи, необходимое для получения яйца; 3) соотношение между отложенными яйцами и паутинными клещами, оставленными для будущего поколения хищного клеща. Незрелым особям Ph. persimilis требуется не менее 7 и в среднем 14+/-3,6 (SD) яиц T. urticae для достижения зрелости. Самкам требовалось не менее 5 и в среднем 8,5+/-3,1 (SD) яиц T. urticae для получения яйца. Большинство самок покидали начальный участок до исчезновения паутинного клеща, оставив добычу для потомства. Самки, находящиеся первоначально в местах с низкой плотностью вредителя, оставляли 5,6+/-6,1 (SD) яиц на одно отложенное яйцо, тогда как те, кто находился в высокой плотности фитофага, оставляют 15,8+/-13,7 (SD) яиц на одно отложенное яйцо.
Являясь тропическим видом, хищник не имеет в жизненном цикле диапаузы и развивается круглый год. Нижний температурный порог развития равен 7 С, верхний 34…35 С. Часть хищников способна переносить воздействие пониженных положительных температур в течение 1,0-1,5 месяца. Фитосейулюс может выдерживать кратковременное (в течение 3-4 часов) повышение температуры воздуха до 42 С (Анисимов, Максимова, 2007; Anisimov, 2009).
Так, в 2017 г. коллектив ученых кафедры защиты и карантина растений СПбГАУ выявил разную теплоустойчивость двух популяций хищного клеща (египетской и ленинградской). В своих исследованиях они сравнивали две популяции при температурах 40 С и 41 С, при экспозициях 5 и 6 часов. Египетская популяция Ph. persimilis демонстрировала тенденцию к более высокой выживаемости в условиях повышенных температур, чем хищный клещ из популяции ВИЗР (Козлова и др., 2017).
Продолжительность развития одного поколения сильно зависит от температуры среды. Сумма эффективных температур для завершения цикла развития в зависимости от условий влажности колеблется в пределах 110-131 градусодней (в среднем 120). Для оптимального развития фитосейулюса благоприятна температура около 27…30 С (таблица 1) (Ахатов, Ижевский, 2004).
Выделение микроорганизмов из почвы методом почвенного разведения
Для определения количественного состава микроорганизмов в субстратах, использовали метод почвенного разведения, заключающийся в глубинном посеве в агаризованную питательную среду водной взвеси частиц субстратов.
Субстраты взвешивали на технических весах (1 г), насыпая шпателем на стерильные кружки бумаги. Взвешенные образцы переносили в колбу, содержащую 99 мл стерильной воды, и периодически осторожно взбалтывали круговыми движениями в течение 5 минут. В дальнейшем 1 мл полученной суспензии переносили стерильной пипеткой из колбы в пробирку с 9 мл стерильной воды и слегка взбалтывали, после чего таким же образом 1 мл полученной смеси из пробирки переносили в следующую пробирку (рисунок 7). Из пробирки третьего разведения 1 мл суспензии переносили в стерильные чашки Петри с питательной средой Чапека (Зенова и др., 2002).
После посева чашки заворачивали в стерильные конверты и ставили в термостат для инкубации при температуре 23…25 С сроком на 7 суток.
Количество грибных и бактериальных зачатков рассчитывали на 1 г сухой почвы. Из отобранного образца одновременно с посевом брали навеску почвы (10 г) и высушивали в открытом бюксе в сушильном шкафу при температуре 105 С в течение 6 часов до постоянной массы.
Количественный состав микроорганизмов – это величина, указывающая на общее число микроорганизмов в единице массы почвы (как правило, в 1 г). Трудность определения этого параметра заключается в том, что подсчитать микроорганизмы в нативном образце почвы невозможно, а в культурах их число увеличивается по мере роста. Поэтому в качестве учетной единицы при определении количества микроорганизмов используется колониеобразующая единица (КОЕ) - спора гриба или актиномицета, клетка бактерии и т.п., которая в культуре дает начало новой колонии. Подсчет колониеобразующих единиц на практике сводится к подсчету образованных ими колоний, что возможно при прямом осмотре чашки Петри. Важно учитывать, что возраст культуры не должен быть слишком большим, иначе в ней появятся вторичные колонии, развившиеся из спор, образовавшихся уже в культуре. Бюксы с почвой после высушивания взвешивали и определяли вес сухой почвы.
Подсчитывали грибные и бактериальные зачатки на 1 г сухой почвы по следующей формуле:
Определение влажности почвы: взвешивание пустого бюкса (а), взвешивание бюкса с влажной почвой произвольной массы (б), взвешивание бюкса с сухой почвой (в), определение массы воды (б-в), определение массы сухой почвы (в-а), определение процента влажности (масса воды/масса сухой почвы100) (Зенова и др. 2002).
Параметры технологического процесса разведения фитосейулюса
На основании проведенных экспериментов была создана схема технологического процесса разведения хищного клеща с включением перспективных элементов: заменена почвы для выращивания продуктивного сорта на неорганические субстраты (вермикулит + керамзит 1:1), использование фитоламп для регулирования длины светового дня. В результате улучшенной технологии уменьшен период разведения акарифага на 7-10 дней, что увеличивает выход, с 1 м2 полезной площади еженедельно до 20-25 тыс. особей фитосейулюса. Хранят фитосейулюса до реализации в холодильном шкафу при пониженных температурах. Принципиальная схема технологии наработки фитосейулюса включает выращивание растений (I), являющихся кормовым субстратом его жертвы – паутинного клеща, накопление на выращенных растениях фитофага (II) и затем наработка самого биоагента (III).
Разводят фитосейулюса в 2 изолированных друг от друга помещениях. В лаборатории строго соблюдают последовательность проведения операций технологического процесса. Работу начинают в маточнике паутинного клеща, а заканчивают в боксе, где разводят фитосейулюса. В помещении № 1 проводят размножение вредителя – обыкновенного паутинного клеща.
Площадь помещения составляет 50 м2 и вмещает 14 трёхъярусных металлических стеллажей, оборудованных подсветкой, длина светового дня составляет 16 часов. В помещении поддерживается микроклимат для разведения фитофага, включающий в себя поддержание положительных температур 25 ±1 С, влажность 35-55%.
Условия разведения фитофага и стадии производственного процесса (контрольные точки производства) отражены в таблице 12. Размножение вредителя проводят до образования на листьях паутины (рисунок 20), после чего растения срезают и используют для заселения новых растений фасоли.
Размножение фитосейулюса проводят в боксе (помещение № 2). Площадь помещения составляет 108 м2 и вмещает 40 трёхъярусных металлических стеллажей, оборудованных подсветкой. Длина светового дня составляет 16 часов. В помещении поддерживается микроклимат для разведения фитофага, включающий в себя поддержание положительных температур 25 ±1 С, влажность 70-80%. Технологический процесс включает выращивание растений, заселение их вредителем и размножение хищного клеща (таблица 13).
Заселение растений фитофагом и его акарифагом проводят путем раскладывания листьев с находящимися на них клещами. В отличие от традиционной технологии (Чалков, 1986; Ахатов, Ижевский, 2004) в нашей лаборатории уменьшен период разведения акарифага на 7-10 дней за счет сокращения процесса разведения паутинного клеща, которого вносят на кормовые растения за 1-2 дня до выпуска фитосейулюса либо одновременно с ним. Кроме того, преимуществом такой методики является снижение трудоемкости технологии и уменьшение вероятности заноса фитосейулюса в маточник паутинного клеща (т.к. ящики с растениями и клещами остаются в одних и тех же помещениях).
Однако в этом случае требуется большое количество вредителя, которого размножают отдельно (помещение №1), а затем срезанные с размножившимся паутинным клещом растения переносят для заселения подготовленных растений в боксе (помещение № 2).
Кроме того, в адаптированной к условиям нашей лаборатории технологии разведения фитосейулюса почва для выращивания растений заменена на неорганические субстраты (вермикулит + керамзит в соотношении 1:1), что позволяет избежать накопления посторонних микроорганизмов и почвенных вредителей.
Хранят фитосейулюса до реализации в отдельном помещении № 3 в холодильном шкафу при постоянных пониженных температурах (таблица 14). При соблюдении правил хранения биоматериал не теряет жизнеспособности в течение 7 дней и более.
Результаты, представленные в предыдущей главе, послужили основой для создания схемы технологического процесса наработки хищного клеща. Осуществление технологического процесса возможно, если:
1. Создан зелёный конвейер из подходящих растений-субстратов;
2. Имеется фитофаг – обыкновенный паутинный клещ, который эффективно способен размножаться на растениях;
3. Разработана методика накопления, сбора хищного клеща и контроля качества конечного продукта производства. В соответствии с результатами, изложенными в данной главе, а также полученными ранее в лаборатории, процесс наработки фитосейулюса можно представить в виде технологической схемы (рисунок 21).
Таким образом, в лаборатории адаптирована традиционная методика разведения хищного клеща с изменением отдельных элементов, увеличивающих выход акарифага. При соблюдении всех элементов усовершенствованной технологии с 1 м2 полезной площади еженедельно удается получать 20-25 тыс. особей фитосейулюса.
Расчет показателей экономической эффективности применения хищного клеща в защищенном грунте
Для проведения опыта по улучшению технологии возделывания огурца в защищённом грунте включили операцию по защите растений. В теплицу площадью 14700 м2 было выпущено 50000 штук хищного клеща.
Затраты на уборку урожая считали в следующем порядке: определяли дополнительный урожай со всей площади теплицы, затраты на уборку 1 кг, затраты на уборку дополнительного урожая.
Расчеты дополнительного урожая всей площади теплицы производили умножением прибавки урожая с 1м2 на площадь теплицы. Прибавка урожая составила 7 кг/м2.
714700=102900 кг
Затраты на уборку 1 кг продукции определяли делением общей суммы затрат на валовый сбор на дополнительный урожай:
4772277,3:220500=21,6 руб.
Для определения затрат на уборку дополнительного урожая со всей площади теплицы умножали затрат на уборку 1 кг продукции на дополнительный урожай:
21,6102900=2226756 руб.
Полная производственная себестоимость конкретного вида продукции складывается из прямых и косвенных (общепроизводственных и общехозяйственных) затрат. Для расчета полной себестоимости составляли справку по затратам (таблица 29).
Дополнительные затраты складываются за счет приобретения хищного клеща, сбора дополнительного урожая, а также затрат на организацию и управление производством.
Для сравнения рентабельности производства семян, а также рентабельности применения средств защиты растений рассчитывали показатели экономической эффективности по применению хищного клеща на огурце в защищенном грунте (таблица 30).
По данным таблицы можно судить о рентабельности производства при применении биологического агента и о целесообразности проведения защитных мероприятий. При применении фитосейулюса сохраненный урожай при неизменной площади посадки увеличился в 1,46 раза, несмотря на дополнительные затраты на покупку хищного клеща. Себестоимость 1 кг при применении фитосейулюса снизилась на 3,6 руб. При одинаковых ценах реализации готового выращенного продукта может быть получена дополнительная прибыль. Уровень рентабельности производства при применении хищного клеща фитосейулюса увеличился до 237,9 %. Уровень рентабельности применения хищника составил 355,2 %.