Агрохимия, 2020, № 10, стр. 36-44

ВВЕДЕНИЕ

Обеспечение всевозрастающего населения планеты продуктами питания является критической проблемой XXI века. В условиях роста населения, сопровождающегося уменьшением возделываемых площадей, исчерпаемостью ресурсов Земли, глобальными изменениями климата. Эта проблема может быть решена только посредством прогрессирующей интенсификации растениеводства, которое, по образному выражению А.А. Жученко, представляет собой “индустрию жизни” [1]. Интенсификация зернопроизводства базируется на 3-х главных составляющих: 1 – высокоурожайном сорте, 2 – высоком фоне минерального питания, 3 – защите растений. Основой этой триады безусловно является генетический потенциал возделываемых растений, реализуемый селекционерами посредством создания новых, все более урожайных сортов [1, 2]. По данным ученых и практиков, только за счет генетического потенциала новых сортов пшеницы без учета достижений в области агротехнологий ее урожайность в ХХ веке в разных регионах мира каждые 10 лет увеличивалась на 2–4 ц/га. Новые сорта в настоящее время обеспечивают получение 100 и более ц зерна/га [2–4].

Однако высокая продуктивность новых сортов не всегда сочетается с другими полезными свойствами и, в частности, с устойчивостью к биотическим (болезням, вредителям) и абиотическим (низким и высоким температурам, засухе и др.) факторам. Если говорить об иммунитете пшеницы к болезням, то селекционеры сегодня могут предложить производству продуктивные сорта, устойчивые к ржавчине и мучнистой росе. В то же время мало сортов с высокой устойчивостью к септориозу и фузариозу, нет сортов, устойчивых к комплексу болезней и вредителей. Сорта, устойчивые к одним патогенам, зачастую сильно поражаются другими. Устойчивость не постоянна во времени, с появлением новых вирулентных и агрессивных рас она теряется [5, 6].

Сорта интенсивного типа могут реализовать свою потенциальную урожайность только на агрофоне, удовлетворяющем их потребность в питательных веществах, и в первую очередь, в азоте. Азот входит в состав каждой растительной клетки (белки, аминокислоты, хлорофилл и др.), определяя количество и качество урожая. Применение высоких доз азотных удобрений, сбалансированных с другими элементами питания, является второй базовой составляющей интенсивных технологий растениеводства. Однако при высоких дозах азотного питания устойчивость многих сельскохозяйственных культур к вредящим организмам (болезням, вредителям) снижается, увеличивается засоренность посевов [7, 8]. Эти проблемы особенно отчетливо проявились, начиная с 1960-х гг., когда во многих странах мира (прежде всего в Европе) стали широко применять технологии интенсивного зернопроизводства, основанные на возделывании высокопродуктивных сортов и применении высоких доз азотных удобрений [8, 9]. Такие технологии, как показала мировая практика, невозможны без эффективной защиты растений, обеспечивающей сохранение урожая и его качество.

От болезней, вредителей и сорняков Россия ежегодно теряет от 20 до 30% потенциального урожая зерна [10]. По данным ФАО, такая же картина имеет место и в других странах мира [8, 9].

Структуры консорциумов вредящих биообъектов территориально существенно различаются. Они зависят от почвенных, климатических, агротехнологических и иных особенностей регионов. На рис. 1 показан вклад отдельных групп фитопатогенных комплексов озимой пшеницы в потери урожая зерна от болезней в Центральном районе России. Наибольший урон урожаю (до 70%) в этом случае причиняют болезни вегетативных и репродуктивных органов (листьев, стебля, колоса). Основными являются септориоз листьев (Septoria tritici Rob. et Desm), септориоз колоса (Stagonospora nodorum Berk.), бурая ржавчина (Puccinia triticina f. sp. Erikss.), стеблевая ржавчина (Puccinia graminis f. sp. tritici Pers.), мучнистая роса (Blumeria graminis D.C.), фузариоз колоса (Fusarium spр.) [10].

Рис. 1.

Вклад болезней пшеницы разной органотропной приуроченности в общие потери урожая зерна в Центральном районе РФ.

Зерновой клин озимой пшеницы в Центральном районе РФ представлен главным образом сортами селекции Федерального научного центра “Немчиновка”, созданными академиком Б.И. Сандухадзе и его сотрудниками. Наиболее возделываемыми из них в настоящее время являются Московская 56, Московская 40, Московская 39, Немчиновская 57, Немчиновская 24, Немчиновская 17 и некоторые другие.

Цель работы – изучение фитосанитарных особенностей сортов озимой пшеницы, возделываемых в Центральном районе РФ по технологиям интенсивного зернопроизводства, исследование компенсаторного воздействия средств химической защиты растений на улучшение фитосанитарного состояния посевов пшеницы, возделываемых по интенсивным технологиям.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследование проводили в 2015, 2017 и 2019 гг. на полях ФИЦ “Немчиновка” (Московская обл., Наро-Фоминский р-н, пос. Соколово). Объектами исследования служили районированные в Центральном районе сорта озимой пшеницы селекции ФИЦ “Немчиновка” и комплексы паразитирующих на них возбудителей болезней. Инфекционный фон – естественный. Почвы опытных участков – дерново-подзолистые, предшественник – пар. Возделывание пшеницы осуществляли согласно принятым в регионе методическим указаниям [11]. Осенью перед посевом вносили основное удобрение N30P30К30. Весной в фазе кущения проводили азотную подкормку посевов N_aa в дозах, соответствующих разным технологиям возделывания озимой пшеницы.

Варианты опыта: 1 – контроль (без азотной подкормки), 2 – экстенсивная (базовая) технология – подкормка N60, 3 – интенсивная технология – подкормка N90, 4 – высокоинтенсивная технология – подкормка N120. Размер опытных делянок – 25 м², повторность трехкратная.

Иммунологической оценке в годы исследования подвергали от 10 до 20 сортов и сортообразцов. В фазе молочно-тестовой спелости (ф. 80) проводили учеты интенсивности поражения растений комплексом болезней. В этой фазе развитие листостебельных и колосовых инфекций достигает, как правило, максимального уровня. При определении фаз развития растений и оценке степени развития болезней применяли рекомендуемые методы и шкалы [12]. Уборку урожая проводили комбайном НЕGE 212.

Исследования компенсации потерь урожая зерна применением средств защиты растений проводили в 2004–2019 гг. на опытных полях ВНИИФ (Московская обл., Одинцовский р-н, пос. Летний Отдых).

Объектами исследования служили возделываемые в Центральном районе сорта озимой пшеницы и химические фунгициды, применяемые в интенсивных технологиях.

Почва на опытных полях – дерново-подзолистая среднесуглинистая. Предшественник – пар и озимая пшеница. Обработка почвы – зяблевая вспашка на глубину 15–18 см отвальным плугом ПН-4-35 и предпосевная культивация культиватором КИН-4 на глубину 5–8 см. Посев проводили в оптимальные для региона сроки – 2–3-я декады сентября. Норма высева семян – 220 кг/га. Перед посевом в разные годы проведения эксперимента семена протравливали одним из следующих препаратов – девидент Стар КС, максим Экстра КС или раксил КС. Удобрения под предпосевную культивацию – N30P30К30. В фазе кущения (ф. 29–31) проводили азотную подкормку посевов дозой N_аа100–120. Весной (ф. 31) для защиты от сорняков посевы опрыскивали гербицидами фенизан ВР, линтур, ВДГ и др.

Для защиты от болезней в фазе начала колошения–цветения (ф. 39–59) проводили опрыскивание посевов одним из фунгицидов – альто Супер, КЭ, амистар Экстра, КЭ, титул Дуо, ККР или пропи Плюс, КЭ. Эти фунгициды широко применяют в РФ в последние годы на зерновых культурах для защиты от листовых и колосовых инфекций. Нанесение препаратов на растения осуществляли с помощью экспериментального штангового опрыскивателя ОРШ-2. Нормы расхода препаратов и рабочей жидкости – согласно рекомендациям разработчиков. Контролем служили необработанные (незащищенные) посевы. Размеры опытных делянок – от 200 до 2000 м², повторность четырехкратная.

В течение вегетационного сезона вели наблюдения за фитосанитарным состоянием посевов и фенологией развития растений. Интенсивность развития болезней оценивали по принятым во ВНИИФ методам; фазы развития растений определяли по шкале ЕУКАРПИА [12]. Урожай убирали малогабаритным комбайном НEGE. Исследования вели на естественном инфекционном фоне.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Фитосанитарные особенности сортов озимой пшеницы, возделываемых в центральном районе РФ по интенсивным технологиям. Патогенный комплекс листовых инфекций на полях, отведенных под опыт, был представлен септориозом листьев, бурой ржавчиной, мучнистой росой. Его состав и интенсивность проявления болезней варьировали в зависимости от вегетационного сезона. Приведены результаты изучения фитосанитарных особенностей 5-ти наиболее востребованных в настоящее время сортов озимой пшеницы в вариантах возделывания по интенсивным технологиям.

Септориоз листьев отмечали во все годы исследования; бурая ржавчина интенсивно проявилась в 2019 г. (в комплексе с септориозом), а мучнистая роса – в 2015 г. Интенсивность развития болезней существенно отличалась в зависимости от сорта. В контроле (без защиты) септориозом листьев наиболее сильно поражались сорта Немчиновская 57 и Немчиновская 17, а наибольшую устойчивость проявляли сорта Московская 56 и Московская 59 (табл. 1). Бурая ржавчина сильнее развивалась на сортах Московская 39 и Немчиновская 57, слабее – на сортах Немчиновская 17 и Московская 56. Интенсивность развития мучнистой росы во все годы исследования была слабой (0.1–3.2% в контроле).

В табл. 2 приведены данные, характеризующие развитие колосовых инфекций пшеницы на разных фонах азотного питания. Патогенный комплекс на колосе был представлен возбудителями септориоза колоса (2015, 2017, 2019 гг.), фузариоза колоса и альтернариоза (2017 г.). Септориозом сильнее других поражались сорта Московская 40 и Немчиновская 17, фузариозом и альтернариозом – сорта Московская 56 и Московская 39. Наиболее устойчивыми к колосовым инфекциям были сорта Московская 56 и Немчиновская 57. Как и в случае с листовыми инфекциями, с повышением азотного фона возрастала интенсивность развития болезней. При этом амплитуда повышения пораженности была различной. Сильнее реагировали на изменение агрофона сорта Московская 56 и Немчиновская 57, слабее других – сорта Немчиновская 17 и Московская 39. Оценка пораженности растений или их отдельных органов с помощью применяемых в опыте шкал характеризовала визуально видимый уровень проявления признаков заболеваний.

Для решения практических задач растениеводства важно знать, в какой степени изменения пораженности растений, отмеченные на разных фонах азотного питания, отражались на вредоносности болезней – потерях урожая зерна.

Определение потерь урожая непосредственно в поле на производственных или опытных посевах представляет собой методически сложный и материально затратный процесс. Чтобы оценить потери урожая от болезни, вредителя или сорняка необходимо знать величину потенциального урожая, возможного в отсутствии вредящих организмов, Это может быть установлено экспериментальным путем, посредством выделения на поле участков, на которых в течение сезона проводят многократные защитные обработки посевов пестицидами – чистый контроль. Сравнение урожая в чистом контроле с фактическим урожаем на всем поле позволяет определить потери зерна с единицы площади в натурном (весовом) исчислении или в процентах.

Контрольные участки, учитывая невыровненность полей по ландшафту и почвенному плодородию, должны закладывать с соблюдением необходимой повторности. Кроме того, пестициды, участвуя в процессах метаболизма растений, сами по себе влияют на урожай. Все это делает “экспериментальную” оценку сложной, не всегда объективной и зачастую недоступной как для аграриев-производственников, так и для ученых, проводящих подобного рода исследования.

Во Всероссийском научно-исследовательском институте фитопатологии многие годы проводили работы по изучению эпидемиологии болезней озимой и яровой пшеницы. Выполнено большое количество экспериментов на разных сортах пшеницы при разных агроэкологических условиях, в ходе которых вели наблюдения за развитием болезней и оценивали причиненный ими урон урожаю.

Наличие большой экспериментальной базы позволило разработать и предложить для производственных и научных целей расчетные методы определения потерь урожая пшеницы от болезней. Они основаны на эмпирических моделях (уравнениях), характеризующих связь потерь урожая зерна с периодом развития той или иной болезни в посевах и интенсивностью ее проявления в конце вегетации растений [13]. В табл. 3 приведены данные, характеризующие урожай и потери урожая зерна от болезней при возделывании пшеницы по технологиям разной интенсивности на разных фонах азотного питания.

С повышением доз азота урожайность всех сортов увеличивалась, однако величина прибавки у разных сортов была различной. В наибольшей степени урожай возрастал у сортов Немчиновская 17 и Московская 39, в наименьшей – у сортов Московская 39 и Московская 56. У последнего сорта на фоне N120 он даже несколько снизился по сравнению с контролем.

С увеличением доз азота возрастали потери урожая от болезней. Как и урожай, потери урожая у разных сортов с увеличением азотного фона также были неодинаковыми. Наибольшие потери урожая отмечены у сортов Московская 39 и Московская 40, а наименьшие – у сортов Московская 56 и Немчиновская 17. Если сравнить темпы роста урожая и темпы увеличения потерь урожая, то следует отметить, что последний показатель существенно превышал первый. Это означало, что именно болезни и их рост на высоком агрофоне являлись главным препятствием в достижении сортом его потенциального урожая, возможного при интенсивных технологиях возделывания на высоком фоне азотного питания.

Таким образом, при возделывании сортов пшеницы интенсивного типа на высоком агрофоне получение высоких и стабильных урожаев зерна невозможно без эффективной защиты растений от болезней.

Компенсаторное воздействие средств химических средств защиты растений на фитосанитарное состояние посевов озимой пшеницы, возделываемых по интенсивным технологиям. Приведенные выше факты показали, что с увеличением доз азотного питания при интенсивном зернопроизводстве иммунитет озимой пшеницы к болезням ослабевает, что приводит к повышению пораженности растений болезнями и увеличению потерь урожая зерна. Различные сорта проявляли разную реакцию на этот агроприем. В какой степени снижение устойчивости того или иного сорта может быть компенсировано применением средств защиты растений?

За годы исследования было проведено 13 опытов, отличающихся возделываемыми сортами, использованными фунгицидами, погодными условиями и интенсивностью развития заболеваний. Общим для всех опытов было применение технологий с высокими дозами азотного питания.

Основу патогенных комплексов в период весенне-летней вегетации составляли септориоз листьев, бурая ржавчина, мучнистая роса, септориоз колоса. В отдельные сезоны наблюдали развитие стеблевой и желтой ржавчины, фузариоза и альтернариоза колоса.

Обсудить в настоящей работе весь экспериментальный материал вследствие его большого объема не представлялось возможным. Поэтому на рис. 2. и в табл. 4 приведены обобщенные данные, характеризующие устойчивость использованных в опыте сортов и эффективность применения средств защиты.

Рис. 2.

Развитие грибных патогенов на опытных сортах озимой пшеницы (Московская обл., ВНИИФ, 2003–2009 гг.).

Сорта отличались по устойчивости к болезням. Сильнее других поражались сорта Мироновская 808 и Московская 39, слабее – сорта Немчиновская 24 и Немчиновская 57. Чем выше была восприимчивость сортов, тем больше была эффективность применения фунгицидов – величина сохраненного урожая. Для сорта Мироновская 808 во всех 13-ти повторениях эксперимента она составила в среднем 10.2, Московская 39 – 9.6, Немчиновская 24 – 7.5, Немчиновская 57 – 6.8 ц/га.

Если сопоставить данные, характеризующие величину сохраненного урожая испытанных сортов (табл. 4) с потерями урожая от болезней (табл. 3), то окажется, что доля сохраненного урожая при применении фунгицидов варьировала в годы исследования от 55 до 75% в зависимости от сорта и технологии его возделывания (уровня интенсификации).

В Центральной России, где погодные условия практически ежегодно благоприятствуют развитию опасных фитопатогенных комплексов, возделывание озимой пшеницы по интенсивным технологиям, включающим использование урожайных сортов, отзывчивых на агрофон, и высокие дозы азотных удобрений, невозможно без химической защиты посевов. Каждому сорту, в связи с его индивидуальными биологическими особенностями, должна соответствовать адаптированная ему технология возделывания и фитосанитарного контроля.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Современное интенсивное зернопроизводство базируется на 3-х главных составляющих: 1 – высокоурожайные сорта, отзывчивые на применение удобрений, 2 – высокий фон минерального питания (прежде всего азотного), 3 – эффективная защита растений. Сорта озимой пшеницы интенсивного типа не всегда сочетают высокую урожайность с комплексной устойчивостью к болезням. Будучи устойчивыми к одним заболеваниям, они могут в значительной степени поражаться другими. При повышении уровня азотного питания, что является обязательным элементом технологии интенсивного зернопроизводства, пораженность растений фитопатогенами существенно возрастает. Различные сорта и поражающие их патогенные комплексы по-разному реагируют на высокий агрофон. Сильнее проявляются болезни, вызываемые облигатными паразитами (ржавчина, мучнистая роса), слабее – факультативными сапрофитами (септориоз, фузариоз, альтернариоз). У восприимчивых сортов пораженность растений увеличивается в 2.5–3.0 раза по сравнению с базовым (обычным) агрофоном; у относительно более устойчивых – в 1.5–2.5 раза. Соответственно росту пораженности на высоком агрофоне возрастают потери урожая зерна от болезней. Для некоторых сортов они бывают настолько значительными, что полностью нивелируют эффект от применения удобрений.

В Центральной России, где погодные условия практически ежегодно складываются благоприятно для развития опасных патогенов, получение высоких и стабильных урожаев озимой пшеницы невозможно без применения средств защиты растений.

При интенсивных технологиях зернопроизводства приоритетной является химическая защита, т.к. она обеспечивает лучший контроль опасных фитосанитарных ситуаций в сравнении с биологической, агротехнической и другими методами и способами. Химическая защита с использованием современных фунгицидов позволяет компенсировать от 55 до 75% возможных потерь урожая от болезней. Ее эффективность зависит от биотических и абиотических факторов, в числе которых решающее значение принадлежит сорту и агроприемам его возделывания. Каждому сорту, в связи с его индивидуальными особенностями (иммунитетом, отзывчивостью на удобрения и др.), должна соответствовать адаптированная ему технология возделывания и фитосанитарного контроля.