Агробиоценозы

Агробиоценоз (агроценоз) - пример вторичного или дисклимаксного биоценоза. Он отличается тем, что в нем искусственно поддерживается резкое доминирование (обычно фактически монокультура) какого-либо одного сельскохозяйственного растения.

Такое искусственное образование, как агроценоз, может сохраняться только при постоянном и ежегодном возобновлении его человеком. Территория любого брошенного агроценоза быстро заселяется сорной растительностью, культурные же растения с первых лет оказываются третьестепенным компонентом флоры, а потом исчезают.

Однако в течение периода вегетации на поле формируется сложный и иногда хорошо сбалансированный комплекс насекомых, насчитывающий сотни видов. В этот комплекс входят фитофаги, повреждающие культурные растения, фитофаги, съедающие сорняки, и многочисленные энтомофаги. Поэтому хорошо укоренившееся и весьма распространенное представление, что "агроценоз не обладает свойством регуляции" (Л.В.Арнольди, К.В. Арнольди. 1963), уже нанесло и продолжает наносить нашему и мировому хозяйству колоссальный вред. Вместо контроля за агроценозом и попыток повысить его устойчивость, пассивно ожидается наступление массового размножения вредителя, а затем применяются радикальные меры. Такая защита растений тоже сохраняет урожай, но при этом расходуется много средств и обычно загрязняются ядами пищевые продукты, вода и все окружающие биоценозы.

Естественная устойчивость агроценоза может быть значительно повышена за счет граничащих с ним биоценозов, часто являющихся постоянным источником хищников и паразитов (О.Д.Ниязов, 1992; А.Ш.Хамраев, 1992). Если эти биоценозы находятся не на пионерных стадиях сукцессии, на них должны отсутствовать фитофаги - r-стратеги, многие из которых являются вредителями сельскохозяйственных растений. Следовательно, чем устойчивее биоценоз, прилегающий к полю с сельскохозяйственной культурой, чем менее пионерным он является, тем больше пользы он может принести соседним сельскохозяйственным угодьям.

К сожалению, в сельском хозяйстве обычно применяется обратная практика. С целью устранения сорняков и вредителей часто перепахивают обочины дорог, а в некоторых случаях их даже выжигают. Естественно, что на таком оголенном участке кроме растений и животных r-стратегов никто поселиться не может, и эти участки являются поставщиками сорняков и вредителей полю. Более правильным было бы или совсем не трогать эти участки, или же ускорять на них сукцессию с помощью семян растущих в устойчивых естественных сообществах трав (посев мелко нарезанного сена).

Значительно повышает устойчивость агроценоза также включение в посев каких-либо дополнительных культур (совместный посев - В.Г.Коваленков, Н.М.Тюрина, 1993) или посев отдельными полосами разных растений вместо больших полей монокультур. Введение в посев цветущих растений, например, их посев по обочинам вокруг поля, обеспечивает дополнительное питание паразитам и хищникам и положительно сказывается на урожае. Усложнение агроценоза не только увеличивает численность энтомофагов на поле, но и улучшает микроклимат посевов.

Формирование комплекса вредителей на поле - довольно сложный процесс. При распашке целинной земли ее обитатели в основном погибают или мигрируют. Причины их гибели следующие: изменения структуры почвы, ее температурного и влажностного режима, исчезновение кормовых растений - центров консорций, а также воздействие агротехнических приемов. Ряд насекомых все же приспосабливается к жизни на посевах. Среди них виды, размножающиеся вне пределов поля, но охотно питающиеся культурными растениями (многие саранчовые), насекомые, мигрирующие на зиму на опушки леса, на обочины (например, клоп-черепашка), обитатели взрыхленных грызунами почв в природных биотопах (например, жуки Anisoplia austriaca Host., Pentodon idiota Hbst., озимая совка Agrotis segetum Schiff.). В эту же группу можно включить и обитателей растений таких взрыхленных почв (многие клопы и листоблошки). На полях оказываются также насекомые, предпочитающие изреженный травостой (щелкуны родов Melanotus, Agriotes, чернотелки Opatrum sabulosum L.). Весьма распространены и насекомые, зимующие в многолетних или озимых растениях или в растительных остатках (двукрылые Oscinosoma, Chlorops, Mageti- ola).

Таким образом, фауна поля формируется в основном за счет местных видов. Так, при вспашке целинных земель в Казахстане в 50-е годы доминантными видами на пшенице оказались пшеничный трипе Нарlothrips tritici Kurd., серая зерновая совка Hadena sordida Bkh., сибирский остроголовый клоп Aelia sibirica Reutt., хлебная полосатая блоха Phyllotreta vittula Reutt.). Все эти олигофаги обитали до распашки на степных злаках (Т.Г. Григорьева, 1970). Резкое увеличение пищевых ресурсов и более высокая пищевая ценность культурной пшеницы, по сравнению с зернами диких злаков, явились причиной небывало массового размножения серой зерновой совки в первые годы освоения целины. По-видимому, в это время произошло " ускользание" этого вида из под пресса паразитов и хищников. Однако через 5-6 лет возделывания пшеницы на целинных землях возник новый уравновешенный комплекс насекомых. При этом значительно увеличилось число видов насекомых на полях, снизилась их общая численность и возросла роль энтомофагов.

В случае заселения целинных земель, лежащих поблизости от окультуренных (хлопчатник - Ю.И. Алексеев и др., 1976), происходит постепенное заселение новых посевов без вспышек массового размножения. В результате также формируется устойчивый комплекс насекомых.

Итак, на культурных растениях поселяются местные олигофаги и полифаги. Если же растение чуждо местной флоре и поблизости нет родственных ему видов, его фитофагами становятся только многоядные насекомые. Примерно так происходит заселение некоторых лесопосадок. Заметим, что переход насекомых на новые для них растения осуществляется во многих случаях очень постепенно, что, по-видимому, связано с выработкой новых пищевых рас (М.С. Гиляров, 195S).

Агротехнические мероприятия существенно сказываются на фауне насекомых. Так, снегозадержание явно улучшает перезимовку куколок озимой совки. При орошении исчезают степные ксерофилы но увеличивается численность шведской мухи, хлебных блох, злаковых цикадок. В результате севооборота заметно снижается численность ряда видов, но видовое разнообразие возрастает, так как каждая сельскохозяйственная культура оставляет свой след в энтомофауне (С.И. Медведев, 1959). Смена растений приводит к тому, что среди почвенных личинок, развивающихся более одного года, выживают практически только полифаги: проволочники, личинки чернотелок и пыльцеедов (М.С. Гиляров, 1945).

Монофаги же, такие как личинки жуков-усачей Dorcadion, развивающиеся два года, совсем не могут перенести смену культур.

Остановимся вкратце на понятии вредоносности. Весьма распространена наивная точка зрения, что любое насекомое, поедающее культурное растение, уменьшает урожай и наносит таким образом вред. Однако между растением и насекомым исторически установились сбалансированные взаимосвязи, позволяющие сохранять эти растения как источники корма (В. И. Танский, 1988). Пока уровень повреждения относительно низок, вся популяция растений и отдельные их особи способны компенсировать ущерб. Иногда повреждения стимулируют растение, приводя к его более мощному развитию. Вообще практически всегда растения формируют больше вегетативных и генеративных органов, чем это необходимо для оптимальной продуктивности. Так, у хлопчатника наблюдается естественный опад до 80% цветков и завязей. При искусственном повреждении цветов и завязей этот естественный опад резко уменьшается и общий урожай хлопчатника увеличивается.

Даже в том случае, если насекомое приводит растение к гибели, что типично для вредителей всходов и семян в почве, изреживание посевов компенсируется более мощным развитием сохранившихся растений. Например, при гибели 25% всходов свеклы от проволочников, общий урожай не снижается (С.Г.Бобинская и др., 1965). Сравнивая урожай растений, неповрежденных и поврежденных вредителем, можно определить коэффициент вредоносности:

я — b

K = 100%,

a

где а - масса урожая неповрежденных растений и b - масса урожая того же количества поврежденных растений.

Если слабые повреждения могут привести к увеличению урожая, то с дальнейшим ростом плотности популяции вредителя масштаб повреждений будет увеличиваться и начиная с определенного уровня плотности приведет к потере урожая (порог вредоносности). Но любые защитные мероприятия связаны с расходами, которые зависят не только от стоимости препаратов или агентов биологической защиты растений, включая их применение на поле, но должны отражать и ущерб, наносимый людям (например, повышение заболеваемости и оплату бюллетеней), загрязнение окружающих угодий, в том числе водоемов, в которых рыба погибает от химических препаратов, ухудшение структуры почвы, что приводит к дальнейшему снижению урожайности, а в ряде случаев, и снижение закупочных цен на продукт, содержащий остатки инсектицида.

Поэтому в нашей стране считается целесообразным применение химических средств только в том случае, если затраты на применение инсектицида будут не менее, чем троекратно, окупаться прибавкой урожая (В.И.Танский, 1988). Такой уровень потерь достигается если численность вредителя приближается к так называемому экономическому порогу вредоносности. Соотношение порога вредоносности и экономического порога вредоносности показано на рис. 42. Экономические пороги вредоносности определены для большинства основных сельскохозяйственных культур и многих вредных насекомых. Разработка этих порогов - большое достижение в защите растений, позволяющее уменьшить как затраты, так и загрязнение среды. Эти пороги могут меняться в зависимости от конкретной ситуации, прежде всего от фазы развития растения. Примеры подобных порогов для зерновых культур и клопа - вредной черепашки приведены в табл. 4.

Однако возможности работы в этом направлении еще далеко не исчерпаны по следующим причинам.

Во-первых, большое количество энтомофагов на поле делает обработку пестицидом бесполезной, а, точнее, вредной даже когда численность фитофага существенно превышает экономический порог.

Таблица 4

Экономические пороги вредности клопа вредной черепашки на пшенице (В.И.Танский,

1988) Стадия насекомого Фаза развития растений Экономический порог вредности Перезимовавшие

клопы отрастание - кущение (озимая пшеница) 1-2 клопа/м2 кущение (яровая пшеница) твердая пшеница; 0,3-1,1 клопа/м2

мягкая пшеница: 0,5-1,5 клопа/м2 Личинки цветение - начало налива зерна 5-10 личинок/м2 молочная спелость сильная и ценная пшеница:

1-2 личинка/м2 рядовая пшеница: 5-6 личинок/м 2 Следовательно, вместе с численностью фитофага необходимо определять и численность его основных энтомофагов (Н.В.Бондаренко, 1986).

Во-вторых, высокая плотность популяции фитофага часто приводит к развитию эпизоотии, снижающих его численность не хуже любого инсектицида. Следовательно, необходимо определять также и процент заболевших насекомых.

В-третьих, экономические пороги определены для каких-то "усредненных" растений данной сельскохозяйственной культуры и для усредненных метеоусловий. Очевидно, что способность растения самостоятельно компенсировать ущерб должна зависеть от сорта, сроков посева, геохимического состава почвы, внесения удобрении, поливов, а также погоды.

Рис.42. Зависимость урожая возделываемого растения от плотности популяции вредителя. 1 - порог вредоносности, 2 - экономический порог вредоносности (с учетом расходов на проведение защитных мероприятий и ущерба окружающей среде, включая возможное загрязнение продукта питания) (по В.И. Танскому, 1988)

Кроме того, эти условия могут влиять на популяцию насекомых или непосредственно, или косвенно - через изменения физиологического состояния растений. Поэтому даже для одной культуры и одного и того же вредителя в зависимости от условий кривые, показанные на рис.42, сохраняя ту же форму, пойдут совершенно по-разному (Л.Е.Славгородская- Курпиева, 1990)

Таким образом, определение экономических порогов вредоносности - это начало пути, который на базе объединения усилий энтомологов, физиологов растений, почвоведов приводит к созданию компьютерных моделей. Целью таких моделей является оптимизация сельскохозяйственного процесса для получения максимального урожая при наименьших затратах и минимальном загрязнении среды и продукта. Имея такую программу, в компьютер вводят информацию о состоянии растений и погоде. Компьютер же на экране монитора дает прогноз о будущем урожае и рекомендацию по агротехническим и защитным мероприятиям, которые желательно провести на данном поле и в данный момент времени.

Мы полагаем, что современная интегрированная защита растений, основанная на экономических порогах вредоносности, в ближайшие годы будет заменена экологической системой защиты растений. Эта система будет иметь профилактический характер и базироваться на динамичных порогах ускользания. Компьютерные модели экологической зашиты растений смогут рекомендовать растениеводу, как сохранить естественную устойчивость агроценоза и минимальными усилиями не допустить развитие вспышки массового размножения вредителей.