Последовательный переход к устойчивому развитию сельского хозяйства в целях обеспечения продовольственной безопасности и продовольственной независимости России, конкурентоспособности отечественной продукции на мировых рынках продовольствия, снижения технологических рисков в агропромышленном комплексе определен как главное направление научно-технологического развития Российской Федерации [1]. В решении вопросов повышения устойчивости аграрного производства важная роль принадлежит блоку защиты растений, что определяется значительной вредоносностью фитофагов, болезней и сорняков, ущерб от которых в отдельные годы достигает 25–30 % [2].
В литературе достаточно широко представлены результаты исследований по защите сельскохозяйственных культур от вредителей, болезней и сорняков в севооборотах в различных почвенно-климатических зонах России [3–5]. Вместе с тем недостаточно изучена роль научно обоснованных севооборотов с насыщением многолетними травами и с пропашными культурами в управлении фитосанитарной ситуацией агроценозов, в частности видовым составом и численностью энтомофауны. Особенно актуальна поставленная проблема в условиях орошения в аридной зоне Нижнего Поволжья, характеризующейся достаточно высокой обеспеченностью земельными, водными и тепловыми ресурсами, но недостаточным атмосферным увлажнением. Сосредоточение на юге России значительной площади орошаемых земель и стремление увеличить объем получаемой с них продукции повышает значимость блока защиты растений в условиях орошаемого земледелия, где на фоне более высокой урожайности использование средств защиты растений показывает более высокую экономическую эффективность.
Цель исследования заключается в поиске путей управления составом и структурой энтомокомплексов в орошаемых полевых севооборотах для формирования стабильных саморегулируемых энтомоценозов и, соответственно, снижения пестицидной нагрузки на агроценозы.
Материалы и методы исследования
Изучение видового состава, численности насекомых в целях управления энтомокомплексами в полевых орошаемых севооборотах проводилось нами в 1988–2017 гг. в ФГУП «Орошаемое» (Волгоград), являющемся экспериментальной базой Всероссийского НИИ орошаемого земледелия. Изучение полезных и вредных видов насекомых проводилось в севообороте с 50 %-ным насыщением многолетними травами (люцерна под покровом ячменя, люцерна, люцерна, кукуруза/зерно, кукуруза/силос, озимая пшеница + пожнивные) и в севообороте, включающем только пропашные культуры (горохово-подсолнечниковая смесь, кукуруза/зерно, соя, кукурузо-подсолнечниковая смесь, кукурузо-соевая смесь). Способ полива – дождевание, режимы орошения зерновых культур – предполивной порог влажности 70 % НВ, кормовых культур – 80 % НВ.
Для изучения видового состава и динамики численности энтомофауны фитояруса и герпетобия использовали соответственно метод кошения энтомологическим сачком и учетов почвенными ловушками по общепринятым и усовершенствованным методикам [6, 7]. Учеты проводили в течение вегетационного сезона (апрель – сентябрь) еженедельно.
Климат района исследований засушливый резко континентальный, продолжительность солнечного сияния здесь составляет 1800–2400 часов в год, период вегетации – 160–180 дней, сумма температур воздуха выше 5 °С – 3000–3900 °С. Переход к положительным среднемесячным температурам весной наблюдается в апреле-марте. Отрицательные среднемесячные температуры осенью устанавливаются в ноябре-декабре. Самым теплым в период исследований был июль (средняя температура + 23,9 °C, максимум – + 40,1 °, самым холодным – январь (средняя температура –9,6 °С). Абсолютный минимум температуры воздуха зимой составил –29,4 °С. За период вегетации в годы проведения исследований выпадало 176–200 мм. Колебания годовой их суммы составили от 250 до 320 мм. Почвы опытного участка светло-каштановые тяжелосуглинистые.
Результаты исследования и их обсуждение
При рассмотрении севооборотов с насыщением многолетними травами (50 %) и севооборотов с участием только пропашных культур установлено, что в них складываются неравноценные условия для обитания энтомофауны. В первую очередь среди факторов, оказывающих влияние на изменение состава и структуры энтомокомплексов, следует указать состав культур. В трофических цепях «растение – фитофаги – энтомофаги» растения, как первичное звено, становятся основой для формирования комплексов насекомых – консументов второго и третьего порядков. Причем пищевой фактор особенно важен для избирательно питающихся видов насекомых – моно- и олигофагов [8].
Кроме того, формирование энтомофауны в значительной степени зависит от фенологии культуры, а также от микроклимата, создающегося в агроценозах.
Наиболее благоприятные условия для обитания, развития и размножения насекомых складываются в севооборотах с наличием многолетних бобовых трав. В таких севооборотах создается широкий спектр условий для обитания видов с самыми разными экологическими предпочтениями. Вегетация многолетних культур в течение всего года позволяет насекомым проходить полный цикл развития на одном поле. Кроме того, на многолетних травах в сравнении с пропашными культурами минимально антропогенное воздействие, в первую очередь обработки почвы, отсутствие которых благоприятно сказывается на развитии фаз насекомых, связанных с почвой.
В результате создания в севооборотах с участием многолетних трав оптимальных условий для всех трофических групп насекомых (фитофагов, энтомофагов, паразитов и опылителей) формируются полидоминантные энтомокомплексы со значительным видовым разнообразием. Согласно нашим исследованиям, только в энтомоценозе люцерны зарегистрировано 254 вида насекомых, из которых 10–15 относятся к доминантам и субдоминантам, тогда как из 86 видов, отмеченных на пропашной культуре (кукурузе), в состав доминирующей группы входит 6–8 видов. Увеличение биоразнообразия энтомокомплексов на посевах многолетних трав в сравнении с посевами пропашных способствует созданию устойчивых энтомологических сообществ, в которых поддерживаются процессы саморегулирования, что способствует поддержанию экологической стабильности в агроценозах.
Анализируя динамику численности основных трофических групп насекомых (рис. 1), следует отметить, что обилие энтомофагов и паразитов в севообороте с 50 %-ным насыщением многолетними травами в 2,4–2,7 раза превышает численность полезной энтомофауны в севообороте с пропашными. Соотношение численности энтомофагов и фитофагов составляет здесь 1:4,7–1:6,7, как указано в работе А.Т. Демчук с соавторами [9], при таком соотношении возможна саморегуляция энтомокомплекса.
Рис. 1. Динамика численности основных трофических групп насекомых в орошаемых полевых севооборотах (ФГУП «Орошаемое», 1988–2017 гг.)
В севообороте с наличием только пропашных культур складывается особенно неблагоприятная фитосанитарная ситуация. Значительный антропогенный прессинг, заключающийся в постоянных интенсивных механических воздействиях с применением химических средств защиты растений, образование растительного покрова необходимого для создания оптимального для мезофильных энтомофагов микроклимата только в начале лета в момент активного накопления биомассы пропашными культурами и до завершения их вегетации приводят к формированию здесь монодоминантных энтомологических сообществ с низким видовым разнообразием. Результатом этого является нестабильность биоценоза. Энтомофаги и паразиты вынуждены мигрировать на посевы многолетних трав, поскольку в агроценозах пропашных для абсолютного большинства видов нет возможности полностью закончить цикл развития. Согласно многолетним наблюдениям, здесь зарегистрирована самая низкая численность полезной энтомофауны, не превышающая по всем годам исследований 58 экз/100 взмахов сачком в среднем за сезон. Вместе с тем, среднесезонное обилие видов, повреждающих сельскохозяйственные культуры, и, соответственно, их вредоносность в 1,3 раза выше.
Велика роль севооборотов с наличием многолетних трав в накоплении представителей одного из важнейших семейств напочвенной энтомофауны – жужелиц, доминирующих среди герпетобионтов [10]. Многолетние травы являются резерватами и стациями пережидания жужелиц, средняя численность которых за период наших наблюдений в 2,2–2,8 раза выше, чем в посевах ячменя, озимой пшеницы, картофеля и в 4,4 раза выше, чем на кукурузе (рис. 2).
Рис. 2. Трофическая структура комплексов жужелиц по культурам севооборота (среднее за 1988–2017 гг.)
Анализ трофической структуры комплексов жужелиц показывает, что на разных культурах севооборота зоофаги составляют от 26 до 52,0 %, вместе с тем виды со смешанным питанием (миксофитофаги) не наносят существенного вреда возделываемым культурам и также являются эффективными регуляторами численности фитофагов [11].
Как показано ранее, благоприятный микроклимат на посевах многолетних бобовых трав, формирующийся в напочвенном ярусе, фенологические особенности культуры и пониженный антропогенный прессинг ведут здесь к увеличению численности и видового разнообразия представителей жужелиц [10]. Пропашные культуры, вегетационный период которых длится только несколько месяцев весенне-летнего периода, создают значительно менее благоприятные условия для их обитания. Регулярные обработки почвы оказывают «катастрофическое» воздействие на обитателей напочвенного и почвенного ярусов полей пропашных культур и не позволяют большинству из них проходить здесь полный цикл своего развития. Это является основной причиной того, что в этих элементах агроландшафта жужелицы являются временными обитателями. Заселение жужелицами полей пропашных начинается с середины июня, при этом 90 % энтомокомплекса напочвенного яруса составляют мигранты из прилегающих местообитаний, а в его общей численности свыше 70 % принадлежит сверхдоминатному виду – жужелице волосистой (Harpalus (Pseudoophonus) rufipes Deg.).
Условия обитания жужелиц на полях с посевами озимых культур существенно более благоприятны для этой группы напочвенных энтомофагов, но нашими исследованиями показано, что к периоду уборки озимых и последующей обработки почвы (июль – начало августа) на этих полях наблюдается максимальная численность и активность личинок красотелов (Calosoma spp.), которые в значительной степени гибнут при проведении послеуборочной обработки почвы, особенно при лущении стерни.
Сравнивая роль различных элементов агроландшафта с точки зрения потенциальных источников миграций жужелиц на поля, обеспечивающих их высокую численность и видовое разнообразие в период вегетации выращиваемых культур, следует отметить, что прилегающие естественные биотопы и полезащитные лесополосы характеризуются значительно меньшим обилием этой группы энтомофагов в сравнении с полями, а учитывая незначительную площадь, занимаемую ими в агроландшафте, они не способны обеспечить миграцию на посевы существенного количества особей жужелиц. При этом массовыми здесь являются практически не встречающиеся на полях виды Carabus hungaricus F., Calathus distinguendus Chaud., Pterostichus niger Schall., Ophonus azureus F. и др. Они являются источниками редких видов, обеспечивая увеличение общего видового разнообразия на полях, а также служат местами зимовки (в первую очередь – лесополосы) и размножения ряда видов, но не способны обеспечить заметное увеличение их численности на посевах за счет миграций.
Наши исследования показывают, что важнейшим источником миграций жужелиц на поля пропашных, яровых и озимых культур в Нижнем Поволжье являются поля многолетних трав. Резкое возрастание видового разнообразия представителей этого семейства (с 37 до 57 видов) и их суммарной численности (на 60–170 %) на посадках картофеля, граничащих с люцерновыми полями в сравнении с удаленными, наглядно демонстрирует роль многолетних трав в орошаемых севооборотах на Нижней Волге. Результаты наших исследований подтверждаются материалами исследований, проведенными в агроландшафтах Краснодарского края Е.Е. Хомицким, А.С. Замотайловым и др. Авторы отмечают, что «основным направлением передвижения и резервации жужелиц являются агроценозы с люцерной» [12].
Заключение
Исследованиями установлено, что севооборот играет ведущую роль в стабилизации фитосанитарной ситуации в агроценозах сельскохозяйственных культур. Основными факторами, оказывающими влияние на изменение состава и структуры энтомокомплексов, являются состав культур, микроклимат, степень антропогенного воздействия на агроценозы.
Наличие в структуре севооборотов многолетних трав приводит к формированию полидоминантного энтомокомплекса, оптимизации соотношения численности фито- и энтомофагов в севообороте за счет активных миграций. В севооборотах с многолетними травами также повышается относительная численность и наблюдается оптимизация распределения хищников, обитающих в напочвенном ярусе агроценозов, среди которых доминируют представители семейства жужелиц (Carabidae).
Таким образом, в севооборотах с многолетними травами повышается стабильность энтомокомплексов агроценозов за счет поддержания процессов саморегулирования энтомоценозов. При этом численность фитофагов не превышает ЭПВ, что способствует сокращению пестицидной нагрузки на агроландшафты.