Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Биологические эффекты применения средств химической защиты

ВАК РФ 03.02.01, Ботаника

Автореферат диссертации по теме "Биологические эффекты применения средств химической защиты"

На правах рукописи

МРЯСОВА ЛУИЗА МИНИБУЛАТОВНА

БИОЛОГИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ ПРИМЕНЕНИЯ СРЕДСТВ ХИМИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ РАСТЕНИЙ (НА ПРИМЕРЕ ГЕРБИЦИДА ВИГОСУРОН)

Шифр и наименование специальности 03.02.01 - ботаника

21 НОЯ 2013

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Уфа-2013

005539335

005539335

Работа выполнена в ГБУ РБ «Научно-исследовательский технологический институт гербицидов и регуляторов роста растений с опытно-экспериментальным производством» АН РБ и на кафедре ботаники Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Башкирский государственный университет»

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор биологических наук, профессор Ишбирдин Айрат Римович

Круглова Наталья Николаевна доктор биологических наук, профессор, зав. лаб. экспериментальной эмбриологии растений Федерального государственного бюджетного учреждения науки Институт биологии Уфимского научного центра РАН

Барышникова Надежда Ивановна кандидат биологических наук, зав. каф. стандартизации, сертификации и технологии продуктов питания Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова

ГНУ Башкирский научно-исследовательский институт сельского хозяйства РАСН

Защита состоится «12» декабря 2013 г. в 14 ш часов на заседании диссертационного совета Д 212.013.11 в Башкирском государственном университете. Адрес: 450076, г. Уфа, ул. Заки Валиди, 32, биологический факультет, ауд. 332. Факс (347)2736778; e-mail: disbiobsu@mail.ru Официальный сайт университета http://www.bashnedu.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Башкирского государственного университета

Автореферат разослан » ноября 2013г.

Ученый секретарь Диссертационного совета

Шарипова Марина Юрьевна

Общая характеристика работы

Актуальность. Афофитоценозы являются крайне неустойчивыми экосистемами, неспособными к саморегуляции и требующими дополнительных вложений энергии для регулирования отношений между компонентами агроэкосистемы и оптимизации условий выращивания культуры в целях получения качественного и гарантированного урожая. В связи с этим появляется необходимость проведения комплексных исследований, направленных на изучение влияния различных факторов управления агроценозами на их формирование с целью установления оптимального сочетания вариантов интенсивных технологий выращивания сельскохозяйственных культур, обеспечивающих повышение продуктивности при сохранении качества продукции, ее экологической чистоты, а также ресурсосбережение.

Одним из важнейших путей повышения урожайности культурных растений является выбор и применение современных, экологически безопасных гербицидов с экологической и экономической оптимизацией нормы расхода. Всестороннее изучение воздействия средств химической защиты не только на сорные растения, но и на культуру, включающее познание стратегий развития и выживания видов возделываемых растений, должно помочь выбору химических препаратов и технологий их применения.

Преобладающий в настоящее время эколого-экономический подход оценки воздействия гербицидов на культуру (Спиридонов, 2009), предполагающий оценку влияния в основном на показатели структуры урожая и ее экологическую безопасность, оставляет вне внимания выявление реакций адаптивного характера на уровне целостного организма. Результаты исследований в этом направлении представляют интерес не только с точки зрения фундаментальной науки, но могут послужить теоретической основой для оценки устойчивости видов и сортов сельскохозяйственных растений к гербицидам, а также для разработки стратегий управления структурой урожая.

Цель исследований: выявить на примере гербицидов биологические эффекты применения средств химической защиты на уровнях воздействия на структуру агрофитоценоза и закономерностей морфогенетических реакций мягкой пшеницы (Тпйсит аехйуит Ь.).

Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:

Задачи исследования:

1. Оценить эффекты воздействия гербицида на сорные растения в зависимости от дозы и сроков применения;

2. Выявить влияние гербицидов и гербицидов в сочетании со стимуляторами роста на морфогенетические реакции пшеницы на разных этапах онтогенеза;

3. Оценить изменения уровня и структуры изменчивости

морфологических признаков и признаков структуры урожая пшеницы при воздействии средств химической защиты;

4. Выявить онтогенетические тактики в морфогенезе признаков и стратегию жизни мягкой пшеницы в различных возрастных состояниях на фоне воздействия гербицидов.

Научная новизна работы. Разработан, новый комбинированный препарат Вигосурон на основе сульфанилмочевины и дикамбы (патент РФ № 2296467), выявлена его гербицидная активность, научно обоснованы дозы применения гербицида. Выявлены направления адаптивных морфогенетических реакций мягкой пшеницы при применении гербицида и гербицида в сочетании со стимуляторами роста.

Практическая значимость работы.

Установленные закономерности морфогенетических реакций мягкой пшеницы, в том числе признаков структуры урожая, на применение гербицида и гербицида в сочетании со стимуляторами роста могут быть использованы при оценке устойчивости культур к гербицидам и в оптимизации сроков, способов и доз применения средств химической защиты растений. Результаты исследований могут быть использованы в учебном процессе при преподавании дисциплин ботанического и экологического циклов.

Апробация работы: Материалы по теме диссертации были изложены на следующих научных конференциях: Всероссийская научная INTERNET -конференция «Интеграция науки и высшего образования в области био- и органической химии и механики многофазных систем» (Уфа, 2003); первая специализированная выставка-ярмарка «Агрохимобслуживание» (Барнаул, 2004); шестая Международная научная конференция «Современные проблемы истории естествознания в области химии, химической технологии и нефтяного дела» (Уфа, 2005); Всероссийская научно-практическая конференция «Уралэкология» Природные ресурсы - 2005» (Уфа, 2005); республиканская студенческая научно-практическая конференция (Уфа, УГИС, 2005); Международная научно-практическая конференция «Экологическая безопасность и устойчивое развитие территорий» (Чебоксары, 2011); Всероссийская научно-техническая конференция «Инновационные технологии в области химии и биотехнологии» (Уфа, 2012); XIV Международная научно-техническая конференция «Наукоемкие химические технологии-2012» (Тула, 2012); I Международная Интернет-конференция «Современные тенденции в сельском хозяйстве» (Казань, 2012).

Публикации. По результатам диссертационной работы опубликовано 20 печатных работ (из них 7 в журналах, включенных, в список ВАК), получено 4 патента РФ на изобретение.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка использованной литературы, приложений. Работа

изложена на 116 страницах машинописного текста, содержит 16 таблиц, 30 рисунков. Список литературы включает 167 библиографических названий, из них 42 на иностранных языках.

Основное содержание диссертации Глава 1. Литературный обзор

В главе подробно рассматривается литературные данные о роли сорного компонента в агроценозах, необходимости и возможности борьбы с сорными растениями, причиняющими наибольший вред зерновым культурам (Хохлова и др.,1994; Захаренко, 1990; Ладонин, Алиев, 1991 и мн.др.). Кратко рассмотрены основные химические методы регулирования состава и структуры агроценоза (Чканников, Соколов, 1973; Чканников, Соколов, 1973; Спиридонов, 2009 и мн.др.), избирательность и механизмы воздействия гербицидов на сорные растения (Ионин, 1980; Голышин, 1991 и мн.др.). Обсуждаются вопросы воздействия гербицидов на культуру, на качество и структуру урожая, вопросы повышения адаптивности яровой пшеницы к стрессовому воздействию гербицидов, роль рострегуляторов в повышении устойчивости культуры к применению гербицидов (Груздев, 1975; Derksen, 1989; Hess, 1990; Grayson, 1990; Тютерев, 2000; Шевелуха, 1990 и мн.др.).

Глава 2. Объекты, материалы и методы исследований

Гербициды и стимуляторы роста. Для изучения воздействия гербицидов на компоненты агрофитоценоза нами был выбран гербицид Вигосурон (Патент № 2296467 РФ) который относится к комбинированным гербицидам избирательного действия. Испытаны гербициды в трех формах: водорастворимый порошка ВРП (700 г/кг), концентрат эмульсии КЭ (450 г/л ) и суспоэмульсионный концентрат CK (450 г/л), в качестве эталона использовали гербицид Дифезан.

Для исследования воздействия гербицида в комплексе с регуляторами роста (применяемые в практике как баковые смеси) были использованы: Изумруд - универсальный органо-минеральный удобрительный комплекс с повышенным содержанием азота; Гуми-М (Гуми) содержащий гумат натрия (до 90%), основные элементы питания N, Р, К и микроэлементы (Ca, Со, Mg, В, Мо, Mg); полисахарид арабиногалактан (составляет основу камедей покрытосеменных растений, например акации, а также голосеменных, особенно лиственницы).

Сегетальная растительность. Сегетальная растительность на опытных участках представлена сообществами союза Polygono-Chenopodion W.Koch 1926 em. Siss. 1946 класса Stellarietea mediae R. Tx., Lohmeyer et Preising in R.

Тх. 1950. Основными засорителями являются: Sonchiis arvensis L., Cirsium setosum fWilld.) Bess., Convolvulus arvensis L., Capsella bursa-pastoris L. Medic., Stachys palustris L., Amaranthns retroflexus L., Chenopodium album L., Lamium amplexicaule L., Galeopsis bifida L, Polygonum convolvulus L., Stellaria media (L) Cyr., Galium aparinae L., Fumaria officinalis L., Sinapis arvensis L., Raphanus raphanistrum L., Thlaspi arvense L., Erodium cicutarium (L.) L'Herit., Neslia paniculata (L.) Desv., Matricaria inodora L., Viola arvensis Murr., Stachys annua L., Crepis tectorum L..

Культура. Эксперименты проводили с мягкой пшеницей сорта Башкирская 26. Патентообладатель и оригинатор сорта - ГНУ Башкирский НИИСХ РАСЫ. Сорт рекомендован для выращивания в лесостепной, горнолесной зонах Республики Башкортостан.

Материалы и методы исследований

Методы испытания на гербицидную активность. Определение общей гербицидной активности химических соединений оценивали при применении в фазе проростков (опыты в чашках Петри и на рулонах) и кущения (вегетационные опыты). Для лабораторных испытаний была использована методика первичных испытаний в лабораторных условиях (Методические рекомендации по испытанию препаратов, 1989), предложенная Всероссийским научно-исследовательским институтом химических средств защиты растений (ВНИИХСЗР).

В чашках Петри применялась следующая схема опыта по испытанию воздействия гербицида и стимуляторов роста: Вигосурон 1, 30, 100 мг/л, Гуми 1, 30, 100 мг/л, Изумруд 1, 30, 100 мг/л, Вигосурон + Гуми 1+1 мг/л, 30+30 мг/л, 100+100 мг/л, Вигосурон + Изумруд 1+1 мг/л, 30+30 мг/л, 100+100 мг/л.

Рулонный метод применялась схема опыта: контроль, Вигосурон 50 мг/л, Вигосурон + Г уми 50 + 500 мг/л, Вигосурон + Изумруд 50 + 500 мг/л, Вигосурон + Изумруд 50 + 500 мг/л.

В вегетационном методе испытывали: контроль, Вигосурон 20, 40, 60 мг/л, Вигосурон + арабиногалактан 20+500, 40+500, 60+500 мг/л., Вигосурон + Гуми , 20+500,40+500,60+500 мг/л.

Эффективность препаратов определяли путем измерения размерных и весовых показателей проростков. Измеряли длину корней и проростков, длину и ширину листовых пластинок, массу корней и надземной части проростка. Степень угнетения роста растений (в %) по каждой дозе находили по среднему значению измеряемых параметров относительно контроля по формуле (на примере длины проростка):

* = —-100,%, L

х~% подавления роста по длине;

/ - средняя длина (мм) в опытном варианте; £ - средняя длина (мм) в контроле.

Исследования в полевых условиях проводили в период с 2007 по 2012 гг. в производственных посевах яровой пшеницы. Мелкоделяночные полевые опыты с гербицидами проводили в соответствии с «Методическими указаниями по полевому испытанию гербицидов в растениеводстве» (1981). Внесение гербицидов осуществляли в фазу кущения и трубкования. Схема опыта № 1: контроль, Вигосурон (КЭ) - 0,15., 0,18 л/га, Вигосурон (ВРП) 0,08., 0,11 л/га, Вигосурон КС - 0,13., 0,16 л/га, Дифезан (ВР) - 0,18., 0,20 л/га. Схема опыта № 2: контроль, Вигосурон (КЭ) + арабиногалактан - 0,1+0,5., 0,15+0,5 л/га, Вигосурон (КЭ) + Гуми - 0,1+0,5., 0,15+0,5 л/га, Вигосурон (КЭ) -0,1., 0,15 л/га.

Схема опыта № 3: контроль, Вигосурон (КЭ) - 0,1., 0,15., 0,4., 0,6., 0,8 л/га.

Эффективность определяли по отношению к необработанному контролю по формуле:

Э = (К-В)/К*100,

где: Э - эффективность действия гербицида, %, К - количество или масса сорняков в контроле, экз./м2 или г/м', В - количество или масса сорняков в варианте с гербицидом, экз./м или г/м.

Урожайность определяли по формуле: В б„ол = Г * М * 10000/100000 где: В биол - биологический урожай, ц/га; Г - густота продуктивного стеблестоя, шт/м2; М - масса зерен с одного колоса, г ; 10 000 - коэффициент перерасчета с 1 м2 на 1 га; 100 000 - коэффициент перевода с г/га в ц/га.

Морфометрические методы. В каждом варианте опыта отбирали по 30 модельных растений, у которых исследовали морфологические признаки. При изучении проростков мягкой пшеницы в фазе всходов (лабораторный опыт) учитывались длина и масса проростка. При изучении растений рулонным и вегетационным методами были учтены 4 признака: длина листа, ширина листа, масса корней, масса растения.

В полевых исследованиях учитывались 20 морфологических признаков: высота растения, длина первого-четвертого междоузлия (номера междоузлия идут от узла кущения), относительная длина конечного междоузлия (длина конечного междоузлия/длину растения), длина влагалища первой-четвертой листовой пластинки, ширина первой-четвертой листовой пластинки, длина первой-четвертой листовой пластинки, длина колоса, число колосков, масса зерен в колосе, число зерен, средняя масса зерновки.

При исследованиях за счетную единицу была принята особь в разных онтогенетических состояниях.

Оценка структуры изменчивости морфологических признаков.

Структура морфологической изменчивости как соотношение показателей общей и согласованной изменчивости изучалась в соответствии с методикой Н.С. Ростовой (2002). В качестве показателя общей изменчивости использовали коэффициент вариации (CV, %), как показатель согласованной изменчивости рассматривали средний коэффициент детерминации признаков (R2ch)-

Определение онтогенетических тактик. Онтогенетические тактики оценивали по характеру изменения коэффициента вариации (CV) на градиенте ухудшения условий роста (Злобин,1989; Ишбирдин, Ишмуратова, 2004).

Онтогенетическая стратегия. Определение онтогенетической стратегии вида производилось по характеру изменения морфологической целостности растений, оцениваемой по коэффициенту детерминации признаков (как среднего значения квадратов коэффициентов попарной корреляции всех признаков — Ргт) на экоклине, устанавливаемому по виталитету растений в вариантах опыта.

Оценка виталитета (жизненности) растений в выборках. Виталитет растений определялся по формуле (Ишбирдин, Ишмуратова, 2004 а,б):

I xjY~t

JVC = -

N

_ где X; - среднее значение i - того признака в ценопопуляциях,

X; - среднее значение i - того признака для всех ценопопуляций, N - число признаков. Для признаков, ' показавших тенденцию к увеличению с повышением неблагоприятности условий роста, рассчитывалось обратное отношение: (X, / Xj).

Статистические методы. Статистическую обработку данных производили в соответствии с общепринятыми методами (Плохинский, 1970; Зайцев, 1991), с использованием пакета программ STATISTIC А и EXCELL. Для каждого среднего арифметического значения определяли ошибку (М±т), среднее квадратичное отклонение (s), коэффициент вариации (CV) уровни варьирования признаков приняты по Г.Н.Зайцеву (1973): СУ>20%-высокий, CV=11 -20%-средшш, СУ<10%-низкий. Для оценки взаимосвязи морфологических признаков между собой был использован корреляционный анализ. Расчет достоверности различий средних в выборках осуществлялся по t - критерию Стьюдента. Статистическую значимость и силу влияния фактора рассчитывали с применением однофакторного и многофакторного дисперсионного анализа.

Глава 3. Воздействие комбинированных гербицидов на сорную растительность

Эффекты воздействия на засоренность. Результаты исследования различных препаративных форм гербицида показали, что рецептура Вигоеурона ВРП с содержанием 700 г/л действующего вещества и рецептура Вигосурона КЭ с содержанием 450 г/л действующего вещества обладают наиболее высокой гербицидной активностью в отношении к многолетним и малолетним двудольным сорнякам. Варианты показали гербицидную активность на уровне эталона (Дифезан). Вигосурон в виде КС показал чуть более низкую эффективность. Установлены оптимальные нормы расхода препарата Вигосурон - 0,17 и 0,20 л/га с дозами, соответственно, по ДВ - 76,5 г/га (дикамба - 71,74 г/га, хлорсульфурон - 4,76 г/га) и 90,0 г/га (дикамба - 84,4 г/га, хлорсульфурон - 5,6 г/га).

Эффекты воздействия на отдельные виды сорных растений. Наибольший эффект в подавлении сорных растений достигнут при применении Вигосурона КЭ. Назависимо от вида и препаративной формы наиболее чувствительными были Fumaria officinalis, Chenopodium album, Galeopsis tetrahit, Raphanus raphanistrum, Amaranthus retroflexus.

Оценка эффективности сроков и доз применения гербицида показала, что статистически значимыми (двухфакторный дисперсионный анализ) являются влияние сроков применения гербицидов и взаимодействие факторов. Эффективным является применение гербицида в дозе 0,18 л/га в фазу кущения: наблюдается снижение более чем в два раза биомассы сорняков по сравнению с вариантом 0,15 л/га и в пять раз по сравнению с вариантами применения гербицида в дозе 0,18 л/га в фазу трубкования.

Влияние применения гербицидов на урожайность. Результаты учета урожайности показывают высокую избирательность гербицидных составов к культуре яровой пшеницы. Во всех вариантах с применением гербицида Вигосурон КЭ, были получены прибавки урожая зерна от 7,9% до 14% по сравнение с контролем без применения гербицидов. Визуальные наблюдения за ростом и развитием проведенные в период вегетации культуры показали, что растения культуры не испытывали видимого (хлороз, скручивание листьев, подавление роста) отрицательного действия со стороны испытываемых препаратов.

Баковые смеси Вигосурон + Гуми и Вигосурон + арабиногалактан в дозе применения 0,15 л/га понизили урожайность пшеницы, у Вигосурона без добавок в обеих дозах применения наблюдалась прибавка урожая.

Глава 4. Влияние гербицидов и стимуляторов роста на ТгШсит аеайучап в лабораторных условиях

Результаты экспериментов в чашечной культуре

Фитотоксичность. В лабораторных исследованиях было установлено, что в опытах с концентрациями 1 мг/л и 30 мг/л добавки рострегуляторов' приводили к увеличению длины и массы проростков. В вариантах опыта с концентрацией 100 мг/л ингибирующий эффект проявлялся меньше, по сравнению с вариантами, где использовался только гербицид. У яровой пшеницы наблюдали прямую положительную зависимость изменения длины проростка от концентрации гербицида, и наибольшее токсическое действие оказала концентрация 100 мг/л (длина проростка в 6 раз ниже, чем в контроле). При исследовании действия препарата на массу проростка пшеницы выявлено наиболее выраженное снижение массы по сравнению с контролем, при концентрации 100 мг/л - в 4,7 раза. При исследовании роста и массы проростка в вариантах с концентрацией 1 мг/л наблюдали уменьшение длины при увеличение массы проростка. В вариантах опыта Вигосурон + Изумруд в дозе 30 и 100 мг/л параметры массы и длины семян были выше, чем в опытах только с Вигосуроном, добавка Изумруда снижала токсическое действие гербицида прогрессирующее с возрастанием дозы гербицида.

Применение Гуми в комплексе с гербицидом при концентрации раствора 30 мг/л и 100 мг/л также уменьшало фитотоксичность гербицида.

Показано, что увеличение концентраций (30 и 100 мг/л) Вигосурона, вызывало статистически значимое (дисперсионный анализ) увеличение подавление роста и массы растений яровой пшеницы. При применении этих же доз (30 мг/л и 100 мг/л) Гуми оказывает наибольшее снижение фитоксичности.

Установлено, что при применении гербицидов в смеси с рострегуляторами при повышенных дозах гербицида происходит статистически значимое (критерий Стьюдента) уменьшение оцениваемого по ингибированию длины проростка токсического воздействия на проростки яровой пшеницы. В минимальных дозах гербицида (1мг/л) добавка Изумруда (1мг/л) значимо увеличивает токсический эффект применения гербицида (1=4,43), а добавление Гуми (1мг/л) не вызвало значимых эффектов (1=1,24). Причем эффект от применения Гуми, по сравнению с Вигосуроном, выше и статистически значимо только при дозах гербицида 1 мг/л и 100 мг/л (1=3,16; 1=3,60).

Морфогенетические реакции. Действие гербицида на проростки пшеницы выразилось общим снижением показателей роста и массы растений. При этом минимальная доза (1 мг/л) незначительно снижала длину проростков, а также проявлялась тенденция увеличения веса проростков. Эта закономерность сохранялась и при сочетании гербицида со стимуляторами роста. В сочетании гербицида с Гуми (1 мг/л) незначительно усиливалась тенденция увеличения массы проростков.

Испытания стимуляторов в чистом виде показали неоднозначное их влияние на показатели проростков пшеницы. Наблюдался противоположный эффект проявления изучаемых показателей при применении Гуми и Изумруд.

Отмечена высокая (статистически не значимая) отрицательная корреляция между массой и длиной проростков (Я= - 0,63) в вариантах с Гуми.

Результаты экспериментов в рулонах

Фитотоксичность. Было установлено, что практически все варианты с применением гербицидов снижали длину листовой пластинки пшеницы примерно в 2 раза по сравнению с контролем. Влияние всех исследуемых вариантов было статистически значимо.

Анализ фитотоксического влияния гербицида и гербицида в сочетании со стимуляторами роста на ширину листовой пластинки показал, что все исследуемые препараты проявили ингибирующий эффект по сравнению с контролем. Вариант опыта Вигосурон + арабиногалактан имел максимальный эффект подавления ширины листовой пластинки.

При исследовании действия препаратов на массу растений пшеницы выявлено, что минимальная фитотоксичность проявилась в варианте Вигосурон + Изумруд, наиболее выраженное снижение веса по сравнению с контролем иаблюдали в варианте гербицид + Гуми.

При исследовании влияния препаратов на массу корней наблюдали увеличение массы корней почти во всех исследуемых вариантах, при сочетании Вигосурон + Изумруд, незначительно уменьшалась масса корней.

Статистическая оценка различий средних показателей признаков в парах вариантов опыта показала, что применение гербицида и гербицида с добавками регуляторов роста в сравнении с контролем всегда значимо влияют на параметры листа (длина, ширина листовой пластинки). Влияние на показатели веса корней и отношение массы надземной и подземной части статистически не значимо.

Морфогенетнческне реакции. Применение гербицида и в чистом виде, и в сочетании со стимуляторами роста снижает виталитет растений и повышает уровень морфологической интеграции, что можно рассматривать как проявление защитной реакции растений.

Использование Вигосурона в сочетании с препаратами Гуми и Изумруд снижают виталитет больше, чем в варианте с чистым гербицидом. Вероятно, что усиление при этом защитной реакции (морфологической интеграции) происходит за счет энергии, перераспределяемой на адаптивные реакции в ущерб вегетативному росту. Таким образом, для пшеницы сорта Башкирская 26 в условиях стрессирующего воздействия гербицидов в фазе всходов выявлена защитная онтогенетическая стратегия (рис. 1).

у =0.285-0,12'х

0,18 » ' 5

\ о ...... ' '

0,17

0,16 3

0,15 1

0,14 0

0,9 1,0 1,1 1,2

Рис. 1. Зависимость уровня морфологической интеграции растений пшеницы в фазе всходов от виталитета особей и доз применяемых препаратов

Примечание: по оси абсцисс - индекс виталитета растений в выборке, по оси ординат показатель морфологической интеграции растений (Я2т)

Варианты: 1- контроль (без обработки), 2 - Вигосурон, 3 - Вигосурон + арабиногалактан, 4 -Вигосурон + Изумруд, 5 - Вигосурон +Гуми.

Результаты вегетационных опытов

Фитотоксичность. Было установлено, что в опытах с Вигосуроном (20, 40 и 60 мг/л) действие гербицида статистически значимо приводило к увеличению длины листовой пластинки. Добавление арабиногалактана проявило минимальный ингибирующий эффект на растения в дозе 40+500 мг/л, а максимальный в дозе 60+500 мг/л. В вариантах с Гуми наименьшее фитотоксическое действие отмечено в варианте 20+500 мг/л.

Фитотоксическое влияние всех препаратов на ширину листовой пластинки оказалось статистически не значимым.

При исследовании влияния препаратов на вес корней наблюдали статистически значимое снижение массы корней практически во всех исследуемых вариантах. Максимальное снижение отмечено в вариантах Вигосурон 60 мг/л, Вигосурон + арабиногалактан (40+500 мг/л) (подавление массы корней в два раза). В варианте Вигосурон + Гуми (20+500 мг/л) показано наименьшее в сравнении с другими вариантами токсическое действие, на корневую систему растений пшеницы.

При исследовании фитотоксичности препаратов по влиянию на массу растений пшеницы вариант Вигосурон + арабиногалактан (40+500 мг/л) проявил максимальную фитотоксичность (1=8,5), а концентрация Вигосурон + Гуми (20+500 мг/) минимальную фитотоксичность (1=4,0).

Морфогенетические реакции. Отмечено, что применение гербицида в целом снижает жизненность растений. Положительный эффект в поддержании жизненности был получен в вариантах с Гуми (в варианте Вигосурон + Гуми (20+500 мг/л) жизненность даже выше, чем в контроле). Вигосурон + арабиногалактан в вариантах (20+500, 40+500 мг/л) повышал показатель морфологической целостности растений. Наибольший защитный эффект проявился к варианте Вигосурон + арабиногалактан (20+500 мг/л). Таким

образом, установлено, что Гуми «работает» на повышение или поддержание жизненности, а арабиногалактан на усиление защитных морфогенетических реакций. В фазе кущения отмечена защитно-стрессовая онтогенетическая стратегия.

Рис. 2. Зависимость уровня морфологической интеграции растений мягкой пшеницы в фазе кущения от виталитета (Р/С) растений и доз

применяемых препаратов

Примечание 1: по оси абсцисс - средний вес растений в вариантах опыта (мг), по оси ординат уровень морфологической интеграции №'„). Варианты: 1- Вигосурон - 20 мг/л, 2 - Вигосурон - 40 мг/л, 3 - Вигосурон - 60 мг/л, 4 - Вигосурон + арабиногалактан - 20+500 мг/л, 5 - Вигосурон + арабиногалактан - 40+500 мг/л, 6 - Вигосурон + арабиногалактан - 60+500 мг/л,7 - Вигосурон + Гуми - 20+500 мг/,8 -Вигосурон + Гуми - 40+500 мг/л, 9 - Вигосурон + Гуми - 60+500 мг/л, 10 - контроль (без обработки)

Глава 5. Морфогенетические реакции в полевых экспериментах

Общая изменчивость и структура морфологической изменчивости.

Исследования вариабельности признаков морфологической структуры показали, что признаки имеют изменчивость от низкой до высокой. Наименее изменчивым показал себя признак «высота растения». Относительно низкую изменчивость (СУ<10) имеют также такие признаки, как «длина четвертого междоузлия», «длина третьего междоузлия», «длина третьей листовой пластинки», «длина колоса». Высокую изменчивость (СУ>20) имеют

признаки «длина первого междоузлия», «длина влагалища первого листа», «масса зерен в колосе». Большинство признаков имеют среднюю изменчивость (СУ=11-20).

В структуре морфологической изменчивости растений в контроле выделены следующие индикаторные признаки:

Генетические индикаторы - «высота растения», «длина второго междоузлия», «длина четвертого междоузлия», «относительная длина конечного междоузлия», «ширина листовой пластинки первого листа», «длина листовой пластинки первого листа», «длина листовой пластинки второго

0,22-

0.10

' 0.ЭО 0,92 0,94 0,96 0,98 1,00 1,02 1 ЛИ 1,06 1,03 1,10 1,12 1.14

листа», «длина листовой пластинки третьего листа», «длина листовой пластинки четвертого листа», «масса зерновки».

Биологические - «длина третьего междоузлия», «длина влагалища третьего листа», «длина влагалища четвертого листа», «длина колоса», «число колосков», «количество зерен».

Экологические - «длина первого междоузлия», «длина влагалища первого листа».

Системный индикатор - «масса зерен в колосе».

При сильном стрессе (наиболее выражен в варианте арабиногалактан + Вигосурон 0,15 л/га) меняется индикаторная роль признаков. Признак «масса зерен в колосе» смещается в поле биологических индикаторов. Сохраняется набор экологических индикаторов. «Длина первого междоузлия» и «длина влагалища первого листа» становятся системными индикаторами. Как биологические индикаторы проявляют себя «длина четвертого междоузлия», «относительная длина конечного междоузлия», «ширина листовой пластинки первого листа», «масса зерен в колосе», «количество зерен». В целом, сравнение структур морфологической изменчивости в контроле и условиях стресса показывает, что при стрессе снижается уровень морфологической интеграции (Ягси) всех признаков: в контроле от 0,06 до 0,26, в варианте арабиногалактан + вигосурон 0,15 л/га от 0,02 до 0,11.

Онтогенетические тактики формирования признаков морфологической структуры.

Конвергентную тактику (уровень варьирования падает) проявили такие признаки как «длина второго междоузлия», «длина четвертого междоузлия», «масса зерновки». Средние значения признака при этом также снижаются.

Рис. 3. Зависимость средних значений (ш) и вариабельности (СУ) признака «длина четвертого междоузлия» (конечное междоузлие) яровой

пшеницы от виталитета (1УС) растений

Примечание: по оси ординат слева - средние значения признака, справа (пунктирная линия) -коэффициент вариабельности (СУ) признака; по оси абсцисс - индекс виталитета (Р/С).

Дивергентную тактику (уровень варьирования возрастает) проявили

такие признаки, как «ширина листовой пластинки первого листа», «число колосков». Причем с усилением стресса увеличиваются средние показатели этих признаков. Дивергентно-конвергентную тактику проявили признаки «длина влагалища третьего листа», «длина листовой пластинки третьего листа», «длина влагалища четвертого листа», «длина колоса». Конвергентно-дивергентную онтогенетическую тактику проявил признак «масса зерен в колосе». Средние значения этого признака проявили противоположную тенденцию (масса семян возрастает, а затем снижается) в своих изменениях на градиенте усиления стресса.

Стратегия жизни мягкой пшеницы. Анализ характера изменения морфологической интеграции ТгШсит ае.чйуит генеративного состояния на экологическом градиенте по результатам опытов 2011 и 2012 гг. позволил нам установить, что с усилением стресса происходит ослабление морфологической интеграции - проявляется стрессовая компонента в стратегии выживания.

Рис. 4. Зависимость морфологической интеграции яровой пшеницы от виталигета (1УС) растений в 2012 году. По оси ординат - коэффициент детерминации (Я2т), по оси абсцисс - индекс виталигета (IV С)

Варианты опыта: к - контроль, 0,1 - Вигосурон 0,1 л/га, 0,15 - Вигосурон 0,15 л/га., 0,1АС-Вигосурон 0,1 л/га + арабиногалактан 0,5 л/га., ОД5АО - Вигосурон 0,15 л/га + арабиногалактан 0,5 л/га, 0,Ю-Вигосурон 0,1 л/га+ Гуми0,5 л/га, 0,150-Вигосурон 0,15 л/га + Гуми 0,5 л/га.

Анализ изменения морфологической целостности растений отдельно на уровнях вегетативной и генеративной сфер показал, что при применении малых доз гербицида (в чистом виде и в сочетании со стимуляторами роста) в вегетативной сфере происходит снижение уровня жизненности, однако морфологическая целостность значимо не меняется. И только увеличение доз гербицидов вызывает стрессовую реакцию, которая проявляется в снижении

уровня морфологической интеграции.

В генеративной сфере проявляются иные закономерности. Даже низкие дозы гербицида вызывают не только снижение показателей жизненности, но и уровня морфологической целостности растений на уровне интеграции признаков генеративной сферы. Показательно, что применение Гуми приводит к меньшему снижению показателей жизненности, однако при этом снижается и уровень морфологической целостности на уровне генеративной сферы.

Применение больших доз гербицида в сочетании с арабиногалактаном, вызывает у растений сильный стресс, проявляющийся как в формировании вегетативной, так и генеративной сфер.

Как проявление стратегии, характерной для однолетних растений, выявлена зависимость между средней массой зерновки и морфологической интеграцией растения. Снижение морфологической интеграции приводит к увеличению массы зерновки и наоборот. Усиление морфологической интеграции мы рассматриваем как адаптивную реакцию, таким образом, затрата энергии на защиту идет в ущерб формированию зерна.

Рис. 5. Зависимость средней массы зерновки (левая ось, пунктирная линия) и уровня морфологической интеграции растений (общая детерминация признаков, Я^гп - правая ось, сплошная линия), от доз применяемого гербицида Вигосурон, 2011 год

По оси абсцисс - доза (л/га) гербицида Вигосурон.

Выводы

1. Гербицид Вигосурон показал высокую биологическую эффективность в защите зерновых культур от устойчивых к 2,4-Д двудольнь£х однолетних, а также многолетних корнеотпрысковых сорняков. Наиболее высокой

эффективности достигла препаративная форма Вигосурон КЭ: гибель многолетних двудольных растений составляла в среднем 70 %, однолетних двудольных - 94 %. Наилучший эффект достигается при обработке в фазу кущения в дозе 0,18 л/га.

2. Установлено, что при высоких дозах гербицидов рострегуляторы статистически значимо снижают токсическое воздействие на длину и массу проростков яровой пшеницы. Наибольший токсический эффект на длину и массу проростков в чашках Петри проявил гербицид в дозе 100 мг/л, добавка Гуми при дозах гербицида 30 и 100 мг/л статистически значимо снизила фитотоксичность.

3. Применение в фазе всходов (рулонный метод) гербицида, как в чистом виде, так и в сочетании с регуляторами роста снижает виталитет растений и повышает уровень морфологической интеграции, что можно рассматривать как проявление защитной реакции растений. Среди испытанных регуляторов роста только Гуми оказал смягчающее действие, выразившееся в меньшем снижении виталитета растений и меньшей выраженности защитной стратегии.

4. По результатам вегетационных опытов максимальную токсичность к культуре оказал вариант Вигосурон и Вигосурон + арабиногалактан. Фитотоксичность максимально проявилась на показателях массы корней и общей массы растений. Все исследуемые концентрации Вигосурон + Гуми оказались менее токсичными к растениям пшеницы.

5. Применение гербицидов в фазе кущения вызывает в целом снижение виталитета растений. Применение Гуми в сочетании с низкими дозами гербицида и применение арабиногалактана при всех испытанных дозах вызывает защитную реакцию, которая выражается в усилении морфологической целостности растений пшеницы. Наибольший защитный эффект достигается в сочетании арабиногалактана с низкими дозами гербицида.

6. В структуре морфологической изменчивости пшеницы в фазе восковой спелости определяющим состояние растений системным индикатором является признак «масса зерен в колосе», имеющий наибольший показатель детерминации с другими признаками и относительно высокие показатели общей изменчивости. В условиях стресса колебания общей изменчивости не значительны, исключение составляет признак «ширина листовой пластинки первого листа», который сильно (примерно в 4 раза) снижает общую изменчивость. Сильный стресс вызывает снижение в 2-6

раз уровня детерминации признаков морфологической структуры.

7. В формировании признаков морфологической структуры проявляются конвергентные («длина второго междоузлия», «длина четвертого междоузлия», «масса зерновки»), дивергентные («ширина листовой пластинки первого листа», «число колосков»), конвергентно-дивергентные («масса зерен в колосе»), дивергентно-конвергентные («длина влагалища третьего листа», «длина листовой пластинки третьего листа», «длина влагалища четвертого листа», «длина колоса», «относительная длина конечного междоузлия») тактики. У мягкой пшеницы сорта Башкирская 26 в полевых опытах проявляется стрессовая онтогенетическая стратегия, проявляющаяся в снижении морфологической целостности растений при нарастании стрессирующего воздействия гербицидов.

8. При умеренном стрессе, вызываемом применением гербицидов, увеличение такого показателя структуры урожая как масса зерновки происходит за счет перераспределения энергии в ущерб поддержанию морфологической целостности растений.

Список опубликованных работ и патентов на изобретения по теме диссертации Публикации в научных журналах, рекомендованных ВАК РФ

1. Мрясова Л.М., Галиахметов Р.Н., Кузнецов В.М. Снижение экологической нагрузки путем комбинирования действующих веществ при применении гербицидов на основе 2,4-Д // Башкирский химический журнал. - 2009. - Т.16, №1. - С. 103-105.

2. Мрясова JI.M., Галиахметов Р.Н. Фитотоксичность препарата Вигосурон против сорной растительности в посевах пшеницы // Башкирский химический журнал. — 2010. - №1. - С. 66.

3. Кузнецов В.М., Соломинова Т.С., Мрясова Л.М., Ахметшина Р.М. Влияние типа и концентрации ПАВ на физико-химические свойства эмульсий гербицидно-препаративной формы // Башкирский химический журнал. - 2010. - Т.17, № 2. - С. 169-172.

4. Кузнецов В.М., Соломинова Т.С., Мрясова JI.M., Ахметшина P.M., Ишбирдин Р.М. Определение синергистического эффекта ПАВ на основе показателя периода полураспада гербицидной эмульсии // Башкирский химический журнал. - 2010. - Т.17, № 5. - С.76-78.

5. Мрясова JI.M., Галиахметов Р.Н. Динамика сорных растений в

агрофитоценозе яровой пшеницы // Защита и карантин растений. -2011. -№6. - С.ЗО.

6. В. М. Кузнецов, К. Р. Хуснитдинов, Л. М. Мрясова, А. М. Колбин, Р. Н. Хуснитдинов, И. Б. Абдрахманов, А. Г. Мустафин. Исследование гербицидной активности новых гидроксипропильных производных хлорфенолов // Башкирский химический журнал. - 2013. - Т.20, № 2. -С.110-114.

7. К. Р. Хуснитдинов, В.М. Кузнецов, JI. М. Мрясова, В. М. Крутьков, А. Г. Мустафин, Р. Н. Хуснитдинов, А. М. Колбин, И. Б. Абдрахманов. Синтез и исследование гербицидной активности новых дигидроксипентильных производных хлорфенолов // Вестник Башкирского университета. -2012. Т. 17, №4. -С.1735-1738.

Прочие публикации

8. Русинова Н.И., Мрясова JI.M., Мухаметов С.М., Кузнецов В.М., Давыдов A.M. Начальный этап разработки гербицидных препаративных форм. Материалы шестой Международной научной конференции «Современные проблемы истории естествознания в области химии, химической технологии и нефтяного дела». Уфа, 2005.

9. Кузнецов В.М., Мрясова Л.М., Соломинова Т.С., АхметшинаР.М. Определение параметров адсорбционного слоя поверхностно-активных веществ в гербицидных дисперсных системах. Материалы ХХП Международной научно-технической конференции. Реактив - 2009 г. Уфа: изд-во «Реактив»; 2009 г. - С.151-152.

10. Мрясова Л.М., Галиахметов Р.Н. Гербициды против корнеотпрысковых сорняков в посевах зерновых культур Материалы Всероссийской научной конференции «Актуальные проблемы химии. Теория и практика», г. Уфа, Баш.гос.ун-т 2010.

11. Мрясова Л.М., Кузнецов В.М. Снижение токсической нагрузки при применении гербицидов. Материалы Всероссийской научной конференции «Актуальные проблемы химии. Теория и практика», г. Уфа, Баш.гос.ун-т 2010.

12. Кузнецов В.М., Мрясова Л.М. Определение синергистического эффекта поверхностно-активных веществ в гербицидных дисперсных системах. Материалы Всероссийской научной конференции «Актуальные проблемы химии. Теория и практика», г. Уфа, Баш.гос.ун-т 2010.

13. Мрясова Л.М., Галиахметов Р.Н. Особенности агрофитоценозов сорной

растительности в Республике Башкортостан и способы борьбы с ними. Материалы I Международной научно-практической конференции: сборник научных статей 2Экологическая безопасность и устойчивое развитие территорий», г.Чебоксары, 2011.

14. Кузнецов В.М., Мрясова Л.М., Давлетов Р.Д. Применение различных масел адьювантов - продуктов нефтехимии в гербицидных препаративных формах. Материалы XXV Международной научно-технической конференции «Химические реактивы. Реагенты и процессы малотоннажной химии», г.Уфа «Реактив», 2011.

15. Мрясова Л.М. Способы уменьшения экологической депрессии у растений. Сборник научных трудов Международной научно-технической конференции «Радиоэкология, новые технологии обеспечения научно-технической конференции», г.Уфа, УГНТУ, 2012.

16. Мрясова Л.М., Исанбирдина Г.М. Комплексная защита посевов яровой пшеницы. Сборник научных трудов Всероссийской научно-технической конференции «Инновационные технологии в области химии и биотехнологии». УФА, УГНТУ, 2012.

17. Мрясова Л.М. Суфиева Э.А. Реакции растений пшеницы сорта Башкирская 26 на применение гербицида в сочетании со стимуляторами роста. Сборник трудов I Международной Интернет-конференции «Современные тенденции в сельском хозяйстве», г. Казань, 2012.

18. Мрясова Л.М., Ишбирдин А.Р. Онтогенетические реакции пшеницы сорта Башкирская 26 на применение гербицида Вигосурон и стимуляторов роста. Сборник трудов I Международной Интернет-конференции «Современные тенденции в сельском хозяйстве», г. Казань, 2012.

19. Халиков С.С., Мрясова Л.М., Халиков М.С. Технология механохимической модификации биологически активных веществ как путь создания перспективных препаратов с новыми свойствами. Материалы XIV Международной научно-технической конференции «Наукоемкие химические технологии-2012», г.Тула, 2012.

20. Мрясова Л.М. Снижение токсического эффекта при исследовании гербицидов на проростках яровой пшеницы. Сборник научных трудов по материалам Международной заочной научно-практической конференции «Современные вопросы науки и образования - XXI век», г.Тамбов, 2012. -С.98.

Патенты на изобретения

21. Патент № 2258366 РФ, Гербицидный состав и способ повышения химической стабильности хлорсульфурона в гербицидном смачивающемся порошке/ В.М. Кузнецов, Ю.Е. Сапожников, A.M. Давыдов, Р.Б. Валитов, JI.M. Мрясова// Б.И. - 2005.

22. Патент № 2249351 РФ, Гербицидный состав / A.M. Давыдов, Т.С. Смолина, Р.Б. Валитов, Г.Е. Семенова, Мухаметов С.М., ДМ. Мрясова// Б.И. - 2005.

23. Патент № 2296467 РФ, Гербицидный суспоэмульсиоиный концентрат и способ его получения / Кузнецов В.М.,Бадиков Ю.В., Мрясова Л.М., Валитов Р.Б., Давыдов A.M.// Б.И. - 2007.

24. Патент № 2389184 РФ, Способ определения синергистического эффекта ПАВ в гербицидных дисперсных системах / Мрясова Л.М.,Соломинова Т.С., Колбин A.M., Ишбулатов P.M.// Б.И. - 2010.

Подписано в печать 07/11/13. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Печать ризографическая. Тиражі 00 экз. Заказ 1171. Гарнитура «Тіте5№\УІІотап». Отпечатано в типографии «ПЕЧАТНЫЙ ДОМЪ» ИП ВЕРКО. Объем 1 п.л. Уфа, Карла Маркса 12 корп. 5. т/ф: 8(347) 27-27-600, 27-29-123

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Мрясова, Луиза Минибулатовна, Уфа

к

ГБУ РБ «Научно-исследовательский технологический институт гербицидов и регуляторов роста растений с опытно-экспериментальным производством» Академии наук Республики Башкортостан и на кафедре ботаники Федерального

государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Башкирский государственный университет»

На правах рукописи

Р4201453481

Мрясова Луиза Минибулатовна

БИОЛОГИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ ПРИМЕНЕНИЯ СРЕДСТВ ХИМИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ (НА ПРИМЕРЕ ГЕРБИЦИДА ВИГОСУРОН)

•03.02.01 - ботаника

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель:

доктор биологических наук, профессор А.Р. Ишбирдин

Уфа-2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

стр.

ВВЕДЕНИЕ. Введение. Актуальность. Задачи исследования 4

ГЛАВА 1. Обзор литературы 6

1.1. Роль сорного компонента в агроценозах, необходимость и способы борьбы с сорными растениями 6

1.2. Механизмы воздействия гербицидов на сорные растения 12

1.3. Воздействие гербицидов на культурные растения 24

1.4. Пути повышения адаптивности культурных растений к стрессовому воздействию гербицидов 26

ГЛАВА 2. Объекты, материалы и методы исследования 32

2.1. Объекты исследований 32

2.1.1. Гербициды и стимуляторы роста 32

2.1.2. Сегетальная растительность 33

2.1.3. Культура 36

2.2. Материалы и методы исследований 37

2.2.1. Методика первичных испытаний гербицидной активности на проростках 37

2.2.2. Метод на рулонах 40

2.2.3.Вегетационный метод скрининга 41

2.2.4. Мелкоделяночные полевые испытания 42

2.2.5. Морфометрические методы 47

4

2.2.6. Структура изменчивости морфологических признаков

и их пластичность 47

2.2.7. Онтогенетические тактики 48

2.2.8. Онтогенетическая стратегия 49

2.2.9. Оценка виталитета (жизненности) растений в выборках 50

2.2.10. Статистические методы 51 ГЛАВА 3. Воздействие комбинированных гербицидов на

сорную растительность 52

3.1. Эффекты воздействия на засоренность 52

3.2. Эффекты воздействия на отдельные виды сегетальных

растений 4 56

3.3. Оценка эффективности сроков и доз применения гербицида 57

3.4. Влияние применения гербицидов на урожайность яровой пшеницы 58

ГЛАВА 4. Влияние гербицидов и стимуляторов роста в лабораторных

опытах 60

4.1. Результаты экспериментов в чашечной культуре 61

4.1.1. Фитотоксичность 61

4.1.2. Морфогенетические реакции 63

4.2. Результаты экспериментов в рулонах 66

4.2.1. Фитотоксичность препаратов на растениях яровой пшеницы 66

4.2.2. Морфогенетические реакции 70

4.3. Результаты вегетационных опытов 71

4.3.1. Фитотоксичность препаратов на растениях яровой пшеницы 70

4.3.2. Морфогенетические реакции 76 ГЛАВА 5. Морфогенетические реакции в полевых экспериментах 79

5.1.Общая изменчивость и структура морфологической изменчивости 79

5.2. Онтогенетические тактики формирования признаков морфологической структуры 83

5.3. Онтогенетическая стратегия жизни мягкой пшеницы 87 ВЫВОДЫ 93 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 95 ПРИЛОЖЕНИЯ 112

Введение

Агрофитоценозы являются крайне неустойчивыми экосистемами, неспособными к саморегуляции и требующими дополнительных вложений энергии для регулирования отношений между компонентами агроэкосистемы и оптимизации условий выращивания культуры в целях получения качественного и гарантированного урожая! В связи с этим появляется необходимость проведения комплексных исследований, направленных на изучение влияния различных факторов, в т.ч. антропогенных, на формирование агрофитоценозов с целью установления оптимального сочетания вариантов интенсивных технологий выращивания сельскохозяйственных культур, обеспечивающих существенное повышение их продуктивности, качества продукции, ее экологической чистоты, а также ресурсосбережение.

Одним из важнейших путей повышения урожайности культурных растений является выбор и применение современных, экологически безопасных гербицидов с экологической "и экономической оптимизацией нормы расхода. Всестороннее изучение воздействия средств химической защиты не только на сорные растения, но и на культуру, включающее познание стратегий развития и выживания видов возделываемых растений, должно помочь выбору химических препаратов и технологий их применения.

Актуальность. Преобладающий в настоящее время эколого-экономический подход оценки воздействия гербицидов на культуру (Спиридонов, 2009), предполагающий оценку влияния в основном на

показатели структуры урожа^ и ее экологическую безопасность, оставляет вне внимания выявление реакций адаптивного характера на уровне целостного организма. Хотя результаты исследований в этом направлении представляют интерес не только с точки зрения фундаментальной науки, но и могут послужить теоретической основой для оценки устойчивости видов и сортов сельскохозяйственных растений к гербицидам, а также для разработки стратегий управления структурой урожая.

Цель работы - выявить на примере гербицидов биологические эффекты применения средств химической защиты на уровнях воздействия на структуру агрофитоценоза и закономерности морфогенетических реакций мягкой пшеницы {ТгШсит аеБйуит Ь.).

Дня достижения этой цели были поставлены следующие задачи:

Задачи исследования.

1. Оценить эффекты воздействия гербицидов на сорные растения в зависимости от дозы и сроков применения;

2. Выявить влияние гербицида и стимуляторов роста на морфогенетические реакции пшеницы на разных этапах онтогенеза;

3. Оценить изменения уровня и структуры изменчивости морфологических параметров и признаков структуры урожая пшеницы при воздействии средств химической защиты;

4. Выявить онтогенетические тактики в морфогенезе признаков и стратегию жизни мягкой пшеницы в различных возрастных состояниях на фоне воздействия гербицидов.

4

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Роль сорного компонента в агроценозах, необходимость и способы

борьбы с сорными растениями

Понятие «сорное растение» исходит из прикладной ботаники, изучающей возделываемые растения, а также «посторонние растения, произрастающие в посевах выращиваемых культур» (Киселев, 1971) то есть, не соответствующие целям данной культуры (Вильяме, 1949). Сельскохозяйственные культуры выращивают в сложных фитоценозах, разделяемых с ними примерно 30 ООО видами сорняков, распространёнными во всём мире. Более 1 800 этих видов ежегодно вызывают серьёзные экономические потери. Огромные запасы семян сорняков в почве (от 50-70 млн. до 3-4 млрд.шт./га) и их видовое разнообразие вызывают ежегодно высокую засоренность сельскохозяйственных культур (Хохлова и др., 1994). От 10 до 50 видов сорняков засоряют посевы каждой из основных продовольственных культур (Шоу, Дженсен, 1977; Захар^нко, 1990). Становление сорно-полевой флоры связано, со становлением культурной флоры, однако основной экологический признак сорных растений - тяготение к вторичным, нарушенным местообитаниям, сформировался у отдельных представителей естественной флоры гораздо раньше возникновения земледелия (Гухман, 1978).

Широкое распространение сорных растений в посевах сельскохозяйственных культур связано с характерной для них высокой экологической устойчивостью, обусловленной целым рядом биологических особенностей, и в частности, их воспроизводительной функцией, хорошей приспособленностью к изменчивым условиям внешней среды (Крафтс, Роббинс,1961; Борьба с...,1991).

В агроценозах сорные растения составляют конкуренцию для культуры и снижают ее урожайность. При высокой засорённости агроценоза зерновых

<

сорняки расходуют в отдельные периоды вегетации влаги в 1,5-2 раза больше культурных растений, что особенно губительно в засушливых условиях. При густоте стояния 50 растений на 1 м" сорняки выносят питательных веществ, достаточных для формирования 1,5 - 1,7 т зерна пшеницы (Ионин и др. 1996). По данным Корсмо (1933), в сухом веществе осота полевого {Sonchus arvensis L.) содержится азота - 2,68%, фосфора - 0,47%, калия - 6,29%. При формировании 0,1 кг/м" сухого вещества надземной массы и соответствующего количества подземной (0,33 кг/м2), этот сорняк выносит с 1 га азота -67 кг, фосфора - 28,75 кг, калия - 15$,77 кг. По данным ЦОС ВИУА, вынос элементов питания, % на сухое вещество, бодяком полевым составлял: N-NO3 - 3,4%, Р205 - 0,9%, К20 - 2,6%; для мари белой - 3,8, 1,2 и 7,7% соответственно (Ладонин, Алиев, 1991).

При засоренности озимой пшеницы свыше 100 шт./м", урожай зерна снижается на 20-30% (Улина и др., 2000). В целом же, продуктивность посева, выраженная общей массой культурных и сорных растений на единице площади, при одинаковых условиях жизни растений, является относительно постоянной величиной. Урожай при этом обратно пропорционален массе

сорных растений посева (Лазаускас, 1995).

*

Декандоль ещё в 1832 г. предположил, что растения бодяка вредят растениям овса в полевых условиях (Райе, 1978). От наличия в посевах девяти растений Cirsium arvense (L.) на 1м" (слабое засорение) потери зерна пшеницы составляли 0,57 т/га или 25,4%, а при сильном (18 шт. на 1м2) - 0,85 т/га, или 38%. При слабом уровне засорения посевов осотом полевым (27 шт. на 1м") урожай зерна снижался на 0,57 т/га, или на 18,5%, а при сильном (58 шт. на 1м") - на 1,37 т/га, или на 44,6% (Милащенко, 1977; Мокшин, 1979). Устойчивость корнеотпрысковых сорняков {Cirsium arvense, Sonchus arvensis, Convolvulus arvensis L. и др.) в noceEikx сельскохозяйственных культур обусловлена особенностями их размножения, вертикальные и горизонтальные корни способные прорастать с глубины 60-170 см, вследствие этого

корнеотпрысковые сорняки обладают высокой экологической устойчивостью в посевах полевых культур (Никитин, 1983; Борьба ..., 1991).

Подобные результаты были получены и в США, где 2 растения бодяка

О О

полевого на 1 м" снижали урожай яровой пшеницы на 15 %, 30 шт./м" - на 60 % (Hodgson, 1955; 1968).

Сырая масса сорняков в засоренных посевах может быть довольно значительной, а ее долевое участие в общей биомассе высоко. Это не только снижает урожайность культур, но и резко снижает производительность комбайна при уборке (Цимбалист и др., 2000).

Однако, конкурентные отношения между сорными растениями и культурным растением могут быть регуляторами засоренности посевов: интенсивность регулирующего воздействия различных сельскохозяйственных культур на сорный компонент агрофитоценоза определяется способностью самой культуры подавлять сорные растения (Захаренко, 1990; Лукьянов, 1998).

О положительном факторе конкурентоспособности сообщает Л.А.Булавин (1999) - озимая рожь при стеблестое 720-750 шт/м" способна очистить посевы на 26-50%.

Возделывание наиболее конкурентоспособных по отношению к сорнякам культур является одним из < важных компонентов интегрированной защиты растений (Lemerle et al., 2006).

Отмечено, что напряженность конкурентных отношений культуры и сорных растений зависит и от возрастного состояния возделываемого растения - озимая и яровая пшеница сильнее угнетают сорняки в период интенсивного роста и развития (с фазы выхода в трубку до конца цветения) (Баздырев, 2000; Иванов, 1975; Митрофанов, 1967).

Конкурентоспособность сорняка зависит от его габитуса, лёгкости прорастания семян, протяжённости и характера корневой системы и надземных

частей, от времени начал& конкурентных отношений и др. На силу

#

конкурентных отношений влияют интенсивность фотосинтеза и поглощения

питательных веществ, устойчивость к засухе и низким температурам, химическая аллелопатия (Воеводин, 1978). Взаимоотношения обостряются, если культурные и сорные растения сходны по особенностям роста и требованиям к условиям внешней среды, при этом, важное значение имеет продолжительность их совместного произрастания (Баздырев, 2000).

Не исключается и аллелопатическое влияние сорных растений на возделываемое растение. Установлено, что пырей ползучий (А&юри'оп герет Ь.) оказывает аллелопатическое воздействие на растения пшеницы, которое заключается главным образом в снижении способности пшеницы поглощать фосфор, даже если он в достаточных количествах содержится в почве (Райе,

1986). Вместе с тем, в силу селективного характера проявления аллелопатии, не

«

следует ожидать, что в реальных полевых условиях она обеспечит успешную борьбу со всеми видами сорняков. И хотя понимание взаимоотношений между сорными растениями и культурой уже сейчас позволяет порой уменьшать вносимые дозы гербицидов, аллелопатия может быть использована лишь как один из компонентов комплексной стратегии борьбы с засоренностью посевов (Соколов, 2000).

Особенностью сорняков является то, что они практически постоянно присутствуют в посевах, составляя часть любого агрофитоценоза. По-видимому, в связи с этим* неправомерно ставить вопрос об их полном уничтожении, тем более что эта задача даже при использовании высокоэффективных гербицидов невыполнима (Ладонин, Алиев, 1991).

Цель состоит в том, чтобы удерживать численность сорняков в посевах на безопасном уроне. Многолетние наблюдения Злобина и Сухого (1987) показали, что засоренность существенно изменяется в посевах различных культур. Значительно варьирует и такой показатель, как средняя масса одного сорного растения, что тесно связано с конкурентоспособностью культур севооборота. Величина ущерба от сорного компонента в агрофитоценозе зависит в Значительной степени от времени совместного

произрастания с культурными растениями, обилия и видового состава сорняков, биологических особенностей их роста и развития, почвенно-климатических условий и др. (Зуза, 2001). Исмагилов (1992) считает, что

4

критерием целесообразности- применения гербицидов может быть и густота стеблестоя культурных растений. Баздырев (2000) полагает, что в засушливые годы и в засушливой зоне сорняки более устойчивы к действию химических веществ, чем во влажные годы и в более северных районах, где ткань сорняков более нежная и восприимчивая к гербицидам.

В качестве пороговых критериев необходимости применения гербицидов служат биологический, экономический и экологичесие пороги вредоносности. Биологическим порогом вредоносности сорняков называется количество их в посеве, при повышении которого снижается урожай и его качество. Как показали Наблюдения Хрюкиной (2000) он обычно соответствует численности сорняков 6-10 шт./м".

Экономические пороги вредоносности разработаны для большинства сельскохозяйственных культур. Степень вредоносности не является постоянным признаком, она меняется в соответствии с изменением условий существования и количества сорняков. Нередко меньшее их число вызывает более сильное угнетение (явление риверсии). Вредоносность сорных растений зависит от экологических условий, количества на единицу площади и длительности конкуренции, вредоносность сорного сообщества для культуры определяется также его видовым составом. При произрастании в посевах озимой пшеницы высокостебельных видов (Thlâspi arvénse, Sinapis arvensis L. и других), многолетних корнеотпрысковых {Cirsium setosum, Sônchus arvénsis) общая вредоносность сорняков значительно выше, чем при преобладании сорняков в нижнем ярусе ( Viola aiyénsis, Fallôpia convôlvuliis и другие виды) (Хрюкина, 1995).

Экономический порог вредоносности для озимых составляет 10-25 малолетних сорняков и 2-5 многолетников на 1 м2 ; для яровых зерновых соответственно 15-45 и 3-10; для пропашных - 3-15 и 1-3 (Баздырев, 1998).

Очень низкие пороги вредоносности имеют такие сорняки, как Sinapis

к Г Г

arvensis L., Chenopodium album, Matricaria chamomilla L., Amaranthus retroflexus

в посевах овощных культур, существенное снижение урожайности которых

отмечается при наличии сорняков 1 ...4 шт. на 1 м (Баздырев и др., 2001).

В настоящее время в качестве пороговых уровней предлагаются:

биологический порог вредоносности сорняков - численность сорных растений,

при которой возникает опасность потерь урожая, выше достоверного уровня

его определения в опытных условиях - 2-5%; экономический порог

вредоносности сорных растений - численность, при которой сорные растения

приносят потери урожая, в стоимостной оценке равные затратам на проведение

4

защитных мероприятии; экономический порог начала проведения защитных

мероприятий учитывающий динамику прорастания и развития сорных

растений, предполагающий определение времени обработки до того, как

численность сорных растений достигнет экономического порога вредоносности

(Захаренко, 1995).

К настоящему моменту выявлена тенденция уменьшения видового

разнообразия в агроценозах. Экологи рассматривают такую ситуацию как

неустойчивую, нестабильную, стремящуюся вернуться к равновесию и в связи

с этим достаточно негативную. Сорные растения здесь рассматриваются как

4

живая составляющая такой * системы и очень важны для формирования разнообразия сельскохозяйственных угодий (Хурле, 2002; Marshall et al., 2003). Таким образом, мы переходим к пониманию положительного влияния сорняков на экосистему и понятию соответствующих экологических порогов. Но какой именно уровень засоренности мы вправе допускать на полях? Для ответа на этот вопрос необходимо составление объединенных эколого-экономических