Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Особенности экологии посевов рапса и рыжика в лесостепной зоне Западной Сибири

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Текст научной работыДиссертация по географии, кандидата биологических наук, Садохина, Тамара Петровна, Новосибирск

' : . ' V • ' ? и , I

: - ' ' - а к. 'I. -

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК

Сибирское отделение

СИБИРСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЗЕМЛЕДЕЛИЯ И ХИМИЗАЦИИ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

На правах рукописи

САД ОХИ НА Тамара Петровна

ОСОБЕННОСТИ ЭКОЛОГИИ ПОСЕВОВ РАПСА И РЫЖИКА В ЛЕСОСТЕПНОЙ ЗОНЕ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ

11.00.11. - охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Д и ссерта ци я на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель -к.б.н., с.н.с. Власенко Н.Г.

Новосибирск -1999

Содержание

стр.

Введение 4

Глава 1. Производство маслосемян рапса и рыжика в Западной Сибири: история, проблемы, перспективы 9

1.1. Масличные культуры семейства Вгазэюасеае - реальный шанс рационализации использования растительных ресурсов 9

1.2. Природные условия лесостепи Западной Сибири 13

1.3. Основные проблемы возделывания полевых капусто-

вых культур в лесостепи Западной Сибири 19

Глава 2. Объекты, условия и методы исследований 37

2.1. Объекты исследований 37

2.1.1. Полевые капустовые культуры 37

2.1.2. Краткая характеристика сегетальной флоры посевов рапса и рыжика 42

2.1.3. Вредители всходов полевых капустовых культур 46

2.2. Почвенно-климатические условия проведения полевых экспериментов 48

2.3. Методика исследований 51 Глава 3. Влияние гидротермических условий, насекомых-фитофагов и сорняков на семенную продуктивность и взаимосвязанные с ней параметры структуры агроценозов рапса и рыжика 57 Глава 4. Влияние гидротермических условий периода вегетации на развитие агроценозов рапса и рыжика 64

Глава 5. Влияние комплекса вредителей на формирование агроценозов полевых капустовых культур 75

5.1. Особенности формирования сообщества крестоцветных блошек на посевах рапса 79

5.2. Вредоносная деятельность насекомых-фитофагов на посевах рапса и рыжика разных сроков сева 86

Глава 6. Взаимоотношения полевых капустовых культур с сеге-тальной растительностью 97

6.1. Влияние насекомых-фитофагов и сроков сева на взаимоотношения рапса и рыжика с сегетальными растениями 101

6.2. Регуляция напряженности конкурентных взаимоотношений в агрофитоценозах капустовых культур с помощью боронования и внесения гербицидов 110

6.3. Влияние различных методов контроля засоренности

на семенную продуктивность капустовых культур 118

6.4. Новая ресурсосберегающая технология возделывания ярового рапса: экологические и экономические преимущества 124

Выводы 126

Рекомендации производству 129

Список литературы 131

Приложение 154

Введение

Актуальность проблемы. Корректное управление агроэкоси-стемой с целью рационализации использования природных ресурсов в процессе сельскохозяйственного производства возможно только на основе знания взаимосвязей и взаимовлияний всех ее составляющих с учетом воздействия на них внешних факторов. Защита растений с самого начала своего развития нередко отходила от данного принципа, и долгое время основная ее цель сводилась к полному уничтожению вредных организмов при помощи пестицидов. Причем последние применялись даже в тех случаях, когда в этом, на самом деле, не было необходимости, и нужно было только немного помочь культуре проявить свои потенциальные возможности в противостоянии неблагоприятным воздействиям. Кроме того, часто разработки, апробированные и рекомендованные для применения в одном регионе, распространялись на весь ареал возделывания культуры, без учета почвенно-климатических, гидротермических, флористических, фаунистических и других особенностей. Постепенно это привело к серьезным нарушениям сбалансированности экосистем, включающих агрокомплексы, и загрязнению окружающей среды. Данное направление так и не позволило добиться создания стабильно высокопродуктивных агроценозов, окупаемость затрат на проведение защитных мероприятий неуклонно падает (Захаренко, Ченкин, 1996; Кирюшин, 1996).

В настоящее время общепризнанна и научно обоснована необходимость разработки технологий возделывания культурных расте-

ний, включая и элементы их защиты, на основе создания определенного ценотического режима в агроценозах с помощью регуляции отношений между всеми входящими в них компонентами (Кирюшин, 1993; Жученко, 1994; Зубков, 1995; Захаренко, Ченкин, 1996). Однако, для коренного перелома устоявшихся принципов не хватает конкретных биогеоценологических знаний об агроценозах, о тех законах, которые регулируют их формирование в определенных экологических условиях.

Изучение экологии посевов рапса и рыжика в лесостепной зоне Западной Сибири является особо актуальным, поскольку к настоящему времени накоплен уже достаточно богатый материал, свидетельствующий об их уникальной способности выступать не просто эдификаторами растительных сообществ, но и самостоятельно вытеснять из них сегетальные компоненты. Однако, эти знания весьма отрывочны и не привязаны к воздействию динамически изменяющихся как внешних, так и внутренних факторов. А проблема контроля численности и вредоносности сорняков в поревах капустовых культур, наряду с другими технологическими вопросами, является весомой причиной, ограничивающей их широкое распространение в лесостепной зоне Западной Сибири, несмотря на общепризнанность перспективности этих растений в расширении ареала производства маслосемян в северном направлении.

Цель исследований. Выявить основные закономерности формирования растительных сообществ посевов рапса и рыжика для дальнейшего их использования при конструировании высокопродуктивных агроценозов полевых капустовых культур в лесостепной зоне Западной Сибири.

Основные задачи:

- выявить основные параметры структуры агроценозов рапса и рыжика, воздействуя на которые на ранних этапах вегетации можно управлять процессом формирования семенной продуктивности;

- определить степень и характер влияния естественно и антропогенно изменяющихся условий среды обитания капустовых культур на их урожайность и взаимосвязанные с ней параметры структуры посевов;

- изучить возможность снижения лимитирующего воздействия на процесс формирования семян капустовыми культурами гидротермических условий вегетационного периода, вредителей всходов и сорняков при помощи смещения сроков сева и оптимизации фито-санитарного состояния посевов химическими и агротехническими средствами;

- оценить эффективность и возможность применения выявленных закономерностей для конструирования оптимизированных по фитосанитарному состоянию агроценозов капустовых культур.

Научная новизна. Изучены закономерности формирования комплекса вредителей всходов и сообщества сегетальных растений в посевах рапса и рыжика и выявлены основные пути возможного регулирования их взаимоотношений с культурными растениями в целях снижения вредоносного воздействия на продукционный процесс последних в условиях лесостепи Западной Сибири.

Впервые на основе изучения взаимодействия биокомпонентов агроценозов рапса и рыжика дано обоснование возможности более полного использования биологического потенциала капустовых культур в подавлении сорных растений. Это коренным образом из-

менило представления об оптимальном сроке сева ярового рапса в лесостепной зоне Западной Сибири. Комплексная оценка экологических условий, в которых протекает процесс формирования семенной продуктивности капустовых культур, свидетельствует в пользу раннего их сева, при наступлении физической спелости почвы.

Защищаемые положения:

- стабилизировать семенную продуктивность рапса и рыжика в лесостепной зоне Западной Сибири можно за счет создания условий для рационального использования гидротермических ресурсов периода вегетации;

- снизить лимитирующее воздействие вредителей всходов на урожайность семян рапса и рыжика смещением срока сева в условиях лесостепи Западной Сибири не представляется возможным;

- фитосанитарное состояние посевов рапса и рыжика в отношении сорняков можно оптимизировать без применения гербицидов.

Практическая значимость и реализация результатов исследований. Результаты исследований были положены в основу разработки новой ресурсосберегающей технологии возделывания ярового рапса в лесостепи Западной Сибири, основанной на раннем сроке сева. Разработанная технология успешно прошла производственную проверку в учхозе "Тулинское" Новосибирского агроуниверситета в 1998 г.

Основные положения диссертации изложены в журналах "Защита и карантин растений" и "Доклады Российской академии сельскохозяйственных наук ", а также вошли составной частью в "Прогноз распространения главнейших вредителей и болезней сельскохозяйственных культур в Новосибирской области на 1997 г. и

рекомендации по защите растений" (1997) и в "Рекомендации по региональному применению гербицидов в Российской Федерации" (1998). Г

Апробация результатов. Результаты исследований докладывались на конференции молодых ученых (Краснообск, 1997 г.), на ежегодных областных и районных совещаниях с демонстрацией полевых опытов (1997, 1998 гг.), а также на Ученых советах СибНИ-ИЗХим (1997, 1998, 1999 гг.).

Работа выполнена при активном участии и помощи со стороны научного руководителя к.б.н., с.н.с. Н.Г. Власенко, сотрудников лаборатории агроценологии СибНИИЗХим и администрации института, за что автор выражает всем глубокую благодарность.

Глава 1. Производство маслосемян рапса и рыжика в Западной Сибири: история, проблемы, перспективы 1.1. Масличные культуры семейства Brassicaceae - реальный шанс рационализации использования растительных ресурсов

Быстро растущие потребности населения в растительных маслах, как пищевых так и технических, привели к необходимости увеличения посевных площадей, отводимых под масличные культуры, среди которых главными в России являются подсолнечник и соя. Однако современный курс рационализации использования природных ресурсов предполагает расширение спектра культурных растений, способных обеспечивать высокие урожаи маслосемян в различных регионах, что особенно актуально при наличии большого разнообразия почвенно-климатических условий. С этой точки зрения, для лесостепной зоны Западной Сибири большой интерес представляют масличные культуры семейства Brassicaceae - капус-товые. Наличие целого ряда близкородственных видов (Brassica napus oleífera Metz. - рапс, В. campestris L. - сурепица, В. juncea (L.) Czern. - горчица сарептская, Raphanus sativus L. - редька масличная, Sinapis alba L. - горчица белая, Camelina sativa (L.) Crantz - рыжик посевной), обладающих высокомасличными семенами, характеризующихся относительно коротким периодом вегетации и способностью переносить небольшие кратковременные заморозки на ранних этапах развития, представляет возможность значительно расширить ареал возделывания масличных растений.

В настоящее время из данной группы культур мировое признание получил только рапс. Ему принадлежит одна из ведущих позиций в решении проблемы обеспечения населения растительным

маслом (Spedding, Walsingham, Hoxey, 1981). Пищевое масло, получаемое из семян рапса, по своим достоинствам приравнивается к соевому и даже к оливковому (Шпота, 1982; Рапс озимый..., 1988; Шпаар, Маковски, 1995). В его состав входит значительное количество глицеридов ненасыщенных жирных кислот, которые способствуют снижению возможности тромбообразования в организме и предотвращению сердечно-сосудистых заболеваний (Жолик, Клоч-кова, 1997). Применяют рапсовое масло и в технических целях: из него получают масляные кислоты, различные смазочные материалы, а также биологическое дизельное топливо (Горючее из рапса, 1993; Schlüter, Lühs, Friedt, 1995; Schulz, 1997).

Несомненно, что растущий интерес к рапсу вполне оправдан. Однако сибирская флора располагает целым рядом видов, которые ненамного уступают данной культуре по тем или иным параметрам, а с точки зрения их адаптированности к местным природно-климатическим условиям даже превосходят ее. Поэтому современное производство маслосемян в регионе исследований не рационально без включения таких культур как горчица и, особенно, рыжик. Рыжиковое масло, как пищевой продукт, уступает рапсовому и используется, преимущественно, в технических целях. Оно находит применение в мыловаренной, металлургической промышленности, пригодно для олифоварения (Синская, 1948; Воскресенская, Рыжее-ва, 1956). Однако, несмотря на ограниченность сырьевого потенциала рыжикового масла, эта культура является наиболее ярким примером проявления пластичности в приспособлении к существованию в почвенно-климатических условиях достаточно широкого спектра. Более того, рыжик - одна из древнейших масличных культур

Западной Сибири, где его производство, наряду со льном, прослеживается со времен освоения этих земель крестьянами западной части России (Мосолов, Большаков, Левин, 1942; Шунков, 1956; Бородин, 1958; Синская, 1969).

По поводу появления рыжика в Западной Сибири существует две точки зрения: согласно первой, он мог быть завезен переселенцами с Украины, где достаточно широко использовался в то время; по второй - был введен в культуру из местного сорного рыжика, часто встречающегося в посевах хлебов и льна (Мосолов, Большаков, Левин, 1942; Синская, 1948). Последнее более вероятно, поскольку это самый распространенный тогда способ введения новых видов в культуру.

Подсолнечник - основная, на сегодняшний день, масличная культура, появилась в Сибири значительно позже, вместе с переселенцами из центральных черноземных областей и Украины (Мосолов, Большаков, Левин, 1942; Синская, 1948; 1969). Высокий процент содержания жира в семенах и повышенный интерес селекционеров привели к широкому распространению подсолнечника, что не могло не отразиться и на распределении посевных площадей рассматриваемого региона. В 20-х годах XX столетия он уже занимал главенствующее положение, площадь под ним на территории Западной Сибири составляла более 140 тыс. га (Мосолов, Большаков, Левин, 1942). Однако, проблематичность возделывания подсолнечника в условиях континентальности сибирского климата и большие затраты на его производство имеют весьма ощутимое значение, особенно, в критические периоды истории развития сельского хозяйства. Например, после 1933 г., когда посевы масличных куль-

тур в Сибири начали значительно сокращаться (Мосолов, Большаков, Левин, 1942), практически сразу произошла смена приоритета возделываемых видов масличных растений. На фоне общего снижения производства маслосемян наблюдался существенный рост доли в нем рыжика. В середине 50-х гг. последний занимал уже почти 41% всей посевной площади масличных культур, тогда как подсолнечник - 42, лен масличный - около 13, горчица - чуть более 4% (Воскресенская, Рыжеева, 1956). В некоторых областях Западной Сибири (Новосибирская, Омская) рыжик оставался основной масличной культурой вплоть до начала 60-х годов, его удельный вес в структуре посевов культур данного назначения достигал иногда 80% (Басев, 1956; Бебехидр., 1968).

Далее наблюдался резкий спад производства маслосемян рыжика и в конце 70-х годов посевные площади под этой культурой составляли всего около 1 тыс. га, по сравнению с более 90 тыс. га в конце 50-х. В дальнейшем рыжик практически утратил свое господствующее положение в Западной Сибири (Бородин, 1952; Мин-кевич, Борковский, 1955).

В это время на передовые позиции снова возвращается подсолнечник. Из капустовых более значимую роль в производстве маслосемян стала играть горчица сарептская, характеризующаяся достаточно высоким потенциалом продуктивности. В конце 70-х годов в Омской области появились первые посевы ярового рапса, который к концу 80-х занимал в регионе уже почти 80 тыс. га (по данным Госкомстат РСФСР за 1973-1991 гг.). Это был наивысший расцвет производства маслосемян рапса в Западной Сибири. В дальнейшем его посевные площади заметно сократились, в связи с

чем нельзя говорить о весомом вкладе этой культуры в современное производство местного агросырья.

В настоящее время основной масличной культурой Западной Сибири продолжает оставаться подсолнечник, к началу 90-х годов им засевалось более 130 тыс. га из 238,5, занимаемых всеми масличными. Второе место принадлежит льну-кудряшу, третье - рапсу яровому (по данным Госкомстат РСФСР за 1973-1991 гг.).

Незначительные площади, которые отводятся сегодня под полевые капустовые культуры в Западной Сибири, не в коей мере не отрицают перспективность их возделывания в условиях данного региона. Напротив, в силу того, что климатические условия не позволяют подсолнечнику стабильно обеспечивать высокие урожаи мас-лосемян, яровой рапс является одним из наиболее реальных дополнительных источников получения этого продукта. Рыжик предоставляет региону уникальную возможность производства дешевого технического масла. Капустовые культуры - это прямой путь расширения ареала возделывания масличных растений в северно�