Введение.
На переломном этапе от зональной системы земледелия к устойчивому экологическому земледелию, анализ достижений и негативных последствий даст возможность избежать хотя бы часть ошибок, закономерно возникающих при такой коренной ломке.
Интенсивная механизация, мелиорация и химизация земледелия в совокупности с волюнтаризмом и гигантоманией привела ко многим негативным последствиям. Противоположная крайность - "альтернативное" земледелие при полном отказе от минеральных удобрений и пестицидов. Анализ деятельности хозяйств с "альтернативным" земледелием показывает, что они вынуждены покупать корма для развития животноводства, чтобы иметь необходимые количества органических удобрений, или покупать органические удобрения! Использование в хозяйстве всех отходов может привести к большей интоксикации, чем разумное применение минеральных удобрений и пестицидов (В.Г. Минеев, 1984,1993).
Урожай, пораженный болезнями, содержит микотоксины, а они представляют для здоровья большую опасность, чем фунгициды, используемые для борьбы с грибными болезнями. Например, зерно пшеницы, пораженное вертицилезом колоса не пригодно ни для пищевых, ни для кормовых целей (В.А. Захаренко, A.B. Захаренко, 1994).
Очень остра в мире проблема биологического азота. В США эту проблему решили, внедрив в кукурузном поясе сою. Чередование кукуруза -соя дает возможность при использовании удобрений под сою с преобладанием фосфора и калия над азотом и эффективных избирательных гербицидов (так как соя не конкурентоспособна к засорению), получать высокие и устойчивые урожаи высокого качества и при минимальных затратах труда на их выращивание. Так, по данным В.А. Захаренко, A.B. Захаренко (1994) 96% площадей, занимаемых кукурузой и 97% площадей, засеянных соей в США, обрабатывается гербицидами.
Возврат к традиционному земледелию, основанному на широком применении ручного труда, не может обеспечить достаточное количество товарного продукта, удорожает продукцию и, главное, возвращает население к такому образу жизни, при котором невозможно совмещение труда с учебой, занятием художественными ремеслами, творчеством.
Другая крайность - сроки перехода к "альтернативному" земледелию, необоснованная поспешность внедрения технологий, полностью исключающих использование минеральных удобрений и пестицидов. В обзоре, сделанном В.А. Захаренко и В.А. Захаренко сказано, что в развитых капиталистических странах приняты государственные программы по развитию "альтернативного " земледелия, рассчитанные на длительный срок и при поддержке государства. В 1988 г. в Дании осуществлена программа сокращений использования пестицидов в сельском хозяйстве на 50% к 1997 г. В Голландии имеется аналогичная программа снижения объемов использования пестицидов на 50% в течение 10 лет. Прорабатывается концепция сокращения объемов применения пестицидов в США на 35-50%.
Обычно в государственных программах предусматривается экономический механизм регулирования процессов перехода к "альтернативному" земледелию, в частности, стимулирование фермеров за консервацию земель, за сокращение средств химизации, возмещение экономического ущерба, связанного с переходом к менее интенсивному, но более экологичному земледелию.
Однако, к настоящему времени земледелие без применения минеральных удобрений и пестицидов в западных странах не выходит за пределы 1% (В.И. Кирюшин, 1996)
Молдова не из научных концепций, а в силу прерванных экономических связей лишилась возможности в полной мере применять достижения науки и техники. Не поступают удобрения и пестициды, стоимость последних возросла многократно, не поступает новая техника, которая дает возможность совершать несколько технологических операций
за один проход по полю и применять пестициды последнего поколения. Так, гербицид глин против двудольных сорняков применяется в развитых странах в дозах 3-20 грамм/га, что на 2-3 порядка меньше прежних норм расхода, но для его точного внесения необходима специальная техника.
В таком же положении находятся и другие страны СНГ. Из обзора В.А. Захаренко (1997) известно, что в России разукрупнение хозяйств, спад промышленного производства и обеспечение сельских товаропроизводителей материально-техническими ресурсами вызвали существенный рост необрабатываемых бросовых земель. К 1997 году это составило 27 млн. га сельскохозяйственных угодий и 9,5 млн. га пашни, превращающихся в резервации сорных растений, вредителей и возбудителей сорных болезней. Суммарные потери от вредных организмов по В.А. Захаренко возросли в России с 76,6 млн. т. зерновых единиц в 1986-1990 гг до 106,1 млн. т. зерновых единиц в 1991-1995 гг.
В порядке увеличения опасности в России вредные организмы располагаются в последовательности: сорные растения > болезни > вредители.
Кукуруза как объект исследований выбрана оттого, что является одной из главных зерновых культур Молдовы и возделывается как пропашная, следовательно, в ее посевах в большей степени, чем в посевах пшеницы можно было проверить рабочие гипотезы. Сорняки занимают главенствующее место среди вредных организмов. Следовательно, кукуруза и сорняки вот те два главных объекта исследования, составляющие основу данной работы.
Нами проведены исследования с 1989 по 2003 годы. В диссертацию включены данные с 1989 года. Они охватывают часть периода чрезмерной интенсификации и механизации и часть переходного периода от одного типа хозяйствования к другому. Длительный срок учетов и наблюдений дает возможность сделать некоторые выводы.
1. Переход к экологическому (ландшафтному, устойчивому) земледелию должен быть постепенным.
2. Фитосанитарное состояния полей зависит в очень большой степени от соблюдения научно-обоснованных регламентов применения удобрений, пестицидов, средств механизации и набора сортов и гибридов, наиболее приспособленных к конкретным условиям.
3. Длительное применение гербицидов на одном и том же участке вызывает "гербицидоутомление" почвы. (Н.Г. Николаева, Г.Г. Букур, 1980). Для уточнения самого понятия и разработки способов преодоления этого негативного явления необходим системный подход, интегрированный метод фитосанитарной диагностики как основы комплексной оптимизации агрофона.
4. Урожайность кукурузы на 71% детерминируется массой сорных растений. Наиболее сильное отрицательное влияние оказывает просо волосовидное и щирица запрокинутая. Всходы щирицы (при большой плотности) вредоноснее проса, а негативное действие взрослых растений сильнее у проса волосовидного. По степени вредоносности, виды сорняков наиболее часто встречаются в большом обилии, можно расположить в следующем убывающем порядке: просо волосовидное, ежовник обыкновенный, щирица запрокинутая, щетинник сизый, марь белая.
5. Критический период вредоносности сорняков в посевах кукурузы это интервал между десятью днями после появления всходов кукурузы до 40 дней, то есть в течение месяца. Если сорняки в этот период не удалены, то потери урожая очень велики. Для того, чтобы получить и высокий урожай зерна кукурузы и снизить потенциальную засоренность почвы семенами сорняков и вегетативными зачатками многолетников, а также для того, чтобы почва получила максимальное количество органики, запахиваемой в почву при обработке, срок содержания посевов в чистоте необходимо продлить до 60 дней с момента появления всходов кукурузы.
6. Порог вредоносности - понятие сугубо конкретное, так как зависит от сочетания многих факторов: соотношение видов в агрофитоценозе, степень засоренности, условия года, биологические особенности возделываемого гибрида кукурузы, главным образом его способность к быстрому первоначальному росту и малая восприимчивость к угнетающему действию выделений всходов сорных растений. При сильном засорении и смешанном типе засоренности (а именно такой встречается чаще всего) наличие сорняков первые 30 дней после всходов кукурузы снижает урожай зерна на 40%, а при средней степени засоренности на 12,5%. Дальнейшее присутствие сорняков может снизить урожай зерна кукурузы при сильной степени засоренности на 85,5% , при средней на 70,6%.
7. Степень чистоты посева от сорняков влияет на фитосанитарное состояние поля. В чистом посеве меньше вредителей и возбудителей болезней.
8. Против "гербицидоутомления" почвы эффективно внесение больших доз навоза и посев промежуточных культур, используемых на зеленое удобрение.
9. Вспашка влияет благоприятнее, чем обработка плоскорезом на фитосанитарное состояние полей.
Ю.Севооборот - непременное условие экологически менее вредной интенсивной технологии.
1. Агроценотическое обоснование целесообразности защитных мероприятий
(Обзор литературы).
1.1. Современные понятия об агробиогеоценозах, агроэкосистемах
и агроценокосорциях.
Биогеоценоз по В.Н. Сукачеву "совокупность на известном протяжении земной поверхности однородных природных явлений (атмосферы, горной породы, почвы и гидрологических условий, растительности, животного мира и мира микроорганизмов), имеющая свою, особую специфику взаимодействий этих слагающих ее компонентов и определенный тип обмена веществом и энергией их между собой и другими явлениями природы, представляющая собой внутренне противоречивое диалектическое единство, находящееся в постоянном движении, развитии". Часто используется как синоним экосистемы, однако эти понятия не всегда совпадают, хотя в обоих случаях это взаимодействие совокупности сообществ живых организмов (биоценоза) и среды (биотопа, экотопа).
Биогеоценоз - экосистема, границы которой определены фитоценозами. Иногда биогеоценоз рассматривается как частный случай, определенный (элементарный) ранг экосистемы. Совокупность биогеоценозов земного шара составляет биогеоценотический покров Земли -биосферу.
Биоценоз - это биологическая система, представляющая собой совокупность популяций различных видов растений, животных и микроорганизмов, населяющих определенный биотоп. Биоценоз вместе с биотопом образуют диалектическое единство экосистемы (биогеоценоза).
А.Тенсли (1935) и В.Н. Сукачев (1940) при обосновании концепции "экосистемы" и "биогеоценоза" включали биоценоз в качестве их фундаментального компонента, наряду с биотопом или экотопом.
Естественный биоценоз - биотическое сообщество, в функционировании которого отсутствует влияние человеческой
9
деятельности. В естественном биоценозе действуют механизмы саморегуляции, гомеостаза, сукцессии, определяемые внутренней структурой сообщества и окружающей средой; при вмешательстве человека эти механизмы нарушаются. Насыщенный естественный биоценоз с полным максимальным набором видов растений и животных, в котором нет места для мигрантов (например, экваториальные тропические леса, широколиственные леса умеренных широт) характеризуется высокой степенью устойчивости (гомеостаза).
Агробиоценоз, агробиогеоценоз, агроэкосистема - это неустойчивая, искусственно созданная и регулярно поддерживаемая человеком экосистема культурных полей. Как и естественные экосистемы агробиоценозы являются элементарными единицами биосферы (поля, искусственные пастбища, огороды, сады, виноградники, лесные насаждения и т. п.).
Основа агробиогеоценоза - искусственный фитоценоз (сельскохозяйственные культуры). Обычно агробиоценоз пополняется сообществом животных (насекомых, птиц, млекопитающих, земноводных). Агрофитоценозы находятся в непосредственной взаимосвязи с естественными условиями среды - почвой, почвенной и атмосферной влагой, почвенными микроорганизмами.
По сравнению с естественными биогеоценозами, агробиоценозы имеют ограниченный состав растительных и животных компонентов и обладают слабо выраженными механизмами саморегуляции. Как правило, биологическая продуктивность агробиогеоценозов выше биологической продуктивности природных биогеоценозов. Агробиогеоценозы в целом занимают примерно 10% всей поверхности суши (около 1,5 млрд. га), но поставляют человечеству около 97% пищевой энергии (И.И. Дедю, 1989).
Агрофитоценоз - пашенное сообщество, компонентами которого являются высеянные культурные растения и спутники - сорные сегетальные виды, связанные с почвой, банками семян и банками вегетативных зачатков. Как агрофитоценоз рассматривается не конкретный посев, а вся ротация
10
культур в севообороте в пределах однородного участка. Агрофитоценоз имеет некоторые черты сходства с естественными фитоценозами — эдафически обусловленное постоянство сегетальных сорных видов, однако в целом существенно отличается от них.
Культурные растения — доминанты, по составу и плотности популяции непосредственно контролируются человеком, причем далеко не во всех случаях он исходит из экологических посылок, нередко характер доминантов диктуется экономической конъюнктурой (Б.М. Миркин и др., 1989). В агрофитоценозе не выражены или выражены слабо процессы дифференциации экологических ниш и поэтому ослаблен режим фитоценотической замкнутости. Круговорот веществ и энергии в системе "агрофитоценоз-экотоп" так же регулируется человеком, который отчуждает большую часть растительной массы и компенсирует потерн/ почвой минеральных элементов внесением удобрений (Б. М. Миркин и др, 1989).
В настоящее время ведутся исследования и достигнуты хорошие практические результаты по оптимизации состава агрофитоценозов за счет придания агроценопопуляциям свойств гетерогенности (смесь сортов, видов, высев разнокачественного материала), включение культурных растений, дифференцированных по экологическим нишам (A.M. Гродзинский, Б.М. Миркин, 1989 г.)
Экологическая ниша - совокупность характеристик, показывающих положение вида в экосистеме. Первоначально ниша рассматривалась только у животных, различия положения популяций которых в экосистеме достаточно очевидны - разные типы пищи и разные стадии. Применительно к популяциям растений выявление ниши более сложная задача, так как у них один тип пищи и дифференциация ниш возможна лишь за счет различий расположения ассимилирующих и всасывающих органов, различий в отношении к освещенности, увлажнению, опылителям, особенностей физиологической ритмики и флуктуационной динамики.
п
Наиболее полная разработка вопроса о нишах у растений выполнена П. Граббом (1977). По Граббу различия ниш растений слагаются из различий их отношения к экологическим факторам среды, различий жизненных форм, фенологии и условий для регенерации и прохождения всего жизненного цикла. Регенерационная ниша - параметр наиболее важный, так как для поддержания стабильности популяция должна иметь возможность не только удерживать в сообществе и экосистеме взрослые особи, но и нормально возобновляться. Среди них различают нишу фундаментальную и нишу реализованную. При формировании сообщества происходит процесс упаковки ниш.
Интересное развитие этих понятий можно найти в работах А.Ф. Зубкова (1995, 1996, 2000). По Зубкову, целостный агробиогеоценоз развивается не на одном поле, а на территории смежных полей с их экотопами и устойчиво функционирует неопределенно долго в условиях полевого севооборота, где наряду с биогеохимическим круговоротом и оборотом биокосного вещества (вынос минеральных элементов компенсируется удобрениями) циркулирует как ответ на антропогенные воздействия добавочный связующий круговорот биотических компонентов. Агробиогеоценоз включает физиономически выраженные ценозы полей (агроценозы) и состоит из трофически схожих ценоконсорций, которые образуют с абиотикой элементарные экосистемные образования -агроценоконсорции.
А.Ф. Зубков так представляет организационно-пространственную структуру экосистемы:
Целостный агробиогеоценоз ----
—> Агроценозы полей Т
Агроценоконсорции
Ценоконсорция по Зубкову - это биоценокомплекс организмов состоящий из автотрофной ценоячейки и поселяющихся на ней фитофагов,
12
зоофагов, фитопатогенов, присутствующих редуцентов, которые взаимно действуя объединяются в свои ценоячейки. Ценоконсорция образует с косной средой элементарную экосистемную единицу — геоценоконсорцию, в которой и берет начало биогеохимический круговорот вещества (А.Ф. Зубков, 1995, 1996,2000).
1.2. Фитосанитарный мониторинг в защите растений. Интегрированная и комплексная система мер контроля за вредными
организмами.
Все процессы формирования урожая скоротечны. Для управления ими нужно располагать не только информацией о сложившейся ситуации, но и прогнозом ее изменения. Теоретической основой интегрированной или экологизированной защиты растений и технологии ее реализации становятся представления о закономерностях динамики популяций вредных организмов, специфики формирования и развития агроэкосистем (В. И. Танский, 1988, И.Я. Поляков и др., 1995).
Конечная цель интегрированной защиты растений заключается в регуляции численности популяций путем управления внутри- и межпопуляционными отношениями в агроэкосистемах. Из основных факторов, влияющих на эти отношения, необходимо выделить энергетические ресурсы организмов, климатические факторы, эдафический фон, внутривидовые и межвидовые отношения и антропогенные факторы (селекция сельскохозяйственных растений и организационно-технологическая деятельность).
В прежней методологии фитосанитарного мониторинга доминировал популяционный подход к учетам и наблюдениям за вредными объектами, с целью определения их численности, по которой делался вывод об их вредоносности. По современным представлениям, первостепенный объект наблюдения - культурные растения, оценка их состояния (их энергетические
13
ресурсы по Полякову), которое и определяет их взаимоотношения с другими членами пашенного сообщества.
А.Ф. Зубков разработал метод, в соответствии с которым, на постоянных площадках, соизмеримых с агроценоконсорциями, собирается информация о всех компонентах ценоза. Это позволяет рассчитывать трофическую структуру целостного агробиогеоценоза, следить за изменением ее под действием агротехнических мер и пестицидов, прослеживать сукцессионные изменения. Учеты надо делать в динамике и на всех постоянных площадках одновременно.
Этот метод, разработанный в ВИЗРе, широко опробован на практике для эколого-экономической оценки эффективности интегрированной защиты растений (Н.Р. Гончаров, В.И. Танский, 1995, А.Ф. Зубков, 1995).
Экологизация защиты растений требует затрат на организацию сбора информации, ее компьютерной обработки и интерпретирования и своевременной реализации рекомендаций по защите. В ВИЗРе разработан метод названный "Sovet-1". Это информационно-советующая система по защите озимой пшеницы от вредных организмов (В.Р. Жаров и др. 1995). Система обеспечивает интегрированную защиту пшеницы от вредителей, болезней и сорняков. Система состоит из двух подсистем - диалоговой оболочки и справочной информации. В диалоге с системой пользователь получает рекомендации относительно оценки фитосанитарной ситуации, проведения защитных обработок, особенностей технологических процессов. Подсистема справок помогает правильно выполнить полученные рекомендации. Количество полей, с которыми можно работать в системе, не ограничено.
В прежних технологиях, каждый из используемых ядохимикатов: удобрения, инсектициды, фунгициды, гербициды, регуляторы роста, дессиканты - изучались в отдельности, на основании чего определялись оптимальные параметры применения каждого из них, с которыми они и включались в соответствующие регламенты. В результате многие из
14
агрохими катов впервые контактировали друг с другом не на экспериментальном участке, а на производственных полях, что вызывало непредвидимые последствия от взаимодействия различных препаратов.
В.Ф. Ладониным разработано интегрированное применение удобрений и пестицидов. Методической основой изучения комплексного применения средств химизации в технологиях возделывания сельскохозяйственных культур является планирование и проведение многофакторных опытов с количественными градациями, математический анализ экспериментальных данных и их оптимизация по каждому показателю или отдельным их группам (В.Ф. Ладонин и др., 1994, 1995).
Если в отношении борьбы с вредителями уместен термин интегрированная, то в отношении сорняков, это не совсем точно. Интегрированная система контроля предполагает использование естественных врагов вредителя, то есть биологический метод, а для сорняков он имеет весьма и весьма ограниченное применение. Биологический метод против сорняков эффективен в тех случаях, когда один вид сорняка причиняет колоссальный экономический ущерб на большой территории. Обычно это бывает с адвентивными (заносными) сорняками, которые в новом местообитании еще не имеют естественных врагов, адаптируются, укрепляются и расселяются.
В условиях Молдовы посевы засорены большим количеством видов сорных растений и уместнее использовать термин "комплексная" система контроля за сорняками, которая включает все возможные методы в таком их сочетании, которое дает наилучший результат.
Доказательством может служить сборник научных работ "Экологически безопасные и беспестицидные технологии получения растениеводческой продукции" (1994), в котором описано много положительных результатов в применении биологического метода против вредителей и возбудителей болезней и нет ни одной работы о практическом использовании биометода против сорняков в посевах какой-либо культуры.
15
1.3. Адаптивное, устойчивое земледелие. Различные подходы к
решению проблемы.
Не то, что мните вы, природа: Не слепок, не бездушный лик — В ней есть душа, в ней есть свобода, В ней есть любовь, в ней есть язык ...
Ф.И. Тютчев. Земледелие должно соответствовать природным условиям.
Искусственное перемещение границ рискованного земледелия имеет всегда негативные последствия, как например распашка целинных земель в полупустынной зоне, освоение под пашню крутых склонов в Молдове, расширение на север бывшего СССР посевов кукурузы взамен приспособленным к местным условиям многолетних трав и т.п.
Экологические издержки экстенсивного земледелия были связаны с несовершенством структуры посевных площадей, нерациональным размещением сельскохозяйственных культур в агроландшафтах, шаблонной организации территории и севооборотов, технологической отсталостью, разрушительным воздействием на почвы тяжелой техники. Однако разработка и правильное приминение зональных и контурно-мелиоративных систем земледелия, нашедшая свое выражение в почво-защитной системе А.И. Бараева, является хорошей основой для постепенного перерастания зональной системы земледелия в экологическую, устойчивую, в разных странах называемой по разному, но имеющей общую цель сделать природопользование разумным (во французском обозначении- l'agriculture durable; в английском - agriculture sustainable).
Осознание угрозы экологической катастрофы заставляет человечество все глубже осмысливать коллизии общества и природы и искать пути гармонизации отношений между ними. Одним из результатов такого поиска явилось Решение Конференции ООН по окружающей среде в 1992 году в Рио-де-Жанейро о создании модели устойчивого развития биосферы. Стратегия устойчивого развития биосферы предполагает реализацию трех основополагающих позиций:
16
• экологизация хозяйственной деятельности;
• сохранение и восстановление биосферы с усилением ориентации на потребность будущих поколений;
• формирование ноосферы (что предвосхищено трудами В.И. Вернадского).
В 1986-1989 гг. проходила компания по всеместному внедрению интенсивных технологий. Ее противоречивые итоги поучительны. Первый итог - оценка роли современных технологий: на полях научных центров и некоторых хозяйств были удвоены и утроены урожаи сельскохозяйственных культур. Второй вывод - недопустимость импорта сельскохозяйственных технологий безотносительно к местным условиям. Третий вывод — несостоятельность научного обеспечения аграрной политики, что вызвало нигилистическую реакцию по отношению к химизации вообще. Возникло направление альтернативного земледелия с полным отказом от минеральных удобрений и пестицидов, с возвратом к традиционному земледелию, основанному на ручном труде и якобы беспестицидному благоденствию (М.С. Соколов, Б.П. Боинчан).
Понимание "системы земледелия" различалось у разных школ. Так, A.C. Ермолов и Д.Н. Прянишников понимали систему земледелия как способ использования земли для возделывания определенных культур. В.Р. Вильяме трактовал систему земледелия как комплекс агротехнических мероприятий, направленных на восстановление, поддержание и повышение плодородия почвы, полагая, что на плодородной почве все что надо вырастет. В своих ранних работах В.Р. Вильяме пропагандировал девиз К.А. Тимирязева; "кормить растения, а не почву". У него же находим начала адаптивного земледелия. Он обосновал различное распределение земных факторов плодородия по элементам рельефа: вода и пища распределены неравномерно на водоразделе, склонах и в долине. Культурные растения предъявляют к факторам жизни разные требования, эти требования можно удовлетворять, если располагать растения в соответствии с распределением факторов
17