Тема: Природные факторы, лимитирующие развитие вредных объектов
Содержание:
Факторы, лимитирующие развитие вредных объектов

Теоретической основой построения современных систем защиты является четкое представление о закономерностях динамики популяции вредных и полезных организмов, специфике формирования и развития агроэкосистем. От этих представлений зависит выбор приемов оптимизации фитосанитарной обстановки, обоснование систем и технологий сбора и обработки информации и то, как использовать ее для принятия решений о целесообразности применения тех или иных приемов защиты. Следовательно, теоретические основы – это база, опираясь на которую возможно разрабатывать современные системы управления в различных зонах.
Конечной целью интегрированных систем защиты растений является регулирование численности вредных объектов путем управления популяционными отношениями в агроэкосистемах. В качестве основных факторов, влияющих на эти отношения, выделяются следующие: эдафический фон, энергетические ресурсы организмов, климатические факторы, внутривидовые и межвидовые отношения и антропогенные факторы (организационно-хозяйственная деятельность и селекция сельскохозяйственных растений).
Эдафический фон – это фактически материальная среда, с которой связано существование организмов. Практически – это почва с ее структурой, влажностью, кислотностью и другими характеристиками. С почвой связано существование всех организмов, входящих в состав агроэкосистем.
Эдафический фон играет двоякую роль в экологии. Во-первых, почва – среда для растений, которые создают энергетическую базу для фитофагов и потребителей (консументов) более высоких порядков. Почва в сочетании с климатом определяет видовой состав растений, их продуктивность. Во-вторых, это среда для животных и патогенов растений, от нее зависит возможность их выживания в периоды активного состояния и анабиоза. Поэтому эдафический фон можно считать не только ареной, на которой протекают жизненные процессы, но и активным фактором, который отбирает организмы с определенной системой адаптаций (приспособительности) к тем или иным почвенным условиям. Эти адаптации обусловлены отбором морфологических признаков, связанных с передвижением в почве и по ее поверхности. Причем организмы, хорошо приспособленные к данному типу почв, эффективно передвигаются с наименьшими энергетическими затратами. Это подтверждает важное значение эдафического фона в экологии.
Энергетические ресурсы, необходимые для формирования развивающихся организмов, размножения и компенсации затрат всех видов энергии, связанной с двигательной активностью, добыванием и усвоением органической продукции, поступают за счет органических веществ растений, поддающихся усвоению. Только растения (аутотрофы) способны создавать органические вещества под воздействием солнечной энергии, которые служат кормовой базой и источником энергии для всех форм консументов (потребителей). Чем доступнее растения для потребителей и чем больше они удовлетворяют их по биохимическому и водному составу, тем оптимальнее эти энергетические ресурсы для данного вида.
Среди фитофагов выделяют полифагов, олифагов, монофагов. Полифаги питаются видами растений из разных семейств, олифаги – растениями из одного семейства, а монофаги только одним видом растений. Отношения растений и фитофагов в эволюционном плане складывались как процесс взаимного приспособления. Растения вырабатывали определенные барьеры самозащиты (морфологические, биохимические, фенологические) и запасы прочности – компенсаторные возможности.
Преодоление этих барьеров вело к кормовой специализации фитофагов и выработке типов и форм питания (экзофитные – внешние, эндофитные – внутренние; сосущие и грызущие).
В итоге взаимоотношения растений и фитофагов привели к образованию механизмов саморегуляции. У поврежденных растений включаются резервные механизмы самозащиты, в результате чего повышаются воспроизводительные возможности или подавляются активности фитофагов. Например, травмирование отдельных растений на разных этапах онтогенеза ведет к изменению их фенологии и кормовой ценности для фитофагов. Полное уничтожение отдельных растений ведет к повышению продуктивности сохранившихся. Все это ускоряет восстановление исходного состояния популяции растений.
Вмешательство человека в этот процесс привело к тому, что отбирались и создавались наиболее продуктивные сорта, что ослабляло их самозащитные свойства, и они становились все более доступной и благоприятной кормовой базой для определенных видов. В связи с этим расширялся состав вредных видов и повышалась интенсивность использования ими созданной человеком энергетической базы. Менялись доминантные виды.
В настоящее время известны следующие общие закономерности формирования и изменения вредной фауны.
1. Развитие с.-х. производства сопровождается повышением значения специализированных форм, а полифаги приобретают повышенную специализацию в отдельных регионах.
2. Вредоносность вредного вида повышается по мере создания для него благоприятных условий вследствие организации и технологии растениеводства, которые складываются в регионе.
3. Агрессивность вида увеличивается вслед за ослаблением устойчивости к нему культурных растений в связи с неблагоприятными условиями для их развития (выращивание культуры за пределами оптимальной зоны, неблагоприятные погодные условия отдельных лет или неправильный подбор агротехнических приемов). По той же причине наиболее уязвимыми становятся те части растений, которые проходят развитие в худших условиях. При продвижении культурна север наиболее уязвимыми становятся фазы всходов и созревания.
Патогены растений, как и фитофаги, подразделяются по степени их специализации. Эта специализация выражена более четко, чем у вредителей.
Обычно заражение культурных растений зависит от агрессивности возбудителей и восприимчивости растений; доступности имеющихся естественных барьеров для проникновения возбудителя в поражаемые ткани растений; от того, насколько оптимален биохимический состав поражаемых тканей для развития возбудителя, насколько благоприятны для него внешние условия. В настоящее время происходит изменение состава доминирующих видов патогенов и общее их расширение. При этом некоторые формы, обычно живущие на отмирающих тканях (сапрофиты) и не вредившие ранее здоровым растениям, становятся паразитами – возбудителями болезней. Это связано с тем, что сорт или изменившаяся технология выращивания старого сорта привели к тому, что этот сорт стал доступным для патогенов.
Все болезни культурных растений разделяются на 2 основные группы: моноциклические – возбудители образуют в течение сезона одну генерацию спор (твердая головня) и полициклические – возбудители образуют несколько генераций спор в течение сезона (мучнистая роса).

При моноциклических болезнях число поражений зависит от исходного числа спор, определяющих первичное заражение; при полициклических болезнях количество поражений зависит не только от исходного числа спор, но и от скорости образования новых генераций спор, числа среди них жизнеспособных.

Скорость развития болезни (основной показатель эпифитотии) зависит и от характера устойчивости растения-хозяина.

Ее можно разделить на две группы: устойчивость, проявляющаяся в виде реакции сверхчувствительности и чаще всего связанная с образованием фитоалексинов и других токсических продуктов, препятствующих развитию паразита, и устойчивость, связанная с механическими и фитоцидными барьерами, недостатками для развития паразита питательных веществ. При первом типе устойчивости развитие паразита останавливается, при втором – осуществляется длительный контакт между паразитом и растением-хозяином, но это не приводит к эпифитотиям (вспышкам болезни на большой территории).

Таким образом, любая группа особей может нормально развиваться и выживать в занятом регионе только при условии достаточного энергетического ресурса органических веществ для компенсации всех форм энергетических затрат.

Какой уровень вреда может причинить вредный объект продуктивности растений, судят по косвенным показателям, которые собирают в оперативной фитосанитарной диагностике. Первый показатель – это этап органогенеза, на котором произошло поражение патогеном или заселение вредителем, второй показатель – сопоставление сроков уборки урожая и периода фенологии вредного объекта.

Количественные и качественные оценки кормовой базы проводят при изучении экологии и физиологии вредных объектов. В оперативной фитосанитарной диагностике сопоставляются только степень завершения определенных этапов онтогенеза культуры к моменту ее поражения патогеном и заселение вредителем и наступление сроков уборки урожая к определенному периоду фенологии вредного объекта. По этим косвенным показателям судят о степени оптимальности для вредного объекта сложившейся кормовой базы в ходе сезона и о вероятном уровне вреда продуктивности растений, который он может причинить.

Климатические факторы служат для всех организмов регуляторами их жизненных циклов и ритмов активности, так как они определяют накопление и расход энергетических ресурсов для растений, создающих энергетическую базу земли. Климатические факторы обусловливают саму возможность синтеза органических веществ, ритмы и интенсивность этих процессов, от которых зависит жизнеспособность продуцентов и консументов всех уровней. В итоге климатические факторы, и прежде всего гидрометеорологические условия, становятся важнейшим элементом экологической обстановки для всех организмов агроценозов.

Применительно к интересам фитосанитарной диагностики используются следующие показатели, собираемые по строго определенному режиму:
  • t воздуха (°C) – среднесуточная, максимальная за сутки и год (за конкретный год и средние многолетние данные);
  • продолжительность сезона (в днях) – весны, когда среднесуточнаяt = 0 - 15°C, лета t > 15°C, осени t <15°C до 0°С и зимы – ниже 0°С.
Эти оценки проводят по отдельным годам и в сопоставлении со средними за многолетний период:
  • влажность воздуха (в %) в часы стандартного измерения температуры, дневная и сезонная динамика влажности воздуха, продолжительность (в часах) в течение суток состояния влажности выше или ниже определенного порога;
  • атмосферное давление (в мм рт. ст.) по дням сезона;
  • осадки (в мм) – дневные суммы и продолжительность выпадения (в часах), интенсивность (количество за отрезок времени), суммы за декаду, месяц, сезон данного года и многолетние данные за определенные периоды;
  • температура почвы (°С) на поверхности и на глубинах 5, 10 и 20 см, минимальная за сутки, сезон и год;
  • влажность почвы (мм), запасы продуктивной влаги на разных глубинах;
  • сроки образования устойчивого снежного покрова (даты), его глубина (в см) и продолжительность пребывания на почве (дни);
  • погодные аномалии (выпадение града, ледяная корка, длительность сохранения льда);
  • образование росы – время выпадения, продолжительность сохранения;
  • продолжительность светлого времени суток;
  • ветер – приоритетное направление и скорость в среднем за сутки;
  • заморозки – сроки наступления осенью и весной;
  • продолжительность солнечного излучения и интенсивность, суммируемая по суткам.
В оперативной фитосанитарной диагностике при оценке и прогнозе степени оптимально складывающейся экологической обстановки для посевов, насаждений и вредных организмов широко используются как отдельные перечисленные элементы, так и их сочетания, с этой целью их обрабатывают по определенно сложившейся методике.
Следует подчеркнуть, что для различных фитосанитарных прогнозов можно использовать соответствующие прогнозы изменения гидротермического режима. Однако для этого надежность прогнозов погоды недостаточна. В то же время при ошибке прогноза погоды ошибка фитосанитарного прогноза возрастает на несколько порядков. Поэтому в фитосанитарной диагностике все оценки роли климатических факторов идут не по прогнозу их состояния, а на основании учета фактически сложившегося положения. При этом учитывается, что степень оптимальности среды для любого организма, в том числе и климатических факторов, в течение его онтогенеза (период развития одного поколения) формирует его жизнеспособность.

Этим в значительной мере у многих вредных видов определяется характер реакций на среду, в которую они затем попадают, их выживаемость, размножение и вымирание. Именно это дает возможность использовать характеристики определенных показателей климатических факторов для фитосанитарного прогноза.

Влияние среды в онтогенезе формирует фенотип организма. Подавляющее большинство вредных объектов относится к пойкилотермным организмам (с постоянной температурой тела). Их развитие контролируется уровнем температуры и накоплением ее активного влияния. На этой основе широко используются расчеты сроков развития вредных организмов и культурных растений по суммарной эффективной температуре (выше определенного порога, при котором начинается развитие). Суммарная эффективная температура (СЭТ) широко используется при расчете фенологии объекта наблюдения. В воздушной среде эффект влияния температуры коррелируется с относительной влажностью. Для более общей характеристики гидрорежима сезона или региона в целом в сравнении с другими пользуются сочетанием суммы выпавших осадков с уровнем температуры воздуха. Количественную характеристику гидрорежима теплого периода года выражают гидротермическим коэффициентом (ГТК).

ГТК = Сумма осадков за теплый период х 10/Сумма активного тепла (выше 10°С) за этот же период

Значение ГТК, равное 1,0 - 1,5, характеризует оптимальное увлажнение, >1,5 – избыточное, <1,0 – недостаточное, <0,5 – слабое. Учитывают при этом и запас влаги в почве, она вносит коррективы в конечную оценку гидрорежима сезона.
Внутривидовые отношения обычно принято рассматривать, прежде всего, как конкуренцию за важнейшие, но ограниченные ресурсы жизнеобеспечения. В действительности внутривидовые отношения строятся многообразно и преимущественно направлены на исключение конкуренции.
Пространственная структура организмов складывается всегда так, чтобы исключить внутривидовую конкуренцию за ресурсы среды и в то же время обеспечить необходимые контакты особей при сложившейся для вида подвижности и энергообеспеченности.
При нарастании численности вида не происходит уплотнение агрегаций (не увеличивается скученность), расширяется площадь, занимаемая каждой агрегацией, и увеличивается их численность. Это основное положение служит теоретической основой совершенствования методов учета плотности популяции и понятия сущности динамики численности вида.
В большом диапазоне отмечается изменчивость внутривидовых отношений в зависимости от соотношения факторов среды.

Каждая группировка видов представлена набором генотипов, между которыми идет непрерывная гибридизация. Особи, относящиеся к разным генотипам, отличаются в определенных пределах по своим реакциям на климатические факторы, корм и др. В итоге при неблагоприятных условиях не все генотипы одинаково от этого выигрывают, а при экстремальных – не все одинаково проигрывают. В группировках вида постоянно идет изменение количества и соотношений разных генотипов и в то же время скрещивание их. Все это обеспечивает поддержание жизнеспособности вида в меняющихся условиях среды и ведет к закреплению доминирования тех генотипов, которые способны наиболее эффективно использовать сложившуюся среду. Надо учитывать приспособляемость и изменчивость.

Межвидовые отношения принципиально различаются у форм, относящихся к одной трофической группе и принадлежащих к разным трофическим уровням. У первых очень редко отмечаются межвидовые отношения. В норме адаптация направлена на заселение различающихся экологических ниш. Виды дифференцируются по потребностям в корме, по характеру питания, по сезонам активности, то есть наблюдается приспособление к совместному существованию разных видов одной трофической группы путем размежевания по потребностям. Это отмечается у фитофагов и патогенов растений. И все же могут возникать ситуации, когда активность одного вида может привести к угнетению другого, но не непосредственно, а путем обеднения или уничтожения его кормовой базы, что отмечается в сельскохозяйственной практике и учитывается при разработке фитосанитарных мероприятий.
У форм, относящихся к разным трофическим уровням (жертва – хищник, хозяин – паразит, хозяин – патоген) в принципе отношения антагонистические, но и в них заложено приспособительное начало. Оно заключается в том, что взаимоотношения этих антагонистических компонентов строятся на взаимовыгодных началах. Любой хищник и паразит могут выжить, если жертва компенсирует все его материальные и энергетические потребности, связанные с добычей и усвоением пищи (развитием, ростом, размножением). Для этого требуется, чтобы жертва всегда сохранялась в таком количестве, при котором ее доступность для хищника не вынуждала бы его тратить больше энергии, чем он способен компенсировать, добыв ее. Это достижимо в том случае, если хищник (паразит) удовлетворяет свои потребности за счет наименее защищенных и потому наиболее доступных для него особей, не составляющих ядро жизнеобеспечения популяции жертвы.
По мере их истребления хищник и паразит вынуждены прибегать к использованию таких хозяев, на поиск и добывание которых (освоение) им приходится тратить больше времени и энергии, чем они способны по жизненному регламенту и компенсируемости затрат. Это ведет к изреживанию хищников и паразитов, что ослабляет их пресс на жертву. Восстановление ее плотности идет за счет наиболее жизнеспособных особей.

Так балансируют отношения на всех уровнях хищник - жертва и паразит – хозяин. Аналогично складываются отношения хозяина и патогена. Здесь у хозяина меняется устойчивость, а у патогена – агрессивность (способность наносить различающиеся по конечному эффекту поражения хозяину).

Антропогенные факторы связаны, в основном, с организационной и хозяйственной деятельностью человека и имеют два аспекта: селекция растений, организация и технология растениеводства.
Селекция растений велась на протяжении всей истории растениеводства. Вначале она шла по линии отбора форм, обладающих выносливостью к неблагоприятным (прежде всего климатическим) факторам, а также лучшей продуктивностью в качественном и количественном отношении.

В ХХ веке ускорился процесс формирования новых форм культурных растений в связи с использованием методов гибридизации и подбора для этого исходного материала. Это привело к выведению сортов культурных растений с высокими продовольственными или техническими качествами, с большей чувствительностью реакций на формирующий агрофон.