1. КРАТКАЯ ПРИРОДНО-КЛИМАТИЧЕСКЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЗОНЫ НЕУСТОЙЧИВОГО УВЛАЖНЕНИЯ
Ставропольский край расположен на юге Европейской части РФ, в Предкавказье. Площадь территории - 66160 км2. Зона неустойчивого увлажнения охватывает центральные районы края: Грачевский, Изобильненский, Кочубеевский, Красногвардейский, Андроповский, Новоалександровский, Труновский, Шпаковский.
Большая часть территории занята возвышенностью, переходящей на востоке в низменность. На севере возвышенность сливается с впадиной. В полосе предгорий выделяется район Кавказских Минеральных Вод с горами высотой до 1401 м.
Почвенный покров в зоне неустойчивого увлажнения представлен черноземами южными и обыкновенными. Морфологические и физико-химические особенности черноземов южных имеют сходство с черноземами обыкновенными и темно-каштановыми почвами. Являясь переходными почвами от зоны черноземных почв к каштановым почвам, они наложили признаки черноземов и темно-каштановых почв. Черноземы южные характеризуются мощным гумусовым горизонтом, равным в среднем 83 см, при горизонте А – 38 см. Окраска пахотного горизонта темно-серая с каштановым оттенком. Профиль почвы довольно рыхлый. Относительно небольшое содержание гумуса.
Растительность края представлена фрагментами полынно- и разнотравно-дерновинных злаковых, типчаково-ковыльных, луговых и переходных к ним степей, на востоке полупустынной и псаммофильной на песчаных почвах растительностью, на юге - субальпийскими или близкими к ним лугами. Общая площадь природных травянистых сообществ, проходящих по статистике как естественные сенокосы и пастбища, составляет свыше 1,5 млн. га. Коренная интразональная растительность характеризуется наличием ясеневых, грабовых, дубовых и буковых лесов лесостепи; байрачных ясеневых и пойменных ивовых, тополевых, берестовых и бересто-дубовых лесов; галофитных лугов с разной степенью увлажнения - от сильной (болота-плавни) до относительно невысокой (настоящие и остепненные луга). В настоящее время 60% территории края распахано, степи в естественном виде практически не сохранились. Леса занимают ? 3,8% территории. Дубово-грабовые леса распространены на высоте 800-1000 м, дубово-буковые - 1100-2000 м, выше находятся хвойные (пихта, ель), субальпийские и альпийские луга.
Климат в этих зонах резко континентальный. Самым благоприятным временем для начала полевых работ является обычно последняя декада марта и первая декада апреля, когда почва подсыхает до мягкопластичного состояния, но в разные годы эти сроки могут отклоняться.
К положительным сторонам климата относятся: длительный вегетационный период, высокая сумма положительных температур, сравнительно мягкая зима, достаточное увлажнение.
К отрицательным - зимние оттепели, часто ливневый характер дождей. В целом климат в зонах с неустойчивым увлажнением благоприятен для возделывания большинства сельскохозяйственных культур и позволяет, при соответствующем росте материально - технической базы, значительно увеличить наращивание биологической массы.
Одним из решающих факторов формирования урожая является водный режим, который зависит от количества и интенсивности выпадения осадков в течение года и вегетационного периода.
Основные климатические показатели приведены в таблице 1.
Таблица 1 - Среднемноголетние осадки и температура в зоне неустойчивого увлажнения
Показатель Месяцы Сумма осадков за год
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Сумма осадков, мм 17 17 25 40 57 78 69 50 46 34 31 19 483
Температура воздуха, ?С -3,8 -3 2 8,8 15,5 19,6 22,7 21,8 16,6 10,5 3,4 -1,3 9,4
Таким образом, среднегодовая температура воздуха равна +9,4°С. Самыми холодными месяцами являются январь и февраль со средней температурой -3,8°С и -3°С. В отдельные дни температура может понижаться до -30°С. Среднемесячная температура июля +22,7°С, иногда может достигать +40–42°С. Нередки в период лета суховеи, которые понижают относительную влажность. Продолжительность вегетационного периода 216-219 дней и находится в пределах 1 апреля – 5-7 ноября. Сумма температур в этот период составляет 3200°С – 3400°С, что позволяет выращивать теплолюбивые культуры.
За год в среднем выпадает до 483 мм осадков.
2. БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ КУКУРУЗЫ
Кукуруза - теплолюбивое растение, семена прорастают при прогревании почвы в слое 0-10 см до +10°С. Рост вегетативной массы происходит при среднесуточной температуре воздуха выше +10°С.
У кукурузы различают следующие наиболее значимые фазы формирования растения: всходы, пятый лист, седьмой-восьмой листья (период интенсивного роста), выметывание метелки, цветение метелки и початка, полная спелость.
Всходы появляются на 7-15 день после посева, в зависимости от температурного режима и влажности почвы.
По достижении стадии 5-6 листьев, обычно рост надземной части кукурузы приостанавливается. Это связывают с интенсивным развитием корневой системы.
Корневая система у кукурузы мочковатая, состоит из нескольких ярусов. Зерно прорастает одним зародышевым корешком, от которого ответвляются боковые зародышевые корни, составляющие первый ярус корневой системы. Из первого узла подземной части стебля образуются первичные корни (второй ярус корневой системы). Из других подземных узлов стебля образуются узловые корни (третий ярус корневой системы). Из надземных узлов, находящихся у поверхности почвы, образуются опорные (воздушные) корни, которые, углубляясь в почву, обеспечивают устойчивость растений. При окучивании растений воздушные корни образуют дополнительную мочковатую систему, принимающую участие в питании.
Основная масса корней расположена на глубине 30-60 см, часть корней проникает на глубину 150-200 см. При недостатке влаги в верхнем слое в начале вегетации корни распространяются вглубь, при обильном увлажнении верхнего слоя корни ветвятся у поверхности почвы. Растения с корневой системой, расположенной близко к поверхности почвы, хуже переносят недостаток влаги во время цветения, чем растения с корневой системой, проникающей глубоко.
После появления 8-го листа начинается интенсивный рост растения. За сутки он может достигать 5-6 сантиметров. В это время возможно образование боковых побегов - пасынков. Причины образования их следующие: низкая температура на ранних этапах вегетации; разреженный посев; большое количество азотных удобрений. Критическим периодом в вегетации кукурузы считается 10 дней до цветения, цветение и 20 дней после цветения. Этот период наиболее значимый для формирования урожая зерна.
Кукуруза - перекрестно-опыляемое, однодомное, раздельнополое растение, имеющее мужское соцветие (метелку) и женское соцветие (початок). В процессе цветения метелки происходит формирование пыльцы (пыльцевых зерен) в пыльниках метелки и их выброс. Время цветения метелки различное у разных гибридов, образцов и составляет, в зависимости от погодных условий от нескольких часов до 7-9 дней. Цветение початка видно по наличию тычиночных нитей - рылец. Сначала из обертки початка показывается тычиночные нити от основания, последними - верхушки початка. При благоприятных условиях цветение метелки, как правило, начинается одновременно или на 2-3 дня раньше появления рылец початка.
Условия внешней среды во время цветения сильно влияют на формирование початка. При дефиците влаги, недостаточном питании, сильной засоренности сорняками развитие початка отстает от развития метелки. Оптимальным для кукурузы считается 450 - 600 мм осадков за сезон вегетации. Разрыв между цветением метелки и початка может увеличиваться на 3-4 дня. Явление, когда происходит задержка между цветением мужских и женских цветков называется протандрия. В результате этого явления часть женских цветков не опыляется пыльцой и не образует зерен. Такие початки имеют меньше зерен в ряду и в початке в целом, также наблюдается череззерница. Высокая температура и низкая влажность воздуха снижают жизнеспособность пыльцы и также отрицательно отражаются на опылении и озерненности початков. При температуре воздуха днем выше +30°С и относительной влажности менее 30% нарушаются нормальные процессы цветения и опыления: подсыхают нити початка, в результате пыльцевые зерна, попадающие на них не имеют возможность прорасти и погибают, в следствие чего женские цветки оплодотворяются не все.
После оплодотворения происходит налив зерна. Различают молочную, молочно-восковую, и восковую стадию спелости. В эти периоды происходит накапливание запасаных веществ в зерне. Они представлены сначала в виде сахаридов, которые в дальнейшем в результате реакций полимеризации преобразуются в олиго-, а далее в полисахариды (крахмал).
Важным этапом, завершающим вегетационный период является появление черной точки. Она отчетливо видна на основании зерновки. Появление ее означает окончание налива зерна. При этом, в зависимости от спелости гибрида, влажность зерна составляет 36-42%.
Цветение и оплодотворение происходят более интенсивно в условиях короткого дня и при коротковолновом спектре света. Длина вегетационного периода определяется, прежде всего, генетическими особенностями гибридов и сортов. Каждый гибрид для достижения полной спелости зерна требует определенной суммы эффективных температур. Для получения максимального урожая зерна должны использоваться гибриды той группы, потребности которой в тепле и свете соответствуют таковым в зоне возделывания.
Кукуруза требовательна к элементам питания. Высокий урожай кукурузы на зерно можно получать только при достижении или достаточного количества питательных элементов: с 10т зерна/га, выносится: азота – 350-370кг/га, фосфора – 80-120кг, калия – 350-390кг/га.
Калий обеспечивает водоудерживающую способность коллоидов клеток, улучшает обмен веществ, повышает жизнеспособность растений. Он стимулирует фотосинтез, усиливает поступление воды в клетки, повышает осмотическое давление и тургор, уменьшает транспирацию, снижает коэффициент водопотребления. При недостатке его замедляется рост, растения приобретают темно-зеленую окраску, затем верхушки и края их желтеют и засыхают. При калийном голодании корневая система слабо развивается, у растений снижается устойчивость к полеганию.
В начале вегетации кукуруза интенсивно поглощает калий, его содержание в проростках повышается в сравнении с содержанием в зерне в 8 10 раз. Энергичное поглощение калия достигает максимума за 10 – 12 суток до выметывания метелки, а потом очень быстро уменьшается. После окончания цветения поступление калия в растение почти прекращается
Азот. Недостаточное количество азота в почве отрицательно сказывается на развитии корневой системы, в результате уменьшается поступление других элементов питания в растение, ухудшается работа ассимиляционного аппарата. Нарушение жизненных процессов вследствие азотного голодания вызывает пожелтение листьев, преждевременное их отмирание, что отрицательно влияет на продуктивность растений и качество зерна.
Фосфор необходим в течение всей вегетации и поступает в растение до полного созревания зерна. Потребность в нем ощущается с первых этапов жизни растения. Под его влиянием сокращается период роста листьев, ускоряется проникновение корней в нижние слои почвы, что особо важно при возделывании кукурузы в районах недостаточного и неустойчивого увлажнения. Недостаток фосфора в почве задерживает рост и развитие цветков и зерен в початках кукурузы. При недостатке фосфора листья становятся темно-зелеными с фиолетово-красным или лиловым оттенком и постепенно отмирают.
3. БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ РАЗВИТИЯ ОСНОВНЫХ ВРЕДИТЕЛЕЙ, БОЛЕЗНЕЙ И СОРНЯКОВ
Наряду с положительными сторонами, возделывание кукурузы создают и некоторые экологические проблемы: распространение сорняков, вредителей и болезней. Недоборы урожая от болезней и вредителей составляют 8—12%, а иногда 20% и более.
К основному числу вредителей можно отнести хлопковую совку, проволочников и лугового мотылька.
1. Хлопковая совка (Helicoverpa armigera) – одна из самых распространенных вредителей многих сельскохозяйственных культур. Относится к Классу Насекомые – Insecta, Отряд Чешуекрылые (Бабочки) – Lepidoptera, Семейство Совки (Ночницы) -Noctuidae.
Как правило, до выметывания метелки гусеницы питаются тканями листьев, потом переходят на питание пыльниками метелки. В период цветения и позже они питаются скопившейся в пазухах листьев пыльцой, листовыми обвертками початка, пестичными нитями и зерном в фазе молочной и молочно-восковой спелости. Помимо прямого вреда, хлопковая совка наносит также косвенный вред, поскольку поврежденные ею ткани растений поражаются грибными заболеваниями, в первую очередь пузырчатой головней и фузариозом початков.
Лет бабочек начинается при среднесуточной температуре + 18°C – +20°C. В результате одно поколение накладывается на другое и лет длится до октября – ноября, без перерыва. Бабочки отрождаются неполовозрелыми. Для окончания развития им необходимо дополнительное питание на цветущей растительности.
Откладка яиц наблюдается через 3–4 дня после вылета. Самки откладывают вразброс на нити початков, метелки и опушенные части растений, иногда по два – три яйца. Плодовитость от 300–500 до 2700 яиц.
Длительность развития эмбриона зависит от температуры окружающей среды. Летом и весной продолжается – 2–5 суток, осенью – 8–10 суток, до 12 суток.
Личинка (гусеница) развивается 13–22 дня, линяет пять раз, и проходит через шесть возрастов. Оптимальная температура развития +22°C – + 28°C. Молодые гусеницы скелетируют листовые пластинки. Гусеницы старших возрастов объедают почки, листья, завязи. Массовое размножение возможно только на посевах культурных растений.
Гусеницы окукливаются чаще всего в почве, иногда в початках кукурузы. Летом куколка развивается 10–15 суток.
Имаго выходят из куколок, проходят дополнительное питание на цветущей растительности, спариваются и приступают к откладке яиц.
Развитие одного поколения длится 30–35 суток. За год развивается от 2 до 4 поколений в зависимости от климатических условий места обитания.
2. Проволочник (Elateridae) отнсятся к Классу Насекомые (Insecta), Отряд – Жесткокрылые или Жуки (Coleoptera), Семейство Щелкуны (Elateridae).
Вредящая фаза - личинки. Личинки жуков (проволочники) питаются главным образом подземными частями растений. На кукурузе могут вредить в течение всего периода вегетации, сильнее - при уменьшении влажности почвы. Питаются высеянными семенами, проростками, корнями и паренхимой стеблей. В период от прорастания семян до начала стеблевания проделывают сквозные ходы в высеянных семенах и подземных частях стеблей, перегрызают корни. Такие растения увядают, погибают, и высохшие остатки выдуваются из посевов, в результате чего образуются характерные пустоты в рядках. Летом в сухую жаркую погоду проволочники наносят повреждения и на более поздних фазах развития растений. Если ход, проделанный проволочником, на порядок меньше диаметра стебля кукурузы, нарушение проводящей системы растений не приводит к их гибели, но вызывает отставание в росте. При наличии нескольких ходов возможен надлом стебля.
В результате раннего сева кукурузы развитие растений в первые фазы замедляется из-за низких ночных температур, что делает посевы более уязвимыми к повреждениям проволочниками. В зависимости от условий погоды вредоносность проволочников может быть различной. Наибольший вред они наносят, когда весна и начало лета были холодными. Изреженность посевов может достигать 35-40%.
Сразу после вылупления проволочники светлые, прозрачные, голова желтоватая. Длина – 1,5–2,2 мм. Развитие личиночной фазы продолжается от одного сезона до нескольких лет у разных видов.
При неблагоприятных условиях происходит задержка в развитии личинок. Количество линек и число возрастов у проволочников не ясно. Количество их колеблется у разных видов от 7 до 14, а у личинок одних и тех же видов изменяется в зависимости от условий развития (температуры, влажности, корма и пр.). Обычно личинки щелкунов линяют один раз в год от рождения и два раза – весной и осенью – в последующие годы развития.
Линька проволочников является не только результатом роста, но и связана с физиологическими процессами в организме. При неблагоприятных условиях число линек увеличивается.
Темп роста личинок изменяется в зависимости от года жизни. В первые годы интенсивность роста больше, в последующие замедляется.
Личинка каждого возраста в течение своего развития проходит три периода: Период питания – личинка активно передвигается в поисках корма и питается; Период подготовки к линьке – личинка прекращает питание, уходит в оптимальные по влажности слои почвы и делает пещерку;Период линьки – личинка располагается в пещерке.
В условиях недостатка влажности почвы наблюдается задержка в наступлении линьки. Такие личинки малоактивны. Они не линяют и не питаются в течение 2-3 месяцев. Вес личинки за этот период сохраняется на одном уровне.
Развитие личинки включает в себя длительную зимовку. Это приводит к тому, что большую часть жизни личинка не питается.
Закончив питание, проволочники делают колыбельки или пещерки. В них личинки окукливаются.
3. Луговой мотылёк (Loxostege (Pyrausta) sticticalis L.) Луговой мотылек способен питаться на растениях, относящихся к 35 семействам. Относится к Классу Насекомые - Insecta, Отряд Чешуекрылые (Бабочки) - Lepidoptera, Семейство Oгневки ширококрылые - Pyraustidae.
Гусеницы повреждают листья, выгрызая отверстия, скелетируют их или съедают листовую пластинку полностью, оставляя одни черешки; иногда они объедают стебли (например, всходов картофеля) и генеративную часть растений.
Поврежденные растения отстают в росте или погибают. В годы массового размножения (раз в 8 - 10 лет) большие скопления гусениц могут перемещаться с одних посевов на другие, поедая на своем пути любые пригодные для этого растения.
Интенсивность размножения лугового мотылька существенно зависит от погодных условий в период массового лёта бабочек. Если в этот период преобладает температура не ниже 16 - 17°С, а количество осадков численно равно сумме средних декадных температур или превышает ее, то создаются благоприятные условия для резкого увеличения численности вредителя.
Зимуют гусеницы, закончившие питание, в почве в коконе, расположенном вертикально у самой поверхности. Зимующие гусеницы очень устойчивы к холоду (выдерживают температуры до -30°С) и обычно не вымерзают зимой. Лёт бабочек начинается в мае при среднесуточной температуре не ниже 17°С. Днем бабочки малоактивны и почти не летают. Массовый лёт наблюдается в вечерние и утренние часы в теплую погоду.
Гусеницы младших возрастов лугового мотылька оплетают листья кормовых растений паутиной, а старших - живут открыто, они очень прожорливы и подвижны. В своем развитии гусеница проходит шесть возрастов, В различных частях ареала развивается от одного до трех поколений.
К основным болезням кукурузы можно отнести гельминтоспориозную пятнистость листьев, фузариоз початков и пузырчатую головню.
1. Гельминтоспориозная пятнистость листьев (Helminthosporium maydis). Относится к отдел Ascomycota, класс Ascomycetes, подкласс Dothideomycetidae, порядок Pleosporales, семейство Pleomassariaceae.
Гельминтоспориозная пятнистость листьев кукурузы (северный гельминтоспориоз) - вредоносное заболевание, которое приводит к снижению урожайности зерна и зеленой массы. При сильном развитии болезни в фазу молочной спелости недобор урожая превышает 30%.
Зимовка патогена проходит на семенах и на растительных остатках в почве. Гриб сохраняется на поверхности почвы и в глубине ее до 10 см на остатках растений в виде грибницы. На глубине 20 см и выше патоген обычно гибнет.
Весной перезимовавшая грибница образует конидиальное спороношение. Наличие капельной влаги и температуры от +7°C до +38°C, оптимально +23°C–30°C, приводит к прорастанию конидий. Растения заражаются при прорастании ростковой трубки через устьица, реже через эпидермис.
Благоприятные условия для развития конидий паразита создаются при 100% влажности. В случае отсутствия росы и при снижении влажности воздуха ниже 80% конидиальное спороношение не формируется. За вегетационный период гриб дает 2-3 поколения.
2. Фузариоз початков (Fusarium verticillioides). Относится к Классу Ascomycota, подклассу Sordariomycetidae, порядок Hypocreales, семейство Nectriaceae, род Fusarium.
Фузариоз початков кукурузы - приводит к снижению качественных и количественных показателей урожайности. Установлено, что грибы рода Fusarium способны образовывать в зерне различные микотоксины, вызывающие токсикозы, проявляющиеся у животных в тяжелом поражении печени. Скармливание такого зерна и силоса скоту обычно приводит к летальному исходу. Инфицированные фузариозными грибами семена теряют всхожесть и становятся нежизнеспособными.. Инфекция хорошо сохраняется в послеуборочных остатках растений, особенно в обертках початков.
Возбудитель фузариоза початков кукурузы - почвообитающий патоген, приспособленный к сапротрофному способу развития. Он способен сохраняться в почве и после разложения растительных остатков инфицированных растений.
Другой источник заражения - семена. В природных условиях все источники перекрываются, и разграничить их практически невозможно.
Патоген развивается в основном в конидиальной стадии. В початок инфекция проникает обычно через повреждения, нанесенные гусеницами стеблевого мотылька, совки хлопковой, различными птицами. Нередко развитие фузариоза отмечается на початках, пораженных белью. А так же при наличии генетических повреждений и под плохо прилегающие обертки некоторых гибридных сортов.
Поздней осенью на кукурузных остатках в поле образуется сумчатая стадия развития - темно-синие перитеции. Оптимальная температура для развития гриба 30°C, минимальная 10-14°C, максимальная - 35-39°C. Высокая влажность в период созревания и уборки кукурузы увеличивает количество пораженных початков.
3. Пузырчатая головня (Ustilago zeae). Относится к Отделу Базидиомикота (Basidiomycota), класс Устомицеты (Ustilaginomycetes), семейство Устиляговые (Ustilaginaceae).
Пузырчатая головня кукурузы – одно из самых вредоносных заболеваний. В результате воздействия инфекции выпадают молодые растения, образуются бесплодные початки, в случае их раннего заражения. Либо в значительном недоборе урожая в связи с поражением различных надземных органов. Снижение урожая зависит от количества и размера желваков на одном растений. Образование крупных желваков снижает урожайность на 60% и более. При наличии образований средней величины – на 25%, а при незначительных размерах – 10%.
Пораженные патогеном растения кукурузы не рекомендуется применять в качестве корма ни в свежем виде, ни для силосования, поскольку при формировании телиоспор наросты приобретают токсичность.
Ustilago zeae не распространяется по растению диффузно, и каждое вздутие является самостоятельным заражением. Кроме того, отмечается способность патогена поражать только вегетативные клетки. Так, в початках у зерен поражается только наружная оболочка перикарпия, а в зародыш, нуцеллус и эндосперм инфекция не проникает.
Заражение молодых завязей приводит к полной гибели их клеток.
В метелках желваки образуются при поражении прицветников и ножек пыльников. Могут поражаться оболочки пыльников. При этом пыльцевые зерна атрофируются.
Телиоспоры пузырчатой головни сохраняют способность к прорастанию в течение 4 лет.
Редко источником инфекции являются заспоренные семена.
Грибница при дозревании вздутий распадается, образуя большое количество телиоспор.
Последние разлетаются и становятся первичным источником заражения. Споры способны поражать только молодые, растущие органы растений.
В присутствии капельной влаги телиоспоры прорастают уже через несколько часов. Оптимальная температура прорастания находится в промежутке от +23°C до +25°C. При температуре +12°C споры теряют способность к прорастанию.
У начавших прорастать спор через 15–20 часов образуется росток – базидия, с быстро формирующимися базидиоспорами. Они дополнительно размножаются почкованием, образуя множество споридий (вторичных конидии).
Базидиоспоры и споридии способны перенести понижение влажности в течение 30–35 дней.
Ростковая трубка, образующаяся при прорастании базидиоспор и споридий, иногда непосредственно от базидий, способна проникать в растение только сквозь нежный эпидермис молодых меристематических тканей.
Из ростковых трубок внутри растительных тканей кукурузы образуется гаплоидная нитевидная грибница. Ее гифы копулируют и дают начало формированию диплоидной грибницы, гифы которой толстые и узловатые. Через 20–24 дня из диплоидного мицелия формируются вздутия, в которых созревают телиоспоры.
На протяжении вегетационного периода гриб дает три – четыре, а иногда и пять поколений. Это приводит к сильному заражению посевов к началу уборки урожая.
