Контроль сорняков, насекомых-вредителей и болезней

В естественных экосистемах нет проблем, связанных с вредителями, сорняками или болезнями. Плотность популяций разных организмов регулируется там за счет механизмов поддержания экологического равновесия.

В создаваемых человеком агроэкосистемах такое экологическое равновесие само по себе не формируется. В отличие от естественных экосистем, в которых совместно обитают растения десятков разных видов, человек создает одновидовые или маловидовые посевы – агроценозы. Выращивание культурных растений создает условия для размножения их насекомых-вредителей, а также бактерий, грибов и вирусов, вызывающих болезни. Слабая конкурентная способность культурных растений способствует массовому развитию сорных растений.

Сорные растения, обладающие мощной корневой системой, быстро отрастают весной и перехватывают у культурных растений воду и элементы минерального питания. При массовом развитии сорняков урожай снижается. Человек вынужден применять специальные методы контроля плотности популяций сорняков, чтобы защитить культурные растения. (Рис. 88).

В то же время, если плотность популяций сорных растений невелика, они не только не снижают урожая, но даже могут принести пользу. Имея более глубокие, чем у культурных растений корни, они поднимают в пахотный слой почвы некоторые питательные элементы. При внесении минеральных удобрений сорняки запасают элементы питания в своих подземных органах, уменьшая их бесполезное вымывание из почвы. После отмирания и перегнивания сорных растений элементы питания возвращаются в почвенный раствор и улучшают условия питания культурных растений. Сорные растения – пристанища полезных насекомых-хищников.

Контроль сорных растений чаще всего осуществляют агротехническим методом. При этом проводят культивацию (рыхление междурядий) и осеннюю зяблевую обработку почвы. Такая обработка провоцирует прорастание семян сорных растений, и они гибнут от мороза.

Большую роль играют и биологические методы контроля сорняков, вредителей и болезней. Культуры с густым пологом, например, многолетние травы или озимая рожь, справляются с сорными растениями сами, а для того чтобы помочь более слабым культурным растениям выстоять в конкуренции с сорняками, используют микогербициды (от греческого слова микес – гриб) – споры грибов, поражающих определенные виды массово развивающихся и потому опасных сорняков.

Можно также использовать препараты, изготовленные на основе этих грибов. Весьма эффективны в борьбе с сорными растениями насекомые-вредители, которые выедают их цветочные почки и завязи цветков.

Для контроля многих массовых насекомых-вредителей культурных растений используют их врагов – хищников или паразитов. Хищники поедают насекомых-вредителей, а паразиты откладывают свои яйца в более крупные яйца и куколки вредителей, убивая их (рис. 89).

Селекционеры выводят устойчивые к вредителям и болезням сорта растений. Например, рожь сорта «Чулпан» устойчива к стеблевым паразитам – личинкам мух: не смотря на то, что у части побегов, поврежденных этими паразитами, не образуется колосьев, урожай не снижается – более крупные колосья формируются на здоровых побегах. Новая культура тритикале (гибрид пшеницы и ржи) не боится ржавчинных грибов, которые очень вредят ржи. В тех случаях, когда сорные растения не удается контролировать агротехническими и биологическими методами, применяют гербициды. Гербициды нового поколения используют в невысоких дозах, они быстро разлагаются после применения и не загрязняют ни почвы, ни продукты питания.

У всех культурных растений есть «запас прочности», они легко переносят небольшие повреждения. Если часть листьев съедена, урожай может даже увеличиться, так как сохранившиеся листья получат больше света и диоксида углерода и фотосинтез пойдет активнее. Травостой будет вентилироваться, и на растениях не поселятся паразитные ржавчинные грибы.

Агроэкологи стремятся сформировать в агроэкосистемах подобие экологического равновесия в естественных экосистемах (рис. 90). Взаимоотношения между растениями и животными называются при этом системой полезных симбиотических связей. Главные звенья такой системы – хищные насекомые и насекомоядные птицы. Для их размножения в агроэкосистеме сохраняют (или создают) убежища: небольшие перелески, овражки, лесные полосы, заросшие высокими травами обочины дорог и полей.

Введение системы севооборотов защищает культурные растения от массового размножения вредителей. Включение в севооборот, к примеру, рапса ухудшает условия для развития вредителей пшеницы или гороха.

Контрольные вопросы

1. Почему важно охранять биологическое разнообразие в агроэкосистемах?

2. Что такое контроль плотности популяций сорных растений, какими методами его осуществляют?

3. В чем преимущества биологических методов контроля сорняков?

4. Расскажите о положительных и отрицательных сторонах химических мер контроля сорных растений, вредителей и болезней.

5. Можно ли в ходе селекции повысить устойчивость культурных растений к сорнякам, вредителям и болезням?

6. Между какими элементами агроэкосистемы возможно экологическое равновесие?

7. Что такое система полезных симбиотических связей?

Справочный материал

В настоящее время для контроля насекомых-вредителей используют 300 видов «врагов наших врагов», однако с их помощью можно снизить плотность популяций лишь 150–200 вредных видов, общее же число видов-вредителей на полях мира приближается к 10 тысячам.

Для борьбы с вредителями растений используют мушку из рода трихограмма. Эти крохотные насекомые с размером тела от 0,2 до 0,9 мм, как наездники, садятся на яйцо насекомого-вредителя, протыкают его и откладывают внутрь свое яичко. Одна такая мушка заражает 25—150 яиц, внутри которых развиваются личинки, губящие хозяина.

Биологические методы контроля вредителей предусматривают использование не только насекомых, но и птиц. Одна семья перепелов, поселившаяся на поле сахарной свеклы, способна очистить 10 га культуры от свекловичного долгоносика. В агроэкосистеме с лесополосами и естественными перелесками птицы могут контролировать до 70% насекомых-вредителей.

В 80-е годы прошлого столетия цитрусовые плантации Калифорнии практически полностью погибли из-за завезенного из Австралии вредителя червеца. Пришлось завозить из Австралии и естественного врага червеца – хищного жука родолию, родственника нашей божьей ковровки (рис. 91). Через несколько месяцев после того, как на плантации было выпущено 10 тыс. родолий (129 привезенных жуков размножили в лаборатории), с червецом было практически покончено. Родолия эффективно контролировала плотность червецов, пока плантации не начали обрабатывать препаратом ДДТ. Все родолии погибли, и неуязвимый для ДДТ вредитель вновь стал бичом цитрусовых. Опыт использования родолий остается одним из самых наглядных примеров успешного применения биологического метода.

(ДОП.) § 60. ИСТОРИЯ СЕВООБОРОТОВ

Существует предположение, что земледелие началось в горах и лишь потом постепенно спустилось в речные долины. Много позже оно охватило лесную зону и, наконец, когда у человека появился опыт обработки почвы с использованием тягловой силы животных, наступил черед распашки степей. Но где бы человек ни пахал почвы, вплоть до начала XVIII в. (в некоторых малозалесенных районах еще позже) подход к использованию земли был одинаковым: распахав участок и посеяв на нем ячмень или пшеницу (в Европе), кукурузу или картофель (в Америке), через несколько лет человек забрасывал его и осваивал новый. Ведь на использовавшейся несколько лет подряд пашне урожай падал и посевы сильно засорялись. На брошенном участке возобновлялась естественная растительность и восстанавливалось плодородие почв. Через 10—20 лет этот участок можно было использовать вновь.

Из ранних систем земледелия наиболее известна подсечно-огневая (в лесной зоне; там лес вначале подсекали – надрубали кору, подсушивали и затем сжигали) и залежно-переложная (в степной зоне; там на заброшенной пашне восстанавливались естественные степи), для которых было характерно чередование стадии пашни и естественной растительности. Эти агроэкосистемы были самовосстанавливающимися – израненную плугом почву периодически залечивала естественная растительность.

Население Земли росло, потребность в пище соответственно увеличивалась. Доля пашни в агроэкосистеме возрастала, а доля естественной растительности уменьшалась. Когда способность растительности восстанавливать почву иссякла, пришлось заменять древние системы земледелия севооборотами. В севооборотах почворазрушающие культуры, такие, как ячмень, пшеница, рожь, кукуруза, подсолнечник и др., чередуются с почвоулучшающими – горохом, соей, бобами, многолетними травами. Если севооборот организован правильно, то все взятое из почвы с урожаем возвращается ей почвовосстанавливающими культурами, органическими и минеральными удобрениями.

В севооборотах большое значение играют сидераты – культуры из семейств бобовых (в Нечерноземье – люпин, в Черноземье – донник) или крестоцветных (рапс). Зеленую массу сидератов не убирают с поля, а запахивают в почву как зеленое удобрение. В районах с теплым климатом сидераты можно выращивать до основной культуры или после уборки ее урожая (такие сидераты называются промежуточными культурами), наконец, их можно сеять вместе с основной культурой (например, с кукурузой) и оставить после ее уборки набирать зеленую массу. Немецкие фермеры называют сидераты «золотом земледельца». Их эффективность при удобрении почвы выше, чем у навоза.

Особенности севооборотов зависят от климатических и почвенных условий и от хозяйственной задачи: они могут быть зерновыми, кормовыми (выращиваются разные кормовые культуры: кукуруза, корнеплоды, многолетние и однолетние травы), свекловичными, картофельными. Название севообороту дают по преобладающей культуре.

Чтобы определить, какие культуры и сколько лет возделывать на каждом этапе севооборота и какова будет его общая продолжительность, важно установить последовательность культур. Культура, которая выращивалась на поле в прошлом году, называется предшественником. Горох, обогащающий почву азотом, например, является отличным предшественником для многих культур – всех зерновых и пропашных. Хорошим предшественником для большинства культур является озимая рожь. Она очищает поля от сорняков за счет дружного развития с весны и ранней уборки, позволяющей рано провести зяблевую вспашку и спровоцировать прорастание семян сорняков. Яровые зерновые – пшеница и ячмень – хорошие предшественники для гороха, сахарной свеклы, подсолнечника, многолетних трав, рапса. Подсолнечник не годится как предшественник для пропашных культур, которые высевают с широкими междурядьями, регулярно обрабатываемыми культиваторами, но после него хорошо растет пшеница.

Обычно в севооборот включают еще и паровые поля, почва которых «отдыхает» от интенсивного использования и «подлечивается» (для этого на паровые поля вносят навоз, их очищают от сорняков специальными обработками или гербицидами). Раньше использовались чистые, или черные пары, на которых вегетационный сезон (или хотя бы с весны и до посева озимых) не возделывались культурные растения.

Чистые пары полезны тем, что запасают влагу, которая впитывается в хорошо разрыхленную почву, но у них есть и минусы. Первый из них – экономический: человек лишается полезной площади, с которой можно получить урожай. Второй – экологический: паровые поля особенно сильно подвержены эрозии. Пары усиливают дефицит азота, так как микроорганизмы минерализуют азот гумуса, который переходит в нитратные формы, вымывается дождями и улетучивается в атмосферу.

Этих недостатков нет у занятых паров, когда на паровом поле выращивается почвоулучшающая культура. Эта культура дает урожай или используется как зеленое удобрение и становится залогом урожая будущего года. На занятых парах нет эрозии, но не накапливается влага. Если последующий год будет засушливым, урожай на этом поле снизится.

В разных зонах применяют разные пары. В степях, где в дефиците вода, а черноземные почвы достаточно плодородны, целесообразнее иметь чистые пары, так как главное для будущего урожая здесь – создать запас влаги. Занятые пары используются в районах с большим количеством осадков и лесными почвами, которые бедны питательными элементами.

В степной зоне используются и различные варианты комбинированных паров, например кулисные, когда на поле сохраняются полосы высоких растений, способствующих снегонакоплению и уменьшающих риск эрозии.

Контрольные вопросы

1. Какие системы земледелия использовались до введения севооборотов?

2. Какие требования предъявляют к культуре-предшественнику?

3. Какую роль играют чистые и занятые пары?

4. Что такое сидераты и какова их роль в поддержании плодородия почв?

(ДОП.) § 61. ЭКОЛОГИЯ ЖИВОТНОВОДСТВА

Одомашнивание животных произошло примерно в то же время, что и введение в культуру растений, т.е. около 10 тысяч лет назад. Археологи считают, что первыми были одомашнены овца, коза и собака. (Рис. 92.) Крупный рогатый скот и свинья в хозяйстве человека появились позже.

Сельскохозяйственные животные – главные консументы агроэкосистемы. В разных природных условиях разводят разные виды скота. Для лесной зоны экологически более подходит крупный рогатый скот, для степной – свиньи, в откорме которых большую роль играет зерно. Если имеется много земель, непригодных для пашни (горные склоны, засоленные почвы), оправдано овцеводство. В некоторых районах, где много естественных пастбищ (Якутия, Башкортостан, Татарстан) развито коневодство. Лошади не боятся суровой зимы, их круглый год можно содержать на подножном корме. Из молока кобылиц делают целебный напиток – кумыс. Высокими вкусовыми качествами отличается конское мясо.

Соотношение между растениеводством и животноводством – одно из главных звеньев системы управления агроэкосистемой человеком. Оно устанавливается с учетом экологических требований. Для развития животноводства необходимы и посевы, и естественные кормовые угодья. Если скота мало, то мало и органических удобрений – навоза, и это плохо для растениеводства. Если скота слишком много, происходит разрушение пастбищ или приходится использовать под кормовые культуры слишком много пахотных земель. Преобладание растениеводства выгодно в хозяйствах черноземной зоны, где можно выращивать твердую пшеницу, зерно которой имеет высокую стоимость; преобладание животноводства – в Нечерноземье, где выращиваемые на пашне корма выгодно «пропустить» через сельскохозяйственных животных.

Для повышения прибыльности животноводства нужно повышать эффективность откорма, то есть перехода первичной биологической продукции во вторичную. Если пересчитать корма, расходуемые на получение 1 кг мяса на зерно, то получается, что производство 1 кг мяса коровы, свиньи и бройлера обходится соответственно в 6, 4 и 2 кг зерна. Эффективность откорма рыб такая же, как бройлеров. Этим объясняется широкое развитие производства мяса бройлеров в развитых странах. (Кстати, «американские куриные окорочки», даже с учетом затрат на их транспортировку в Россию, стоят дешевле нашей свинины и говядины.) Самый дешевый животный белок – в молоке, на получение 1 кг такого белка затрачивается около 1,5 кг зерна.

Эффективность откорма повышается при использовании полноценных кормов, содержащих все необходимые элементы питания, особенно белок. Так, в рационе коровы в 1 кормовой единице (1 кормовая единица соответствует питательности 1 кг зерна овса) должно содержаться 125 г белка. Если в силосе или сене белка много, то корма корове требуется меньше.

Повышается эффективность откорма и при уменьшении затрат энергии на сам процесс питания животных. Корова, например, ест не больше 8 часов в сутки. Остальное время она отдыхает и пережевывает жвачку (размельчает то, что было съедено на пастбище или из кормушки в стойле). Чтобы корова за 8 часов съедала достаточное количество травы, травостой на пастбище не должен быть слишком низким (корове неудобно откусывать растения, высота которых ниже 10 см) или слишком высоким.

В зимнее время важно содержать коров в теплых помещениях. Если корове будет холодно, то энергия пищи пойдет не на образование молока и прибавку веса, а на согревание животного. Чем крупнее животное, тем легче ему согреться: бык массой 500 кг переносит холод легче, чем теленок.

В разном возрасте эффективность откорма коров неодинакова: молодое животное лучше набирает вес, у взрослого – привесы резко снижаются. Молоко корова дает несколько лет примерно с одной и той же затратой кормов. Отсюда и два типа содержания скота – мясной откорм, при котором животное содержат не больше года, и молочное разведение, при котором корову доят в течение 5–7 лет.

Важный вопрос экологии животноводства – проблема стоков. На небольших фермах скоту подстилают солому, и навоз смешивается с ней. Эта смесь легко перегнивает и является прекрасным удобрением. Однако на скотоводческих комплексах с тысячами голов скота применяют бесподстилочное содержание животных, а навоз смывают водой. Такой навоз называется бесподстилочным, его нельзя непосредственно использовать как удобрение. Он убивает полезную микрофлору почвы, загрязняет ее болезнетворными бактериями и засоряет семенами сорных растений, которые невредимыми проходят через пищеварительную систему животных.

Перед внесением на поля бесподстилочный навоз подвергают специальной обработке – компостируют с соломой или опилками и торфом, перерабатывают в бродильных чанах. При брожении навоз обеззараживается, и образуется биогаз, которым можно отапливать ферму. Можно разбавлять навоз водой и этим раствором поливать поля, на которых выращивают многолетние травы. Еще лучше разбавленный навоз удобряет почву, если она покрыта равномерно разбросанной соломой.

Чем больше скота на ферме, тем сложнее организовать переработку навоза в удобрение и больше затраты на его транспортировку. Поэтому фермы с поголовьем свыше 50 голов крупного рогатого скота и 200–300 голов свиней неоправданны экологически и невыгодны экономически.

В экологически правильно организованном хозяйстве скот является таким же органичным элементом агроэкосистемы, как животные-консументы в естественной экосистеме леса или целинной степи.

Контрольные вопросы

1. Как различается эффективность откорма разных видов животных?

2. Как можно повысить эффективность откорма?

3. Почему неоправданны крупные скотооткормочные комплексы?