Экологический мониторинг и фитосанитарное оздоровление засоренных гигантским борщевиком природных и антропогенно измененных ландшафтов центрального и северо-западного регионов россии

Скачать 464.01 Kb.

Название	Экологический мониторинг и фитосанитарное оздоровление засоренных гигантским борщевиком природных и антропогенно измененных ландшафтов центрального и северо-западного регионов россии
страница	1/4
Дата публикации	25.11.2014
Размер	464.01 Kb.
Тип	Автореферат

100-bal.ru > Биология > Автореферат

1 2 3 4

На правах рукописи

КУДРЯВЦЕВА Екатерина Николаевна

ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ И ФИТОСАНИТАРНОЕ

ОЗДОРОВЛЕНИЕ ЗАСОРЕННЫХ ГИГАНТСКИМ БОРЩЕВИКОМ ПРИРОДНЫХ И АНТРОПОГЕННО ИЗМЕНЕННЫХ ЛАНДШАФТОВ ЦЕНТРАЛЬНОГО И СЕВЕРО-ЗАПАДНОГО РЕГИОНОВ РОССИИ

Специальности: 03.02.08 – экология (биология),

06.01.07 – защита растений

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

МОСКВА 2013
Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Российский государственный аграрный университет – МСХА имени К.А. Тимирязева» и в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Тверской государственный университет»

Научные руководители: доктор биологических наук, профессор

Васенев Иван Иванович;

кандидат химических наук, доцент

Феофанова Мариана Александровна

Официальные оппоненты: Лунев Михаил Иванович

доктор биологических наук, ВНИИ

агрохимии имени Д.Н. Прянишникова,

зав. лабораторией с.-х. токсикологии

Смирнов Алексей Николаевич

доктор биологических наук,

РГАУ – МСХА имени К.А. Тимирязева,

профессор кафедры защиты растений
Ведущая организация: Всероссийский научно-исследовательский

институт мелиорированных земель

Защита диссертации состоится 15 мая 2013 г. в 14 ³⁰на заседании диссертационного совета Д 220.043.03 при ФГБОУ ВПО Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева. Адрес: 127550, Москва, ул. Тимирязевская, 49, Ученый совет РГАУ - МСХА. Тел./факс: 8 (499) 976-24-92.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Российского государственного аграрного университета - МСХА имени К.А. Тимирязева.

Автореферат разослан 12 апреля 2013 г.
Ученый секретарь

диссертационного совета: Селицкая Ольга Валентиновна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Важная проблема современной экологии - сохранение биоразнообразия и видов организмов в зонально и провинциально обусловленных местах их обитания, систем и процессов, являющихся основой жизни на Земле. Ее решение усложняется вытеснением аборигенной биоты интродуцированными потенциально токсичными видами растений (Черников и др., 2000; 2004; Тотай и др. 2011).

Яркий пример экологических нарушений стабильности природных и антропогенно измененных ландшафтов - агрессивное распространение растений рода Heracleum - гигантского борщевика (далее борщевика). Оно особенно существенно в современных условиях Центрального и Северо-Западного регионов России, обременительно для сложившихся систем природопользования, опасно для людей (при их травмировании вследствие контактов с борщевиком) и всей живой природы (при нарушении устойчивости экосистем). К настоящему времени его ареал только в Московской, Ленинградской и Тверской областях - более 150 000 га. Здесь при отсутствии эффективного противодействия через 5 лет может быть засорено и обесценено до 40 % земель.

Накопленный опыт работы многих ученых (Nielsen, Ravn, Nentwig, Wade, 2005; Далькэ и Чадин, 2008; 2010; Рубчиц, 2011; Смолин, 2011) показал ограниченную эффективность применения предлагаемых ранее агротехнических и химических мер контроля распространения борщевика. Это актуализирует задачи системного анализа проблемы и результатов профильного экологического мониторинга, совершенствования химических и разработка рациональных биологических мер противодействия засорению территорий РФ агрессивным ядовитым борщевиком.

Цель работы – изучение экобиологических особенностей растений борщевика (Heracleum sosnowskyi и H. mantegazzianum), их болезней и фитофагов при экологическом мониторинге засоренных ими природных и антропогенно измененных представительных ландшафтов Центрального и Северо-Западного регионов России с разработкой экологизированных, эффективных мер их фитосанитарного оздоровления и системного решения этой многоплановой экологической проблемы.

В соответствии с поставленной целью, решались следующие задачи:

1. Анализ экоморфогенеза, выявление видовой принадлежности и других экобиологических особенностей, основных ареалов растений гигантского борщевика в условиях Центрального и Северо-Западного регионов России.

2. Экологическая оценка последствий неконтролируемого распространения Heracleum sosnowskyi и H. mantegazzianum в представительных природных и антропогенно измененных ландшафтах.

3. Изучение эффективности основных рекомендуемых профилактических и агротехнических мер противодействия засорению борщевиком придорожных зон и сельскохозяйственных угодий.

4. Исследование регионально-типологических особенностей проявления наиболее распространенных болезней борщевика (мучнистой росы и др.) и его фитофагов (Agriolimax reticulatus и др.) - с поиском эффективных способов их использования для биологического контроля распространения видов Heracleum в различных видах ландшафтов Тверской и других областей РФ.

5. Сравнительный анализ эффективности применения различных гербицидов для уничтожения борщевика на несевооборотных и полевых территориях.

6. Мониторинг последействия, систематизация и верификация рекомендуемых мер контроля борщевика в условиях доминирующих видов экосистем Центрального и Северо-Западного регионов России.

Научная новизна работы. В результате проведенных исследований выявлены регионально-типологические особенности экоморфогенеза, видовой принадлежности, ареалов гигантского борщевика в Центральном и Северо-Западном регионах РФ с экологической оценкой последствий его распространения. Экспериментально показана «трансхория» - перемещение семян Heracleum sosnowskyi по дорогам. Определены проявления мучнистой росы борщевика и гибели пораженных ею растений в связи с различными метеоусловиями и уровнем накопления инфекции (Erysiphe umbelliferarum f. heraclei), представлены схема ее распространения в условиях исследуемых регионов и первичные регламенты использования, как биологического средства для инокуляции борщевика. Описаны симптомы нескольких форм неинфекционного хлороза и других болезней, признаки существенных повреждений растений борщевика сетчатым слизнем (Agriolimax reticulatus), молью - Depressaria heracliana и другими фитофагами. Проведено сравнение эффективности различных вариантов биоконтроля борщевика при совместном использовании его фитофагов и болезней.

Практическая значимость результатов исследований. На основе анализа регионально-типологических особенностей засоренных борщевиком природных и антропогенно измененных ландшафтов разработаны предложения по совершенствованию их экологического мониторинга, по испытанным и частично верифицированным экотехнологическим регламентам дифференцированного применения гербицидов для уничтожения борщевика на несевооборотных землях и в посевах сельскохозяйственных культур при их успешной апробации на площади более 1 000 га. Рекомендованный, как элемент научного обеспечения целевых программ по ограничению распространения гигантского борщевика в Московской, Ленинградской, Тверской, Новгородской и Ярославской областях, - препарат Анкор позволил получить экономический эффект +498 руб./га по сравнению с базовым вариантом применения гербицидов. С учетом изученных экобиологических особенностей сетчатого слизня и мучнистой росы борщевика испытаны способы его частичного биологического уничтожения.

Работа апробирована на одиннадцати научно-практических международных, всероссийских и региональных конференциях, состоявшихся в 2006-2012 гг., в том числе: «Научное наследие Н.И. Вавилова и современность» (декабрь 2012 г., г. Москва), «М.В. Ломоносов 2010» (март 2010 г., г. Москва), «Применение средств химизации в технологиях адаптивно-ландшафтного земледелия» (май 2009 и апрель 2010 гг., г. Москва).

По материалам диссертации опубликовано 16 печатных работ Кудрявцевой Е.Н. (персональных и в соавторстве), в том числе 12 – засчитываемых ВАК РФ. Дополнительно 4 работы находятся в стадии опубликования.

Организация и объем исследований, личный вклад автора. Работа проведена лично автором или при его непосредственном участии на протяжении 7 лет (2006 - 2012 гг.) – в рамках выполнения соответствующих научных программ и контрактов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 теоретических и экспериментальных глав, выводов, практических предложений и списка цитируемой литературы, включающего 214 наименований, в том числе 59 на иностранных языках. Работа изложена на 206 страницах машинописного текста, проиллюстрирована 44 таблицами, 66 рисунками, 10 приложениями.

Выражаю глубокую благодарность научным руководителям – доктору биологических наук, профессору И. И. Васеневу и кандидату химических наук, доценту М. А. Феофановой за методические консультации при выполнении работы и оформлении диссертации. Признательна сотрудникам Тверского ГУ и ВНИИ льна, с которыми посчастливилось вместе выполнять научные исследования.
СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Глава I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ

ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА И ФИТОСАНИТАРНОГО

ОЗДОРОВЛЕНИЯ ЗАСОРЕННЫХ БОРЩЕВИКОМ ЛАНДШАФТОВ

Анализ опубликованных в печати сведений по экологии и биологии борщевика, способам его уничтожения (Медведев и Сметанников, 1981; Сациперова, 1984; Pyšek, 1993; Nielsen, Ravn, Nentwig, Wade, 2005; Далькэ, 2010; Рубчиц, 2011; Смолин, 2011; и др.) показал их противоречивость. С учетом известных результатов исследований по действию различных гербицидов на виды растений, по ландшафтному перераспределению химических веществ (Спиридонов и др., 1994; 2006; Лунев и др., 2001; 2006; 2007; и др.), по разработке биометода в защите растений (Кривошеина, 2009; 2011; и др.) – цель нашей диссертационной работы может быть достигнута. Для последовательного решения ее задач требовались новые эксперименты, связанные с экологическим мониторингом, совершенствованием химических и разработкой биологических рациональных мер противодействия засорению территорий России опасными растениями рода Heracleum.

Глава II. ОСНОВНЫЕ ОБЪЕКТЫ, УСЛОВИЯ И МетодЫ исследований

Объекты исследований (табл. 1) - засоренные Heracleum sosnowskyi и H. mantegazzianum природные и антропогенно измененные представительные ландшафты Центрального и Северо-Западного регионов (федеральных округов) России. В 2006 г. распространенность растений борщевика в них не превышала 5%.

Таблица 1 – Краткая характеристика основных объектов исследований

Федеральный округ РФ	Область	Район	Локализация	Экосистема
Центральный	Московская	Домодедовский	Западнее села Растуново	Природный ландшафт. Опушка леса
	Тверская	Торжокский	Южнее поселка Славный	Антропогенно измененный ландшафт. Обочина поля ОПХ ВНИИЛ
	Ярославская	Рыбинский	Западнее центра г. Рыбинск	Природный ландшафт. Берег реки Черемуха
Северо-Западный	Ленинградская	Волховский	Южнее села Хвалово	Природный ландшафт. Луг
Северо-Западный	Новгородская	Валдайский	Восточнее г. Валдай	Антропогенно измененный ландшафт. Территория электростанции «Новгородэнерго»

Основная часть экспериментов выполнена в Торжокском районе Тверской области. Погодные условия этого региона в вегетационные периоды 2006 и 2008 гг. характеризовались избыточным увлажнением (ГТК по Селянинову более 2,0), а 2007 и 2010 гг. - были относительно засушливыми (ГТК менее 1,5).

В рамках проведенного профильного экологического мониторинга - по В.А. Черникову и др. (2000; 2004); А.В. Тотай и др.(2011) - площади распространения борщевика в регионах РФ определялись по «Методике учета засоренности» (Доспехов, Васильев, Туликов, 1987; 2004). Работая с болезнями борщевика, мы руководствовались «Методами фитопатологии» (Кирай и др., 1974; Шкаликов и др., 2002), определителями грибов (Ячевский, 1913; 1917; 1933; Пидопличко, 1977 и др.). Распространенность и развитие болезней растений рассчитывались по унифицированным формулам (Дементьева, 1977). Фитофаги изучались с использованием определителей видов наскомых и моллюсков (Тарбинский, Плавильщиков /ред./, 1948; Соболев, 1961; Мамаев и др., 1976; Захваткин, 2001). Опыты по разработке биологических и химических мер уничтожения борщевика проведены в соответствии с классическими методическими рекомендациями (Снедекор, 1961; Доспехов, 1979; Кирюшин, 2004; 2005 и др.). Учетная площадь каждой делянки - не менее 25 м²в 4-х кратной повторности. Эффективность гербицидов рассчитана по снижению массы растений (Спиридонов, Шестаков, 2006). Определение последействия изучаемых гербицидов выполнено по методу биоиндикации (Пронина и др., 1990). Оценка их токсического действия на почвенные организмы - по Н.Б. Гершу и др. (1981), на дождевого червя – с учетом работ П.В. Терещенко (2000).

Результаты исследований обработаны статистически с использованием компьютерных программ STATGRAPHICS Plus Version 5.1, «БИОСТАТ» и «Ландшафт».
Глава III. ИЗУЧЕНИЕ экобиологическиХ особенностЕЙ, ареалА гигантского борщевика, последствиЙ его неконтролируемого распространения, агротехнических мер противодействия ему

По экоморфологическим признакам, большинство образцов проанализированных нами растений отнесены к виду - борщевик Сосновского (Heracleum sosnowskyi [L.] Manden) (рис.1). Однако в Ленинградской, Тверской и Московской областях при распространенности, соответственно: 4,5, 3,0 и 2,8 % встречались более высокие (чем 3 м) растения борщевика (до 7 м). Их корни углублялись до 7 м. Листья были более длинные, чем обычно (до 3 м) и заостренные (рис.2). Это характерно для вида Heracleum mantegazzianum Somm. et Levier.

Рисунок 1 – Борщевик Сосновского (Heracleum sosnowskyi)

Рисунок 2 – Растения с признаками

Heracleum mantegazzianum

Выявленные площади распространения борщевика в Ленинградской, Московской и Тверской областях к 2011 г. суммарно составили более 150 000 га (табл. 2). Они за 2006-2011 гг. увеличивались на 15-25 % ежегодно. Многие специалисты видят только уже засоренные борщевиком в сильной степени территории и не следят за начальными этапами его появления в новых очагах. Для уточнения ареала борщевика необходимо проводить более масштабные и объективные обследования ландшафтов РФ на выявление их засоренности растениями видов H. sosnowskyi и H. mantegazzianum.
Таблица 2 – Площади распространения борщевика Сосновского в обследованных областях РФ (по данным Тверского ГУ и ВНИИЛ, 2011 г., га)

Область РФ	На землях сельскохозяйственного назначения	В окрест-ностях населенных пунктов	Возле дорог и в промышленных зонах	Площадь распространения, всего
Ленинградская	29311,2	5480,0	15433,5	50234,7
Московская	31724,1	10653,5	17244,7	59622,3
Тверская	27759,2	4860,3	12455,2	45074,7

При изучении экобиологических особенностей борщевика Сосновского особое внимание мы обратили на прорастание его семян и корневых почек ранней весной до появления другой растительности и возможность быстрого распространения семян этого опасного растения с помощью ветра, потоков воды, передвижения животных, человека, транспортных средств.

Отслежены и экспериментально подтверждены факты прикрепления семян борщевика к колесам автомобилей и их своеобразного рассева на обочинах дорог, определены расстояния транспортировки семян (для опыта окрашенных в ярко красный цвет) за 10 суток: до 1 км - порядка 17 %, до 2 км - 5 %, до 5 км - 3 % и, вероятно, более 5 км - 4 % от попавшего на дороги их количества.

Засорение борщевиком природных и антропогенно измененных ландшафтов Центрального и Северо-Западного регионов РФ существенно снижало разнообразие видов и общую густоту стеблестоя растений (табл. 3).
Таблица 3 – Численность видов растений и их общая густота в представительных ландшафтах до и после их засорения борщевиком Сосновского

Область РФ, тип ландшафта	Численность видов растений (всего, шт.)		Общая густота стеблестоя (средняя, шт./м²)
Область РФ, тип ландшафта	До засорения (2006 г.)	После (2010 г.)	До засорения (2006 г.)	После (2010 г.)
Московская, природный ландшафт опушки леса	114	25	548	81
Тверская, агроландшафт обочины поля	47	11	264	39
Ленинградская, природный ландшафт луга	88	19	412	70
Новгородская, промтерритория электростанции	44	9	233	21
Ярославская, природный ландшафт берега реки	103	24	216	18

Реально конкурировали с H. sosnowskyi в совместных фитоценозах, по нашим наблюдениям, только лопушник большой (Arctium lappa L. /=Lappa major Gaertn./) и крапива двудомная (Urtica dioica L.). В связи с таким изменением видового состава растений менялась и распространенность обитавших в данных биоценозах фитофагов. Например, в агроландшафте обочины поля в окрестностях поселка Славный Торжокского района Тверской области в самом начале засорения поля борщевиком (в 2006 г.) практически не встречались голые слизни и улитки, а в 2010 г. после значительного распространения здесь H. sosnowskyi их плотность достигала 6 экз./м².

Агротехнические, в частности, механические меры противодействия распространению борщевика предполагают выкапывание и уничтожение корней, срезание или скашивание растений, удаление соцветий. Они, за исключением уничтожения корней, не приводят к немедленной гибели растений. Корни можно уничтожить лопатой с заточенным лезвием, однако это требует больших затрат труда даже когда имеют дело с единичными растениями. Скашивание борщевика, например, косилкой, реально провести на больших территориях, но оно только временно решает проблему. Практика многократного в течение 2005 – 2009 гг. скашивания борщевика Сосновского на территории Домодедовского окружного отдела охраны окружающей среды в Московской области не привела к уменьшению территории его распространения. Обработка почвы помогает контролировать степень засорённости гигантским борщевиком сельскохозяйственных земель. Глубокая вспашка (более 25см) существенно (до 60 %) обедняет банк семян, находящихся в верхнем слое почвы. Исследования показали, что использование мест, засорённых борщевиком, под пастбище может ослабить интенсивность его роста. Животные уничтожают наземные части растений и, препятствуя фотосинтезу, обедняют их. Эффективным может быть выпас овец, коз и лошадей весной и в начале лета. Позднее они могут получать серьезные травмы и распространять семена H. sosnowskyi (Кудрявцева, 2009).