Значение селекции и химических средств защиты растений в повышении урожайности сельскохозяйственных культур

Проанализирована роль селекции и химической защиты растений в сохранении и увеличении урожая сельскохозяйственных культур.

Приведены примеры взаимосвязи данных научных отраслей. Описана важность разработки сортовой агротехники. Изложены данные опытов об отзывчивости различных сортов растений на применение пестицидов. Сделан вывод, что для реализации генетиче-ского потенциала сельскохозяйственных культур необходимо разрабатывать комплексную систему устойчивости, основанную на использовании устойчивых сортов и химических средств защиты рас-тений.

А.В. Горелов, Г.В. Баранов, В.В.Пыльнев кафедра селекции и семеноводства полевых культур РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева, ООО «Сингента» Главной целью сельскохозяйственного производства является обеспечение растущего на-селения планеты надежными источниками продуктов питания. В настоящее время на Земле проживает 7.0 млрд. человек, которые потребляют 2,6 млрд т продовольствия в год. По прогнозам ООН к 2025 году население планеты возрастет до 8,3 млрд., а потребление продовольствия повысится до 4,5 млрд т в год. То есть, через 15 лет мировому населению потребуется на 41% больше пшеницы, на 26% больше подсолнечника и на 22% больше кофе. (Юшин, 2008) В связи с этим возникает проблема: как без введения в сельскохозяй-ственное назначение новых земель повысить производство продуктов питания на 54%? Селекция на повышение урожайности и устойчивости к определенным фитопато-генам. Основной путь наращивания производства сельскохозяйственной продукции при сохранении стабильности посевных площадей – повышение урожайности культурных растений. Важ-нейшим ресурсом в данном направлении была и остается селекция. За последние 100 лет в результате работы селекционеров урожайность многих сельскохозяйственных. культур увеличилась в несколько раз. Так с 1930 по 1984 год урожайность пшеницы в мире возросла в 2,3 раза (Бараш, 1985), а с 1980 по 2006 в 1,5 раза (Шпаар, 2008). Урожайность пшеницы в США, Канаде и Аргентине с 1950 по 2006 увеличилась в 2,4 раза, в Великобритании в 2,9 раза, во Франции в 4 раза (Шпаар, 2008). Своевременная сортосмена в России, являющаяся результатом работы отечественных селекционеров привела к увеличению урожайности ряда культур. А именно: урожайность озимой пшеницы в Краснодарском крае увеличилась в 4 раза, озимого ячменя в 3 раза, кукурузы и гороха в 2 раза (Зубенко,1975). В результате селекции урожайность озимой пшеницы возросла почти вдвое в южной части Украины (Пыльнев, 2003), в ЦРНЗ России (Сандухадзе, 2003). Урожайность твердой пшеницы увеличилась на 65% (Пыльнев, Зорунько, 2003); урожайность проса увеличилась в 6 раз (Сидоренко, Вилюнов, 2003). В результате работ академика Василия Степановича Пустовойта масличность подсолнечника повысилась на 17-20%. Впечатляют результаты се-лекционной работы и с другими культурами.

Несмотря на достигнутые высокие уровни потенциальной урожайности новых сортов, перед селекционерами постоянно стоят две задачи: обеспечить биологическую, гене-тически обусловленную защиту сортов и гибридов от постоянно изменяющихся видов и рас патогенов и получения продукции заданного качества.

Гарантом получения высоких и стабильных урожаев сельскохозяйственных культур является научно обоснованная система защиты растений от комплекса неблагоприятных для роста и развития факторов окружающей среды, находящихся в первом минимуме. Наиболее экологически безопасным способом защиты культурных растений является создание устойчивых сортов.

Долгое время в мировом сельском хозяйстве основным фактором, влияющем на урожайность зерновых культур, являлось полегание растений. Потери зерна на полегших посевах колеблются от 20 до 50%, а в отдельные годы и более. Одним из способов повышения устойчивости к полеганию является уменьшение высоты растения. Кардинально решить эту проблему селекционным путем удалось после открытия японскими учеными генов карликовости у сорта пшеницы Норин 10, соче-тавших в себе устойчивость к полеганию и потенциал урожайности до 7-8 т/га. (Гужов, 1999). Соче-тание этих генов (Rht-1 b Rht-2) в новых сортах позволяло уменьшать длину стебля в 2 раза. До момента создания короткостебельных, устойчивых к полеганию сортов получение высоких гарантированных урожаев без применения ретардантов было практически невозможно.

Другим важным фактором снижения урожайности сельскохозяйственных культур была и ос-тается восприимчивость растений к болезням и вредителям. В данном направлении селекционерами также было достигнуто немало успехов. Открытие и успешное использование генов устойчивости к возбудителям корневых и прикорневых гнилей, пятнистостей листьев, мучнистой росы – гены Рm (Лебедева, 2008), ржавчине – Lr гены у зерновых культур (Горленко, Рубин, 2001), фитофтороза у картофеля, южному гельминтоспориозу кукурузы и др. позволили сохранить до 50% урожая и зна-чительно снизить пестицидную нагрузку на окружающую среду.

Селекционерам удалось создать сорта, обладающие высокой степенью устойчивости к засухе (озимая пшеница Победа 50, Подарок дону, и др.), морозам (озимая пшеница Оренбургская 105 и др.), неблагоприятным факторам перезимовки (озимая пшеница Зимородок, Московская 39, оз. ячмень Авангард и др.), прорастанию на корню (озимая рожь Фаленская 4), что немаловажно для получения высоких урожаев в регионах, где возникновение вышеперечисленных условий окружающей среды является скорее правилом, чем исключением.

Роль химических средств защиты растений. Решить проблему увеличения урожайности сельскохозяйственных культур только с помощью селекции невозможно. К тому же у многих культур не обнаружены гены устойчивости к ряду забо-леваний. В настоящее время в природе не существуют сорта пшеницы, абсолютно устойчивых к снежной плесени. Также отсутствуют сорта ячменя, устойчивые к пыльной головне. Примеры эти можно продолжать. До тех пор, пока надежных источников генетической защиты не найдено, единственным способом получения высоких урожаев является применение химических средств защиты растений.

Создание устойчивых сортов – наиболее экологичный способ защиты растений. Однако этот процесс достаточно долговременный, а порой возникают ситуации, когда для сохранения урожая необходимо немедленно защитить растения.

Одна из таких ситуаций – плохая перезимовка посевов. Влияние комплекса неблаго-приятных факторов перезимовки (выпревание, выпирание, ледяная корка, вымокание, отсутствие снежного покрова при высоких температурах) приводит к гибели одних растений, повреждению других и, как следствие, изреживанию посевов. А слабые растения не только более подвержены инфекционному поражению, но и плохие конкуренты для сорной растительности.

Поэтому для избежания больших потерь сельскохозяйственной продукции в таких ситуациях необходимо использовать полный спектр защитных мероприятий на базе химических средств защиты растений.

Наиболее высокие потери сельскохозяйственной продукции в АПК от болезней происходят в годы развития эпифитотии. В такие годы особенно важно использовать пестициды потому, что недобор урожая от массового распространения болезней даже у генетически устойчивых сортов может принять катастрофический характер. Так, потери урожая зерна от бурой ржавчины в годы эпифитотии в Поволжье могут достигать 30% (Крупнов, 1997), а у восприимчивых сортов 40-62% (Крупнов, Васильчук, 2000). Одна из основных причин эпифитотийного развития болезней на сельскохозяйственных культурах – появление новых физиологических рас паразита. К примеру, в Белоруссии к 90-м годам прошлого столетия в популяции патогена Cladospo-rium fulvum Cke., вызывающего бурую пятнистость листьев томата, появились патотипы, способные преодолевать почти весь известный на тот момент спектр разнообразия генов устойчивости (Поликсенова, 2000). Ситуация усугубляется еще и тем, что в настоящее время во многих странах мира активно используются системы выращивания сельскохозяйственных культур (монокультура, минимальная обработка почвы и NO TILL), способствующие массовому размножению болезней, появлению новых авирулентных рас патогенов (Сафин, Таланов, Садриев, 2008). Несомненно, следует иметь в виду и значительно более быстрый процесс расообразования большинства патогенов сельскохозяйственных растений по сравнению с темпами селекционной работы на устойчивость к этим патогенам. Для поиска новых генов устойчивости и создания на их основе новых сортов селек-ционным путем потребуется не один десяток лет. А с помощью химических средств защиты растений есть возможность среагировать немедленно и дать необходимый запас вре-мени селекционерам для решения данной проблемы.

Кроме того, долговременная селекционная работа на улучшение одних хозяйствен-но-ценных признаков привела к ухудшению других. Так, создание карликовых сортов пшени-цы привело к снижению роста растений, повышению устойчивости к полеганию, улучшению технологичности. В тоже время короткостебельные сорта в силу своих морфологических осо-бенностей менее конкурентоспособные, чем длинностебельные, по отношению к сорнякам (Шпаар, 2008). Исследования, проведенные в Германии, показали что масса побегов незабудки полевой в посевах короткостебельного сорта Слейпнер в 2 раза больше, чем в длинностебельных сортах Адулар и Хай (Zwerger, Ammon, 2002). В производственных условиях невозможно возделывание практически всех сельскохозяйственных культур без использования гербицидов. Но особенно они актуальны при выращивании полукарликовых и низкостебельных сортов, использование которых в производстве без гербицидов бесперспективно.

В связи с интенсификацией сельскохозяйственного производства к современным сортам стали предъявляться новые требования, в частности, отзывчивость на применение высоких доз минеральных удобрений. Итогом селекционной работы в данном направлении стали сорта озимой пшеницы, которые имеют достаточно высокие прибавки урожайности при выращивании в условиях высокого агрофона. Но, к сожалению, такие сорта более восприимчивы к стрессовым условиям и при их воз-никновении сельхозпроизводитель может не только не получить запланированные прибыли, но и понести значительные убытки. К тому же отмечается, что с увеличением уровня азотного пи-тания увеличивается поражаемость растений болезнями (Гореленко, 1973; Гешеле, 1978; Сандухадзе, Егорова 2003). Интенсификация производства зерна, загущение посевов в результате создания более кустящихся форм пшеницы, более длительного сохранения фотосинтетической поверхности листьев, в том числе и их нижних ярусов привело к изменению степени вредоносности ряда заболеваний. По степени вредоносности на первый план вышли ложная и настоящая мучнистая роса, фузариозы, септориозы, различные виды ржавчины. В связи с этим изменился и спектр применяемых препаратов защиты растений. Преимущественную роль приобрели фунгициды.

Таким образом, селекционная работа часто приводит к появлению новых сортотипов растений, существенно отличающихся от предыдущих. Изменение характеристик посева, архитектоники растений, морфофизиологических особенностей растений новых сортов часто приводит к изменению спектра необходимых для успешного их выращивания средств защиты растений.

Поэтому, при выборе сорта для выращивания необходимо учитывать весь спектр его характеристик, и понимать, в каких условиях генетика сорта способна обеспечить его надежную защиту, а в каких необходимо прибегнуть к использованию средств защиты растений.

Если коснуться экономической стороны вопроса, то цена генетической устойчивости сорта для производителя обуславливается лишь стоимостью семенного и посадочного материала. А для защиты культуры с помощью химического метода необходимо понести дополнительные затраты. Стоимость комплекса мероприятий по защите растений от болезней, вредителей и сорняков может колебаться от 300 до 10000 руб./га и более. Данная цифра может изменяться под влиянием многих факторов, таких, как финансовая политика с.-х. производителя, выбор фирм-производителей пестицидов, выбор самих препаратов, спектр целевых объектов и др. Необходимо всецело понимать, что необдуманное применение химических средств защиты растений может привести не только к снижению урожайности и качества продукции, но и нанести ощутимый вред окружающей среде. От того, насколько обоснованно и своевременно применены химические средства, зависит их техническая и экономическая эффективность. Оптимальным является использование пестицидов с учетом экономических затрат на средства защиты растений, степень развития и вредоносности вредителей, болезней и сорняков. Для оценки последнего необходим постоянный мониторинг посевов.

Роль сортовой агротехники в повышении урожайности. В настоящее время ситуация такова, что увеличение урожайности современных сортов в производстве возможно в два, а то и в три раза, поскольку их генетический потенциал достаточно велик, а используется не полностью. По данным многих ученых, селекционеры проделали колоссальную работу, создав сорта с большим генетическим потенциалом урожайности. К примеру, генетический потенциал сортов зерновых культур, в зависимости от экотипа, составляет от 60-120 ц/га, картофеля – до 100 т/га и выше. Но для его реализации уже не достаточно использовать агротехнику для вида в целом, а необходимо разрабатывать агротехнические приемы для каждого сорта в отдельности. Ещё в 1935 г. Н.И. Вавилов писал: «…в ближайшее время мы встанем перед задачей разработки сортовой агротехники (густоты, времени посева и т. д.), специфичной для отдельных сортов, которая может весьма отличаться, в особенности для крайних вариантов» (Вавилов, 1987). Справедливость его слов была подтверждена многочисленными опытами, в которых различные сорта давали разную прибавку урожайности на одни и те же агротехнические приемы, и уже сейчас во многих регионах нашей страны активно ведутся работы по разработке сортовой агротехники различных культур. К примеру, в Дальневосточном государственном аграрном университете активно разрабатываются агротехнические мероприятия для сортов картофеля. В Краснодарском крае ведется работа по определению оптимальных агроприемов для сортов озимой пшеницы и тритикале.

Селекционеры Европейских компаний при создании современных сортов и гибридов дают полную агротехническую рекомендацию их выращивания. Так, сотрудниками компании "Нунемс Заден" при создании гибрида белокочанной капусты Коронет F1 был дан весь спектр агротехнических мероприятий. В их состав входят лучшие почвы, предшественники, пере-чень и дозировки необходимых удобрений, подготовка почвы, условия выращивания и высадки рассады, уход за растениями и т.д.

Одним из предлагающихся вариантов сортовой агротехники в России является разработанная сотрудником Ульяновского научно исследовательском института сельского хозяйства Власовым В.Г. агротехника яровой пшеницы сортов Экада 6, Симбирцит, Маргарита, которая позволила оптимизировать затраты на их выращивание и значительно повысить урожайность.

Учеными Краснодарского края было установлено, что различные сорта озимой пшеницы по-разному реагируют не только на агротехнические приемы, но и на применение химических средств защиты растений. В итоге проведенных ими опытов было выявлено, что при одинаково высокой эффективности фунгицидов против листовых болезней величина сохраненного урожая (прибавки) по сортам существенно различалась. Например, обработка посевов сорта озимой пшеницы Победа 50 фунгицидом Альто Супер обеспечила прибавку урожая 3,5 ц/га. В то же время на другом сорте (Горлица) от применения Альто Супер получено дополнительно 7,5 ц/га (Зазимко, Фетисов, Егоров, Малыхина, 2008).

Различная сортовая отзывчивость на применение пестицидов неоднократно доказы-валась в опытах сотрудников станции R&D компании ООО «Сингента» в городе Красно-даре. Так, в 2009 году при двукратном применении фунгицидов Альто Супер и Амистар Экстра в нормах расхода 0,5 л/га и 1,0 л/га соответственно на четырех сортах озимой пшеницы интервал прибавки урожайности составлял от 8,0 до 16,7 ц/га. В данном опыте обработка препаратом Альто Супер (препаративная форма – концентрат эмульсии; д. в. – пропиконазол 250 г/л + ципроконазол 80 г/л; хим. класс – триазолы) проводилась в фазу выхода в трубку, а обработка фунгицидом Амистар Экстра (препаративная форма – суспензионный концентрат; д. в. – азоксистробин 200 г/л + ципроконазол 80 г/л; хим. класс – страбилурины + триазолы) – по колосу, в фазу цветения.

Такая схема защиты колосовых культур от болезней наиболее распространена в современном сельском хозяйстве, поскольку первая обработка позволяет защитить растение от листовых заболеваний и продлить фотосинтетическую активность листового аппарата, а вторая защищает колос и положительно влияет на качество зерна. При проведении опытов наименьшую прибавку урожайности (8,0 ц/га) показал сорт Краснадарская 99, а максимальную прибавку в 16,7 ц/га продемонстрировал сорт Зерноградка 10. Сорт Таня так же показал достаточно высокий прирост урожайности – 15 ц/га. Из чего можно сделать вывод, что сорта озимой пшеницы Зерноградка 10 и Таня являются наиболее отзывчивы к двукратному применению фунгицидов Альто Супер, 0,5 л/га и Амистар Экстра 1,0 л/га.

Таким образом, селекция обеспечивает генетически обусловленную биологическую защиту растений. В то же время современное производство высокоурожайных сортов, реализация их потенциальной продуктивности невозможно без сопровождения средствами защиты растений, как широкого общего, так и узко специфичного действия. Развитие биологической защиты растений селекционным путем сопровождалось изменением сортотипов растений, что, в свою очередь, часто приводит к изменению спектра используемых препаратов. Для дальнейшего повышения урожайности сельскохозяйственных культур, увеличения процента реализации генетического потенциала культурных растений, снижения пестицидной нагрузки на окружающую среду, оптимизации затрат на покупку пестицидов и организацию труда, обеспечения продовольственной безопасности населения необходимо разрабатывать комплексную систему устойчивости сельскохозяйственных культур, основанную на взаимосвязи устойчивых сортов и химических средств защиты растений. А при разработке агротехнологического паспорта сорта включать туда оптимальные пестициды и нормы их применения, дающие максимальные прибавки урожайности в определенных условиях выращивания.

Источник: www.agroyug.ru