Иммунологические аспекты экологического сельского хозяйства тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 06.01.11, доктор биологических наук в форме науч. докл. Ван Мансвельт, Ян Дидерик

• Ван Мансвельт, Ян Дидерик
• доктор биологических наук в форме науч. докл.
• 1998

Оглавление диссертации доктор биологических наук в форме науч. докл. Ван Мансвельт, Ян Дидерик

Актуальность проблемы. В условиях научно-технической революции охрана окружающей среды является одной из острых и актуальных проблем современности. Обострение экологической обстановки вызывает серьезную озабоченность во всем мире. Во многих странах осознают необходимость радикальных мер для обеспечения экологического благополучия или достижения экологического равновесия.

Серьезным фактором загрязнения окружающей среды является нерациональное использование средств химизации в сельском хозяйстве и в первую очередь химических средств защиты растений.

В последние годы было проведено огромное количество детальных анализов по проблемам сельского хозяйства. Острыми вопросами остаются следующие: потеря плодородной почвы (эрозия); гибель лесов, диких растений и животных; загрязнение почвы, воды и атмосферы; дефицит энергии, генетического материала, рост населения и его потребностей; снижение устойчивости сельскохозяйственных культур, появление новых вредителей и сорняков, прогрессирование патогенов, которые ранее не приносили ощутимого хозяйственного ущерба и повышение их устойчивости к пестицидам (J.D. van Mansvelt, 1975-1998; H.Koepf, 1993; КВ.Попкова, 1981; А.Н.Каштанов, 1993; В.С.Шевелуха, 1993; А.А.Жу-ченко, 1996;В.А.Захаренко, К.В.Новожилов и др., 1998).

Этому способствовала стратегия селекции на создание интенсивных сортов. Выращивание генетически однородных интенсивных сортов, обедненных генами устойчивости, привлекает не только облигатных паразитов, но и делает их уязвимыми к такой сопряженной болезни, как энзимо-микозное истощение семян, где в результате энзимной стадии образуется идеальный питательный субстрат для грибов, который активизирует их метаболизм и способствует отбору форм, биотипов с пара-J зитическими свойствами у некоторых сапрофитных грибов (С.К.Те-Тмирбекова, 1997). *

Повышению патогенности, мутированию и увеличению биоразно-I образия вредных организмов способствует использование пестицидов, а и "Также упрощение экосистем в агроценозах сортов интенсивного типа. В ? :аких агроценозах уничтожены антагонисты фитопатогенов и вредите! лей (S.Tarr, 1973; J.D. van Mansvelt, 1982-1998; О.А.Монастырский, 1998). - В связи с этим, во многих странах большое внимание уделяется разаботке и освоению альтернативных методов ведения сельского хозяйства - это экологическое сельское хозяйство, которое основано на максимальном использовании биологической фиксации азота из атмосферы бобовыми культурами, биологических факторов повышения плодородия почвы, подавления болезней, вредителей и сорняков, также сокращении или полном отказе от химических средств защиты растений, отказе от синтетических минеральных удобрений.

Поэтому разработка концепции развития и перехода к экологическому сельскому хозяйству, изыскание альтернативных методов, приемов по созданию (не интенсивных), устойчивых к абиотическим и биотическим факторам (возбудителям болезней) сортов (форм) с минимальным накоплением поллютантов для использования в экологических фермерских хозяйствах и экологической селекции является актуальным в Западной Европе.

Цель и задачи исследований. Цель исследований заключалась в научном обосновании и разработке концепции адаптивного развития низкозатратного экологического сельского хозяйства, изыскании альтернативных методов для создания устойчивых и толерантных к абиотическим и биотическим факторам (возбудителям болезней) сортов зерновых культур не интенсивного типа для использования в фермерских хозяйствах и экологической селекции.

Для решения поставленной цели предполагалось решить следующие задачи:

1. Изучить особенности развития адаптивного низкозатратного экологического сельского хозяйства, разработать концепцию основного положения, принципов и перехода к экологическому (органическому и биодинамическому) сельскому хозяйству.

2. Установить особенности селекции зерновых культур на устойчивость к болезням в экологическом сельском хозяйстве. Изучить генофонд озимой пшеницы, озимого тритикале, ячменя и овса западноевропейской селекции, выделить источники и доноры устойчивости к болезням, а также сочетающие свойства устойчивости с минимальным накоплением поллютантов.

3. Изыскать альтернативные возможности (приемы) создания не интенсивных адаптивных, устойчивых, толерантных к болезням сортов (генотипов) для последующей рекомендации фермерским хозяйствам и использования в качестве исходного материала в экологической селекции.

4. Разработать методы выявления из популяции сортов зерновых культур адаптивных, устойчивых и толерантных к болезням биотипов со стабильным, относительно высоким уровнем урожая, экологически чистого качества для рекомендации фермерским хозяйствам и использования в качестве исходного материала в экологической селекции.

5. Обосновать модель адаптивных, устойчивых и толерантных к болезням и поллютантам биотипов (генотипов) зерновых культур для экологического сельского хозяйства.

Научная новизна. Впервые в сельскохозяйственной науке представлен глубокий анализ особенностей развития сельского хозяйства европейских стран и разработана оригинальная концепция основных положений и принципов низкозатратного, экологического (органического, биодинамического) ведения сельского хозяйства.

Из генофонда сортов зерновых культур западноевропейской селекции выделены источники устойчивости к комплексу факторов - абиотическим и биотическим (возбудителям болезней).

Установлена иммунологическая неоднородность у некоторых сортов по отношению к биологическому травмированию, возбудителям мучнистой росы, желтой ржавчины и корневым гнилям.

Впервые сорта с иммунологической неоднородностью разложены на биотипы в контрастных экологических условиях (Нидерланды - Россия, Московская обл.).

Впервые в практике мирового экологического сельского хозяйства особо подчеркнута роль полибиотипической структуры популяции сорта (разработанной советским ученым Е.Н.Синской в 1964 году), как идеальной модели для экологического сельского хозяйства на современном этапе (в противовес генетически однородным интенсивным сортам европейской селекции). Впервые показано, что именно свойство комплексной адаптации биотипов из популяции сорта к абиотическим и биотическим факторам будет представлять стратегию селекции в органо-биологическом сельском хозяйстве.

Для выявления резервов скрытой внутрисортовой изменчивости предложены анализирующие фоны. Биотипы, впервые выделенные из популяции сортов озимой пшеницы Okapi (Нидерланды), Rektor (Германия) и Мироновская 808 проходят конкурсное испытание.

Впервые обоснованы модели адаптивных, устойчивых и толерантных к комплексу факторов биотипов (сортов) для использования в экологическом сельском хозяйстве.

Положения, выносимые на защиту:

- оригинальная концепция основного положения и принципов адаптивного развития низкозатратного экологического (органического и биодинамического) сельского хозяйства;

- альтернативные подходы к защите растений от болезней, иммунологическая оценка генофонда сортов зерновых культур западноевропейской селекции;

- выявление резервов скрытой внутрисортовой изменчивости для выделения биотипов (генотипов) из популяции сортов с комплексной адаптацией к абиотическим и биотическим факторам (болезням);

- обоснованы модели адаптивных, устойчивых, толерантных к болезням сортов (генотипов) для экологического сельского хозяйства.

Практическая значимость работы. Разработана оригинальная научно-практическая концепция особенностей развития низкозатратного, экологического (органического, биодинамического) сельского хозяйства для использования в фермерских хозяйствах, научных учреждениях и учебных вузах.

Из генофонда сортов зерновых культур выявлены сорта с иммунологической неоднородностью к биологическому травмированию под воздействием ЭМИС, возбудителям мучнистой росы, желтой ржавчины и корневым гнилям.

Сорта с иммунологической неоднородностью при выращивании в контрастных экологических условиях разложены на биотипы, сочетающих в себе комплексную устойчивость к болезням с минимальным накоплением поллютантов. Они представляют интерес для использования в фермерских хозяйствах и в качестве исходного материала рекомендуются для использования в экологической селекции.

Апробация результатов работы. Основные положения диссертации доложены на научных конференциях и симпозиумах: "Альтернативное сельское хозяйство - методы исследований, обучение и подготовка кадров", Нидерланды (1982, 1984, 1985, Вагенинген, Утрехт, Дриберген), на Международном научном коллоквиуме по сельскому хозяйству в Швеции (Уппсала, 1983), на конференции "Методические аспекты альтернативного сельского хозяйства. Экология и сельское хозяйство" в Германии (Киль, 1984), на научной конференции "Феноменология в сельском хозяйстве", Нидерланды (1985, Вагенинген), на конгрессе по гигиене окружающей среды, Нидерланды (3987, Риисквик), на конференции "Гео-космические связи" (1989, Амстердам), на конференции

Биологическое сельское хозяйство в Европе", Швейцария (1990, Берн), на научном годичном собрании академиков ВАСХНИЛ (1990, Москва), на Международной конференции "Принципы и перспективы развития органического сельского хозяйства в России" (1990, 1991, Санкт-Петербург, Суздаль, Орел, Харьков), на Международной конференции "Торговля органическими продуктами. Развитие партнерства в 21 веке", Австрия (1991, Вена), на конференции "Развитие научных исследований в органическом сельском хозяйстве", Германия (1992, Тулей-Телей), на конференции "Развитие устойчивого сельского хозяйства в Европе", Нидерланды (1992, Роттердам), на Международной конференции "Развитие сельского хозяйства и торговля. Конфликт или кооперация?", Нидерланды (1992, Нордвег), на юбилейной сессии РАСХН, посвященной "100 лет научному опыту Докучаева" (1992, Воронеж), на конференции "Плодовые и овощные культуры в Европе", Франция (1993, Вайсон ля Романа), на конференции "Новые стратегии устойчивого развития сельского хозяйства", Венгрия (1993, Гёделле), на Международной конференции "Органическое сельское хозяйство, перспективы", Чехия (1993, Кастле), на конгрессе, посвященном мировому вегетарианству, Нидерланды (1994, Гаага), на конференции ЕС по биологическому сельскому хозяйству, Германия (1994, Штутгарт), на конференции ЕС "Ландшафт и качество естественной продукции в органическом сельском хозяйстве", Нидерланды (1995, Вагенинген), на конференции ЦентральноАмериканских стран по биологическому сельскому хозяйству, Коста-Рика (1995), на Международной конференции "Перспективы экологического сельского хозяйства в Европе", Эстония (1996, Пярне), на Международных конференциях по биологическому сельскому хозяйству (1ГОАМ) в 1988 году (Калифорния), 1990 (Венгрия), 1992 (Сан-Пауло, Бразилия), 1994 (Новая Зеландия), 1996 (Копенгаген, Дания).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 107 работ, в том числе автор и соавтор 35 учебных пособий и монографий.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Условия, материал и методы исследований. Исследования проведены в 1982-1998 гг. в Вагенингенском сельскохозяйственном университете (Нидерланды), с 1990 года - совместно с Московским отделением ВНИИ растениеводства им.Н.И.Вавилова (на основе научно-технического сотрудничества между Всесоюзной академией сельскохозяйственных наук

ВАСХНИЛ) и Министерством сельского хозяйства, природоохраны и рыбоводства Нидерландов, соглашение от 18 мая 1970 г.).

Объектом исследований служили более 200 образцов из генофонда западноевропейской селекции (Великобритании, Бельгии, Германии, Нидерландов, Франции), в том числе: озимой пшеницы - 160, озимого тритикале - 10, ячменя - 20, овса -10.

Полевые испытания проводили в мелкоделяночных опытах и фермерских посевах. Площадь делянок - 2 кв.м, повторность - 3-кратная при рендомизированном размещении. Норма высева 500 всхожих семян на 1 кв.м. Агротехника соответствовала принятым для зон рекомендациям.

По метеорологическим условиям Нидерланды характеризуются морским климатом, годовая норма осадков составляет 784 мм, средняя температура воздуха 9,3°С, относительная влажность воздуха - в пределах 65-75%. За годы исследований обилие осадков отмечалось в период цветения, созревания и уборки зерновых культур (июнь, июль, август, норма 235 мм), количество осадков превышало норму в отдельные годы от 30 до 60,0%.

В условиях Московской области климат умеренно континентальный, количество осадков за годы исследований составило в среднем 600605 мм (при норме 624 мм), в период цветения, созревания и уборки урожая (июнь-август) - 247 мм (при норме 222 мм). Относительная влажность воздуха - 63-73%. Средняя годовая температура 3,3 ° С. Среднемесячная температура воздуха за годы изучения в Нидерландах и России колебалась на 1.3°С в ту и другую сторону от среднемноголетней нормы.

Общепринятые методы исследований. Полевые наблюдения и оценки различных признаков проводились согласно широким унифицированным классификаторам СЭВ рода Triticum L., 1989; рода Avena L., 1974; рода Hordeum L., 1981.

Для полевой оценки устойчивости к мучнистой росе использовали шкалу H.Smilakovic, 1966 (составленная на основе шкалы Н.И.Вавилова, 1913), а также степень поражения сортов определяли по шкале R.E.Peterson, A.B.Campbell, A.E.Hannah, 1948. Пораженность листьев и колосьев септориозом - по W.C.James (1971), энзимо-микозному истощению семян (энзимной и микозной стадии) - по С.К.Темирбековой (1996), посевные качества семян (всхожесть, масса 1000 семян) - по ГОСТу № 12038-84 и "Методическим рекомендациям по оценке качества зерна", 1977, белка - на датской установке "Кеель-Фоос МакроАвтоматик", анализ запасных белков пшеницы методом электрофореза в полиакриламидном геле (ПААГ) - по V.G.Konarev, 1983.

Статистическую обработку экспериментальных данных проводили методом дисперсионного анализа по Б.А.Доспехову, 1985.

Основные положения экологического сельского хозяйства. В результате многолетних исследований состояния сельского хозяйства в Европе и других странах разработана концепция развития экологического сельского хозяйства. Глубокий анализ сельского хозяйства, положения и принципы его экологического направления опубликованы в нескольких монографиях (J.D. van Mansvelt, 1982-1998).

Экологическое направление ведения сельского хозяйства включает в себя известные на Западе органическое и биодинамическое или органо-биологическое направления, которые основаны на преимущественном использовании органических удобрений (навоз, компосты, сидераты) и биологического азота за счет азотфиксации бобовых растений, использовании севооборота, интегрированной системы защиты растений (биометод, внедрение устойчивых и толерантных сортов), экономии энергии на единицу продукции, оптимального баланса питательных веществ, контроле за качеством продукции. Продукцию, полученную таким путем, называют экологически чистой.

В концепции рассматривается агробиоэкологическая сторона, где отмечено, что успех в разрешении стоящих перед нами проблем определяется уровнем образования, обучения, фундаментальных исследований и подготовки молодых кадров. Основа этого определяется уровнем культуры, представлениями, мировоззрениями, которые постепенно в течение столетий воспринимались людьми и вошли в повседневную жизнь.

Земледелие является первичной производственной системой. В противоположность большинству производственных систем, базирующихся на привозном сырье и его переработке и в силу этого являющихся вторичными, сельское хозяйство в принципе первичная производственная система, которая зависит от местных природных условий - основы сельскохозяйственного производства.

В то время как во вторичных производственных системах люди, производя продукцию, ощущают себя непосредственными творцами, сельскохозяйственное производство - это искусство создания правильных предпосылок для земледелия, животноводства, развития пастбищ и лесов с целью полного использования биоэкологического потенциала. Это также означает, что средства производства и производительные силы не являются "заменимыми машинами", а представляют собой готовые, целые, живые агросистемы, фундамент которых образует почва. Если система выходит из равновесия, то все те воздействия на агроэкоси-стему извне, которые призваны оказывать регулирующее действие, должны вноситься с учетом рамки этой концепции сельского хозяйства^ противном случае они напрасно растрачиваются и приводят к результатам, противоположным целям производства.

Внесение минеральных удобрений снижает природную активность почвенных бактерий и бобовых культур по фиксации азота из атмосферы, нарушает экологическое равновесие в сторону роста чувствительности растений к болезням и вредителям, что в свою очередь снова приводит к росту потребности в химических средствах защиты растений.

Наряду с прямыми экологическими последствиями таких воздействий человека на природу, известны экономические взаимосвязи с масштабными и долговременными экологическими последствиями.

Например, существенные денежные затраты на удобрения и пестициды. Причем, не только их применение, способствующее при высоких дозах нарушению экологического равновесия и загрязнению природы, но и их производство отрицательно (в виде отходов и выбросов) воздействует на окружающую среду. Негативное воздействие проявляется также в форме расхода невозобновляемых энергетических ресурсов. Расход энергии и загрязнения среды в процессе производства и перевозки делают применение агрохимикатов все более и более сомнительным.

Это означает, что экологическое сельское хозяйство рассматривают сельскохозяйственное предприятие, агроэкосистемы как относительно независимый, экологически приспособленный организм для развития ландшафта и производства продуктов питания, организм, составные части которого, как растениеводство, животноводство, лесное хозяйство работают как специфические органы. Искусство экологического сельского хозяйства и должно состоять в том, чтобы создать оптимальное взаимодействие этих органов для качественного, природоохранного и социально справедливого производства продуктов питания.

Целью экологического сельского производства является создание устойчивой агроэкосистемы. Такая система более устойчива к воздействию как природных факторов, так и экономических. Экологическое

ГОСУДАРСТВЕННА: БИБЛИОТЕКА сельское хозяйство - это динамично развивающееся направление общего сельскохозяйственного производства.

В экологическом сельском хозяйстве создается такая экосистема, которая обеспечивает стабильное производство продукции, успешное контролирование численности сорняков, вредителей и болезней, поддерживает генетическое и видовое разнообразие жизненных форм посредством утилизации продуктов жизнедеятельности растений и животных, посредством севооборота, регулированием водного режима, системной обработки почвы и технологиями возделывания культурных растений. Плодородие почвы сохраняется или улучшается системой, в которой оптимизирована биологическая активность, а также обеспечено необходимое количество и качество элементов питания как для культурных растений, так и для полезной биоты.

Основные принципы экологического сельского хозяйства.

1. Отдельное хозяйство рассматривается как целостная экосистема, где изменения в одной части могут вызвать изменения целого комплекса сложных взаимосвязей. Например, высокое содержание нитратов в почве может стимулировать сильное развитие сорной растительности, а также вызвать загрязнение нитратами грунтовых вод. В экологическом сельском хозяйстве эта проблема решается при возделывании культур, потребляющих азот, тем самым предотвращая его вымывание в грунтовые воды и создавая более приемлемый баланс элементов питания.

2. Принцип генетического и видового разнообразия. Это достигается посредством севооборотов с широким набором культур, поддержкой и сохранением участков с нетронутой природной средой на территории хозяйства, где обитают естественные враги вредных организмов, а также соблюдением баланса между возможностями полеводства и количеством скота. Разнообразие выращиваемых культур и поголовья скота позволяет достичь и известной экономической устойчивости при колебаниях конъюнктуры рынка. При этом создается сбалансированная система, в которой ни сорняки, ни болезни, ни вредители не станут серьезной проблемой.

3. Принцип утилизации по возможности всех продуктов жизнедеятельности экосистемы хозяйства. Природные экосистемы характеризуются постоянным синтезом, разложением и потреблением элементов питания. Посредством фотосинтеза зеленые растения преобразуют солнечную энергию, углекислый газ и воду в белки и углеводы. Растения поедаются животными и насекомыми, которые в свою очередь поедаются хищниками и другими организмами. В процессе круговорота веществ участвуют грибы, бактерии и актиномицеты, большая часть которых находится в верхнем слое почвы. Возрастая количественно, они проходят периоды адаптации к условиям среды почвы. В свою очередь актиномицеты, имея тесный контакт с различными почвенными грибами, особо специализированы на утилизации их отмерших мицелиев за счет высокого содержания хитина.

4. Экологическое сельское хозяйство не может полностью копировать природный процесс круговорота, но может использовать его в качестве модели, утилизируя продукты своей жизнедеятельности. Отходы полеводства и животноводства необходимо возвращать в почву для поддержания плодородия, стараясь свести к минимуму как потери, так и закупки необходимых веществ вне хозяйства.

5. Основополагающим для экологического сельского хозяйства является плодородие почвы. Плодородная и биологически активная почва обеспечит растения достаточным количеством элементов питания для оптимального роста и развития, сведет к минимуму возможный ущерб от болезней, вредителей и сорняков.

Рост продуктивности сельского хозяйства должен сочетаться с охраной и рациональным использованием почвы, воды, лесных ресурсов, биоразнообразия и атмосферы.

Основные отрасли сельского хозяйства. В оптимально организованной агроэкосистеме важнейшим условием функционирования является сочетание растениеводства и животноводства. О диалектическом единстве развития растениеводства и животноводства в свое время отмечали и великий русский агроном А.Болотов (1988), и советский ученый В.Р.Вильямс (1939). Это можно представить как спиралеобразный цикл, как чередование процессов синтеза и разложения, сопровождающихся повышением качества, в жизни почв, растений, животных, в жизни всей агроэкосистемы: это комплексная взаимосвязанная иерархия живых систем.

С точки зрения управления экосистемой (улучшения плодородия почв), существенным вкладом подсистемы животноводства в агроэкоси-стему является производство навоза и навозной жижи, которые интенсифицируют и ускоряют жизненные процессы в почве, и тем самым рост растений. Полагают, что органические удобрения не приносят в агро-экосистему азот или другие элементы, а в основном помогают создать благоприятные условия для включения в агроэкосистему элементов, выносимых с кормами.

Отсюда следует, что в растениеводстве делают различия между кормовыми и продовольственными культурами и отсюда - между зависимыми от органических удобрений и независимыми от них, улучшающими почву растениями. Вследствие этого внутри агроэкосистемы почвы исследуют в отношении их лучшей пригодности для производства кормов либо продовольствия. Одновременно это открывает путь для возделывания на больших площадях связывающих азот бобовых культур, что одинаково важно как для плодородия, так и для получения белковых кормов для скота. По этой причине как в традиционном, так и в экологическом сельском хозяйстве бобовые культуры, считаются "золотом" крестьянина. Если рассматривать агроэкоорганизм в целом, то бобовые культуры - важнейший собственный источник "автономного" азота сельскохозяйственного предприятия.

Далее следует, что в животноводстве особое внимание уделяется жвачным животным, потребляющим послеуборочные остатки и дающим ценный навоз (еще одно "золото" крестьянина при условии его правильного использования), а также стойловому содержанию, соответствующему биологическим особенностям этих животных, и племенной работе. Другие виды сельскохозяйственных животных (свиньи и птица) не должны содержаться в таких количествах, когда они становятся конкурентами в обеспечении питанием людей, ни в прямом смысле, ни в смысле использования земель. Они должны ограничиваться агроэкологическими нишами: потреблением побочных продуктов сельского хозяйства, отходов переработки и т.д.

Ключевая мысль концепции многоотраслевого сельского хозяйства - обеспечить навозом и навозной жижей производство продуктов растениеводства для людей и кормов как для собственных животных, так и на продажу. С агрохимической точки зрения функция животноводства может рассматриваться как рециклинг азота.

Севообороты. Новейшая история сельского хозяйства характеризуется ориентацией на количественные показатели продукции растениеводства, вследствие чего существенно обеднел видовой состав культивируемых в агроэкосистемах растений и заметно сузились севообороты, -значительно ниже оптимального уровня. Чтобы компенсировать негативное воздействие малопольных севооборотов, естественно возросла потребность во внешних поступлениях. Если рассматривать производительность агроэкосистемы как биологического организма, как целостности, то становится вполне очевидным позитивное воздействие многопольных севооборотов, учитывая, что растения не только вырастают из почвы, но и врастают в нее. Это тем более ясно, если подумать о том, что растения являются основными источниками жизни (поставщиками энергии) для всей экосистемы почвы.

Органические удобрения и остатки растений дополняют жизнь почв повышающим их ценность рециклингом. В свою очередь, почвенная микрофауна и флора способствуют местному выветриванию горных пород и высвобождают важные элементы, которые поглощаются растениями и в конце концов интегрируются в экосистему почвы. Таким образом, растениеводство означает не только производство продовольствия и кормов, но и неразрывно связано с воспроизводством почв.

Одна из важнейших задач севооборота в экологическом земледелии - поддерживать движение химических элементов среды в растительных, почвенных и жизненных циклах и тем самым приводить в соответствие рост и разложение, поглощение корма и выделение животных, минера-лизцию и образование гумуса. Если принять во внимание три особенно горячо обсуждаемых в сельском хозяйстве темы, а именно: поступление азота, болезни и вредители, и сорная растительность, то севообороту в экологическом земледелии придается следующее значение:

- он способствует возделыванию бобовых культур - основных поставщиков азота в агроэкосистему, что в рамках многоотраслевого хозяйства служит не только производству пищи для человека, но и кормов для скота;

- он важнейшее средство предохранения от вредителей и болезней, так как препятствует длительной монокультуре, связанному с ней одностороннему использованию земель и неограниченному размножению вредителей и патогенов;

- он важное средство регулирования сорной растительности, так как чередование посевов яровых и озимых культур (включая более позднеспелые и более раннеспелые их сорта), чередование культур, истощающих и обогащающих почвы, и включение в севооборот многолетних сеянных лугов помогает фермеру предотвратить экстремальный рост каждого вида сорняков до опасного уровня.

В одном севообороте земля должна быть равного плодородия. Севообороты должны быть плодосменными и многопольными, включающие в свою структуру не менее 2-х полей многолетних трав - бобовых и их смесей со злаковыми. Доля бобовых культур в севообороте должна составлять 25-33%. Один год поля должны находиться под кормовыми культурами или паром, занятым однолетними кормовыми травами, что обеспечивает борьбу с сорняками. Рекомендуется как можно чаще использовать промежуточные и подпокровные культуры (бобовые). Сидерация промежуточными культурами подавляет рост сорняков. О преимуществе возделывания промежуточных культур в условиях Нечерноземной зоны также указывали русские ученые Ю.К.Новоселов (1975), В.Г.Лошаков (1980, 1982). Органические удобрения целесообразно внести под парозанимающую культуру и культуру перед посевом или посадкой пропашных. Культуры, потребляющие азот почвы, должны отстоять в севообороте не далее 2-х лет от бобовых или культуры, под которую вносились органические удобрения. Растения с длительным ранним этапом развития включают в севооборот после травостоев, подавляющих сорняки. А также чередование в севообороте озимых и яровых зерновых культур.

Следует принять во внимание, если в севообороте планируется использовать только зерновые бобовые культуры (бобы, горох, вика), то не происходит накопления гумусовых веществ, возрастает засоренность полей, а также продажа гороха, бобов и вики за пределы хозяйства ведет к потерям азота из хозяйственного цикла из-за того, что наибольшая часть накопленного азота находится в зерне. В табл. 1 представлено примерное соотношение площадей культур на используемых землях различного типа хозяйств в Нидерландах.

Таблица

Соотношение площадей культуры на пахотных землях различных типов хозяйств в Нидерландах, %

Специализация хозяйства Бобовые культуры Зерновые культуры Корнеплоды Промежуточные культуры

Молочно- животноводческие хозяйства 50-80 кормовые культуры 0-15 5-15 0

Растениеводство (товарные культуры) и смешанное содержание животных 25-50 (кормовые и зернобобовые культуры) 40-60 10-20 20

Растениеводство (товарные культуры) без животноводства 20-40 зернобобовые (или кормовые культуры) 50-80 20-30 40

Использование навоза и навозной жижи. Использование навоза и навозной жижи, которые являются одним из "золотых источников" фермера, так же важно, как и владение драгоценными металлами. Использование навоза и навозной жижи в качестве "отходов" производства, а химических (минеральные) удобрений как средства безграничного роста урожайности уже обнаружило свое негативное воздействие на среду. При этом пристального внимания заслуживают слабые места в круговороте питательных веществ в агроэкосистеме, особенно улетучивание и вымывание азота.

Начнем с кормления животных. Чтобы избежать интенсивного поступления азота с высокой концентрацией в жидких выделениях животных и загрязнения навоза, в качестве первого шага необходимо следить за правильным соотношением углерода и азота в кормах (одновременно с соотношением энергии и бежа).

Также важные вопросы - солома, удаление и хранение навоза. Важные критерии использования соломенной подстилки, кроме удобства для отдыха (жвачных) животных, - ее высокая поглотительная способность, содержание в ней воздуха, хорошее разложение и возможность постоянного пополнения. В связи с этим в поле зрения снова попадает учет соотношения углерода и азота. При хранении необходимо позаботиться об улавливании просачивающейся навозной жижи, чтобы использовать в рециклинге азот и калий (специфическое использование). Хранение должно создавать благоприятные предпосылки для повторного поглощения минерализованного азота микроорганизмами и для включения его в компостируемые источники углерода и энергии (солома и т.д.). Кроме того, необходимо воспрепятствовать соответствующим укрытием улетучиванию азота как и твердых, так и жидких форм хранимого навоза. Здесь также полезна солома и другие разлагающиеся полые стебли. Еще раз необходимо подчеркнуть, что тенденция разрешить проблему навоза и навозной жижи промышленными техническими приемами, такими как фильтрация, впрыскивания, сушка и другими, требует много ископаемых энергетических ресурсов. Эти технологические приемы требуют также существенных затрат времени, денег и человеческого внимания и препятствуют систематическим биоэкологическим решениям, например, в области экологического сельского хозяйства.

Решающий фактор в использовании органических удобрений - так расходовать "отходы" растениеводства и животноводства, чтобы они, по возможности, полностью превращались бы в оптимальное "питание" для экосистемы почвы. Это включает, кроме концепции круговорота питательных веществ, также концепцию обогащения отходов и улучшения почв. В среднем за 1 год крупный рогатый скот (КРС) в Нидерландах весом 490-500 кг производит около 12-15 тонн навоза (глубокая соломенная подстилка с мочой), где органическое вещество составляет 20-22%, содержание азота колеблется в пределах 0,7-0,8%.

Основные этапы перехода к экологическому сельскому хозяйству.

- Механизация: количество и распределение механизмов на 1 га, минимальная обработка почвы и использование для этого легких машин.

- Переработка в сельскохозяйственном предприятии: сушка, хранение, переработка, чтобы свести к минимуму потери, интенсифицировать утилизацию и избежать излишних расходов энергии при ненужной перевозке больших объемов продукции.

- Строение сельскохозяйственного предприятия: образование парцелл, соотношение земледельческих и неземледельческих площадей, соотношение растениеводства и животноводства, жилье для людей и помещения для разного вида скота, распределение и план строительства животноводческих помещений, озеленение дорог.

- Воспроизводство ландшафта: культивирование ландшафта в смысле новой оценки окружающей среды, чтобы достигнуть равновесия с ростом городов и индустриализацией, использование биоразнообразия культур, живых изгородей и лесополос.

Следуя экотехнологическим аспектам сельского хозяйства, необходимо принять во внимание также нижеследующие вопросы:

- Организация работы: чтобы осуществлять эффективное и надежное управление сельским хозяйством в соответствии с изложенными принципами, лица, ответственные за него, должны действовать быстро и точно. Это означает соответствующую передачу ответственности исполнителям. "Учиться на опыте" - стержневая мысль для практики экологического сельского хозяйства. Вопросы оплаты и нахождения решений должны проверяться на их соответствие вышеупомянутым сельскохозяйственным принципам.

- Экономика: привести экономику "финансов" в соответствие с экономикой "экологии".

- Строительство: касается строительных материалов, а также способов строительства (биологическое строительство), биологическая очистка воды, эффективное использование солнечной и ветровой энергии.

- Торговля: создание соответствующих условий - это касается инфраструктуры, финансов, развитие новых контактов между производителями и потребителями.

- Сертификаты: стандартизация (установление правил), проверка (контроль) и регистрация (оценка) всей органической продовольственной цепи - важный социальный и юридический инструмент, чтобы гарантировать как фермерам, так и потребителям, что они получат то, чего они ожидают, что им необходимо, за что они работают или платят.

- Социология: позиция фермеров и общества по отношению к сельскому хозяйству.

Все упомянутые аспекты культурной деятельности людей зависят в своем развитии в решающей степени от: уровня научных исследований, образования и распространения информации (должно уделяться внимание соответствующей подготовке молодых кадров, повышению квалификации, образованию, научным исследованиям, а также их содержанию и методам).

Сельское хозяйство в качестве ландшафта, обеспечивающего соии-ально-кулътурную систему. По данной проблеме автором опубликовано 7 книг и монографий. Сельское хозяйство идентифицируется в качестве ключевого фактора в создании ландшафтов (землепользование и менеджмент). Это понимается как отражение полной агрокультурной системы, показывающее человеческие восприятия, предпочтения, приоритеты в природе, культуре, производстве, технологии, архитектуре, инфраструктуре и построении общества. В своем полном собрании всех элементов, ландшафты являются слиянием природных, социальных и культурных действий. Для ее соответствующего изучения рассмотрены все три ее основные области (природа, общество и культура) и открыты интердисциплинарные термины для руководства проектом и менеджментом сельских ландшафтов. Для сельской (агроландшафтной) оценки разработан всесторонний план в общее ЕС-действие, координируемое автором.

В структуре разработки этого проекта методология развита в связи с ландшафтным архитектором и ландшафтным экологом с тем, чтобы оценить визуальное ландшафтное качество ферм. Выявлено специфическое значение экологического сельского хозяйства для землепользования и ландшафтов в определенном регионе, которое оценивается жителями и посетителями специфического региона. В то же время установлено, что органическое сельское хозяйство имеет высокий потенциал, чтобы внести позитивный вклад в качество ландшафтов. Однако стандарты Евросоюза (ЕС) для органической продукции сами по себе не являются существенными, достаточными, чтобы оценить соответствующее качество ландшафта на ферме.

Основные принципы интегрированного сельского хозяйства. Многие фермеры и некоторые ученые аграрии не согласны с тем, что можно обойтись без использования химии. В связи с тем, что проблема охраны окружающей среды при современном сельскохозяйственном производстве стала острой, послужило для развития "интегрированного сельского хозяйства" с принципом: "Как можно меньше и столько, сколько нужно". Однако если интегрированное земледелие будет внедрено в широкую практику, оно не решит насущных проблем современного сельскохозяйственного производства из-за следующих причин:

1. Химические средства защиты растений всегда будут нарушать экологическое равновесие. Использование фунгицидов одновременно уничтожает и болезни вредителей и тем самым вызовет массовое размножение вредителей. В последние годы химическое уничтожение грибных патогенов на Западе повлекло за собой широкое распространение вирусных болезней (вирус желтой карликовости ячменя и др.).

2. Рост тосикологического и экотосикологического риска, связанного с применением химических средств защиты растений. Проблемы охраны окружающей среды и здоровья людей заставляют последовательно отказаться от искусственных препаратов.

3. Невозможность предотвращения последствий внесения минеральных удобрений. Содержание нитратов в грунтовых водах постоянно повышается.

4. От перенасыщения почвы азотом и фосфором у интегрированного земледелия нет эффективных мер. В экологическом земледелии благодаря привязке животноводства к имеющимся площадям (не более 2 условных голов на гектар), сильному сокращению закупок кормов и запрету на внесение минеральных азотных удобрений проблема пересекается в корне.

Таким образом, интегрированное сельское хозяйство имеет менее целесообразные подходы для решения действительных проблем загрязнения окружающей среды сельского хозяйства.

В последние годы произошли значительные изменения по развитию экологического сельского хозяйства. Не из-за желания поддержать хорошую концепцию, а из-за срочной необходимости ликвидировать излишки продуктов, ЕС впервые в 1989 году оказало финансовую поддержку программе перехода на экологическое земледелие в рамках программы экстенсификации, что повысило статус экологического земледелия. Биологический закон ЕС способствует признанию экологического развития сельского хозяйства.

В различных вузах студенты добились создания новых кафедр экологического сельского хозяйства. Возросшие возможности для исследований и обучения создали условия для того, чтобы в будущем также и в профессиональных училищах и других школах экологическое земледелие могло быть представлено гораздо шире, и тем самым возрастет возможность получения информации. Увеличится и число консультантов по экологическому сельскому хозяйству. Усилилась работа и в сфере быта: на контрактной основе привлечены заказчики из сферы переработки и торговли. В Западной Европе по занимаемой площади под экологическим сельским хозяйством на первом месте стоит Швеция - 8,9%, затем Австрия - 8,6, Швейцария - 4,7, Финляндия - 3,7, Германия - 2,1%, Нидерланды-0,9 (К.1атркт, 1998).

Таблица

Структура экологического сельского хозяйства в Нидерландах, по данным ИКС-В, 1997 г.

Годы Число хозяйств Площадь, га

1979 170 1.

1983 210 2.

1986 278 2.

1989 359 6.

1991 439 9.

1993 455 11.

1994 512 11. в 1994: Земледелие 183 3.

Садоводство

Животноводство и кормопроизводство 112 5.

Овощеводство

Закрытый грунт

Паровое поле —

Полезная площадь - 1.

Экологическое сельское хозяйство (органическое или биологическое) в Нидерландах характеризуется значительным объемом по занимаемой площади - 0,9% - и числом хозяйств (табл.2). Обращает внимание рост объема биологического сельского хозяйства за 1986-1994 гг. в среднем ежегодно на 34% (1993 - 33%, 1994 - 21%), продукты пользуются большой покупательной способностью из-за доступных цен все более растущей высокой энергосберегающей силе (ИКС-В, 1997).

Иммунологическая характеристика генофонда зерновых культур западноевропейской селекции на устойчивость к мучнистой росе, бурой и желтой ржавчине и к энзимо-микозному истощению семян (ЭМИС> как исходного материала для экологической селекиии растений. В условиях теплого, влажного, иногда избыточного увлажнения Голландии значительный ущерб зерновым культурам причиняют мучнистая роса, желтая и бурая ржавчина, а также энзимо-микозное истощение семян (ЭМИС). Ежегодно из-за сильного прогрессирования ЭМИС выращенный урожай пшеницы имеет плохое качество зерна и пригоден только на кормовые цели, а зерно для выпечки хлеба завозится из соседних стран (Франции).

За период с 1990-1998 гг. совместных исследований с российскими учеными из МОВИР, ВИЗР нами проведена оценка 200 образцов западноевропейской селекции, куда вошли некоторые стародавние высокорослые и среднерослые сорта, а также новые сорта интенсивного типа.

При фитопатологическом анализе пораженных колосьев и зерен озимой пшеницы и тритикале, ячменя и овса нами выявлены следующие основные роды и виды грибов: Erysiphe graminis D.C., E.graminis D.S. f. hordei Marchal, E.graminis D.S. f. avenae Marchal, Puccinia recóndita Eriks, Puccinia striiformis West., Septoria nodorum (Berk.) Berk, S.tritici Rob.ex Desm., S.hordei Gacz, S.graminum Desm., S.avenae Frank, Alternaría alternata (Fríes) Keissler, Cladosporium herbarum Lk.ex.Fr,, Helminthosporium sativum P.K. et Bakk., Fusarium spp., Fusarium nivale Ces, F.avenaceum (Fr) Sacc., F.culmorum (W.G.Sm.Sacc.).

Мучнистая poca. Облигатный паразит Erysiphe graminis относится к классу сумчатых грибов и распространен повсюду, где возделываются зерновые культуры. Вредоносность мучнистой росы проявляется в ослаблении фотосинтеза и увеличении транспирации у растений, что является причиной снижения урожая и качества продукции. Болезнь поражает как озимые, так и яровые формы.

Оценка устойчивости образцов к мучнистой росе проводилась в полевых условиях в годы массового проявления болезни (1991-1993 гг.) в двух контрастных экологических зонах: Мастрихт, Зоннехоув (Голландия) и Михнево (Московская обл.). Первый визуальный учет проводили в фазу колошения, второй - в фазу молочной спелости зерна. Особое внимание уделено распространению гриба по листовым ярусам растений. Основная часть (80%) исследованных образцов в двух экологических зонах Голландии и Московской обл. характеризовались высокой степенью поражения - свыше 50-75%, при этом основное снижение урожая происходило за счет снижения массы 1000 зерен (табл.3). Восприимчивые к мучнистой росе интенсивного типа сорта Citadel, Saiga, Slejpner, Arno, Herzog, Marysa, Mega, Toronto, Kraka имели щуплое зерно, и в конечном итоге, сформировали урожай зерна - 4,3-4,7 т/га с низким содержанием белка: от 11,6 до 13,7% при массе 1000 зерен от 26,7 до 33,5 г, в сравнении с толерантными сортами Okapi, Rektor и Мироновская 808 (5,4-6,7 т/га, содержание белка от 14,2 до 16,7%, масса 1000 зерен от 34,8 до 40,0 г), (табл. 3).

Таблица

Вредоносность мучнистой росы в годы эпифитотий в посевах озимой пшеницы (среднее за 1991 -1992 гг., Нидерланды)

Сортообразцы Поражение, % Содержание Масса белка, % 1000 зерен, г

Okapi 30-40 14,2 34,

Rektor 30-40 16,7 40,

Citadel 50-75 11,6 30,

Saiga 50-75 13,3 26,

Marysa 50-75 13,7 28,

Slejpner 50-75 12,3 33,

Мироновская 808 40-60 14,7 36,

HCPo 5 0,2 0,

Устойчивых форм среди исследованных образцов не обнаружено.

Это свидетельствует о генетической однородности интенсивных сортов европейской селекции, о бедности генов устойчивости к патогену, и, вследствие этого, селекция на устойчивость к мучнистой росе в этом регионе всегда остается актуальной.

Нами отмечены различия в степени поражения в пределах сорта, что свидетельствовало о иммунологической неоднородности сорта, о наличии в популяциях сорта устойчивых и восприимчивых биотипов. По результатам полевой оценки были отобраны для дальнейшей работы сорта Okapi, Lilbelulo, Rektor, Мироновская 808, проявившие иммунологическую разнокачественность биотипов в составе популяции к возбудителю мучнистой росы.

Оценка 10 образцов тритикале показала иммунитет к мучнистой росе как в условиях Голландии, так и Московской области, что имеет практическое значение для использования в фермерских хозяйствах. Это сорта: Lasko, Alamo.

Анализ 20 образцов ячменя в полевых эпифитотийных условиях выявил толерантные формы к патогену - это Cebeco 7722, Cebeco 7935 и Laure (Франция), они имели пораженность в пределах 20-40%, массу 1000 зерен от 41 до 45 г, в то время как образцы Trumpf, Alexis, Efron, Bessy были поражены до 100%, что вызвало снижение массы 1000 зерен от 34 до 39 г. Большая ежегодная численность паразита и наличие полового процесса обусловливают быструю эволюцию популяций Erysiphe hordei и проблема устойчивости к патогену остается в Европе очень острой.

Желтая ржавчина. В условиях Голландии наибольший ущерб зерновым культурам, особенно пшенице, причиняет желтая ржавчина, возбудитель гриб Puccinia striiformis. В Московской области на пшенице паразитирует бурая ржавчина, возбудитель P.recondita.

В отличие от бурой ржавчины симптомы поражения растений желтой ржавчиной очень характерны и отличаются от симптомов поражения другими видами ржавчины. На листьях взрослых растений встречаются линейное расположение мелких лимонно-желтых порошащих пустул. В связи с тем, что основная причина потери сортами устойчивости заключается в изменчивости как в структуре популяции сорта, так и в структуре популяции гриба-паразита, нами основное внимание было обращено на поиск сорта, у которого в популяции ярко выражена гетерогенность по степени поражения паразитом. На фоне сильного поражения сортов интенсивного типа Sleypner, Saiga, Lely, популяции сортов Okapi, Мироновская 808 и Rektor проявили толерантность к облигатному паразиту и характеризовались иммунологической неоднородностью в проявлении типа реакции и интенсивности поражения, что представляет ценный исходный материал для экологической селекции.

Корневые гнили хлебных злаков. Корневые гнили вызываются несколькими видами почвенных фитопатогенных грибов, а также их комплексами. На полях экологических фермеров болезнь почти не встречается из-за правильного, с двумя бобовыми культурами в севообороте. На полях интенсивного земледелия имеет место поражение сортов глазковой пятнистостью стебля, возбудитель Cercosporella herpotrichoides.

Анализ сортообразцов показал высокую (10-15% поражения) и очень высокую устойчивость (< 5% поражения) у сортов Manella, Okapi, Bonus, Hektor, Bocquian. Сорт Мироновская 808 был поражен на 35-40%. Выделившиеся по устойчивости сорта представляют ценный исходный материал для экологической селекции.

Оиенка сортообразцов зерновых культур западноевропейской селекции на устойчивость к энзимо-микозному истощению семян (ЭМИС). Условия повышенной и избыточной влажности (осадки) в период налива зерна в 1991 и 1993 гг. способствовали развитию биологического травмирования семян под воздействием ЭМИС. Приоритет исследований по этой вредоносной комплексной болезни принадлежит России. Влажный, теплый климат Голландии почти ежегодно благоприятствует развитию ЭМИС, количество осадков в фазу цветения, налива и уборки урожая, а также за год превысило среднемноголетнюю норму на 50-70% (при годовой норме 784 мм и 235 мм в фазу налива и уборки урожая).

Работа гидролитических энзимов (амилаз и протеаз) в зерновке вызвала не только гидролиз углеводов и белков в зерне, но и способствовала развитию открытого и скрытого биологического травмирования. В условиях сильного проявления биологического травмирования проведена оценка зерна на устойчивость к ЭМИС у образцов озимой пшеницы, озимого тритикале, ячменя и овса. Результаты представлены в табл. 4. Сорта озимого тритикале Lasko, Almo, Angus характеризовались высокой степенью развития биологического травмирования "балл 4" балл устойчивости "1" (очень сильное поражение), пораженность колоса Fusarium spp. составила 75%, потери урожая более 50% (к стандартному сорту). Аналогичную характеристику имел сорт озимой пшеницы Slejpner, однако на колосьях прогрессировал гриб Septoria nodorum. Высокий балл травмирования "3" и процент поражения - 50-70 (Septoria nodorum, S.hordei, S.avenae) имели сорта интенсивного типа Saiga, Citadel, Marysa, Anouk, Lely, Hildur, сорт овса Leanda, ячменя - Trumph (табл.4).

На фоне сильного поражения (50-80%) выделились образцы озимой пшеницы Rektor, Okapi, Manella, Мироновская 808, Bocquian, Eiger, Wageningen, ячменя - Cebeco 7935, Laure, овса - Gambo, Perona (балл травмирования I, 2, балл устойчивости "5", "7" (табл.4). Сорта ячменя Laure, Cebeco 7935, овса -Perona, Gambo, пшеницы Wageningen, по данным Е.Р.Виленского, С.К.Темирбековой (1992), И.И.Молчана (1995), являются радиоустойчивыми и толерантными к радиоактивному цезию-137.

Таблица

Оценка устойчивости к биологическому травмированию семян с симптомами поражения ЭМИС, среднее за 1991 и 1993 гг., Нидерланды

Балл Оценка зерен в колосьях Пора-женность колосьев, % Виды грибов на колосьях и зернах травмирования устойчивости

4 1 30-50% мучнистых, гидролизо-ванных зерен в колосе; до 10% зерен с трещинамщдо 1% серых зерен; до 5% зерен с черным зародышем; потери урожая 50% (к стандартному сорту) у сортов озимого тритикале Lasko, Almo, озимой пшеницы - Slejpner 70-80% Fusarium avenaceum, F.qulmoru m Septoria nodorum

3 3 15-30% мучнистых, гидроли-зованных зерен; до 1% с черным зародышем, до 1% серых зерен; потери урожая до 30-50% (к стандартному сорту) у сортов: озимой пшеницы - Saiga, Citadel, Marysa, Anouk, Lely, Hildur, овса - Leande, ячменя -Trumph 50-70 Septoria nodorum, S.avenae, S.hordei, Alternaría alternata

2 5 от 10-15% мучнистых, гидроли-зованных зерен; 1% (следы зарубцевавшихся трещин); до 5% с черным зародышем, без серых зерен, потери урожая до 30% у сортов озимой пшеницы -Anna, Wageningen, ячменя -Laure, Cebeco 7202, Cebeco 6723, овса - Gambo 30-40 Septoria nodorum, S.avenae, S.hordei, Alternaría alternata

1 7 до 10% мучнистых, гидролизо-ванных зерен; 1% (следы рубцов); потери урожая до 15-20% у сортов озимой пшеницы Okapi, Manella, Rektor, Мироновская 808, Bocquian, Eiqer, ячменя -Cebeco 7935, овса - Perona 15-25 Septoria nodorum, S.avenae, S.hordei, Alternaría alternata

Иммунитет и устойчивость растений - это результат эволюционного отбора на изменяющемся инфекционном фоне, который всегда присутствует в ареалах сопряженной эволюции растения хозяина и паразита (Н.И.Вавилов, 1935). Исходя из этих закономерностей, источники устойчивости к ЭМИС обнаружены среди сортов, произрастающих в Голландии с влажными условиями погоды в период цветения, налива, созревания и уборки урожая, где в результате энзимной стадии ЭМИС образуется идеальный питательный субстрат в виде водорастворимых веществ (Сахаров и аминокислот) для патогенов и параллельно с этим самим растением открываются "ворота" для внедрения тех патогенов, которые приспособлены к гидротермическому режиму определенного региона (Temirbekowa S.K., Gromova В.В.-О., Buys J., 1996; Temirbekowa S.K., Popova E.V., Buys J., Van Mansvelt J.D., 1995). Выделенные в этих условиях источники устойчивости с комплексной, сопряженной адаптацией к абиотическим факторам (повышенной влажности), к биотическим (фитопатогенам) и поллютантам представляют ценный исходный материал для экологической селекции и рекомендуются для использования в фермерских хозяйствах.

Поиск альтернативных путей для создания адаптивных, устойчивых и толерантных к абиотическим (повышенная влажность) и биотическим факторам (болезням) сортов (форм) для использования в экологическом сельском хозяйстве. Внедрение сортов интенсивного типа в производство явилось основной причиной увеличения новых рас возбудителей мучнистой росы, желтой и бурой ржавчины, сильного развития биологического травмирования зерна. Имея новые гены вирулентности и более широкую норму реакции, они вытеснили слабопатогенные штаммы из агрофитоценоза и агроландшафта, тем самым уничтожили грибов-антагонистов и грибов, поражающих вредителей и препятствовавших их массовому размножению.

В связи с тем, что экологическое сельское хозяйство предъявляет особые требования к селекции и защите растений, перед нами была поставлена задача поиска альтернативного (не интенсивного) направления в создании форм (сортов) с комплексной, сопряженной адаптацией к абиотическим факторам (к повышенным условиям влажности) и биотическим (болезням), сочетающим в себе стабильно высокий урожай с экологически чистым качеством зерна.

Исследования проводили совместно с Московским отделением ВНИИР им.Н.И.Вавилова с 1990 по 1998 гг. (Россия, Московская обл.).

Цель исследований заключалась в использовании адаптивного потенциала биотипов, линий из сортовой популяции сортов Okapi (Нидерланды), Rektor, Herzog, Obelisk (Германия), Мироновская 808 (Украина), Зариб (Россия) для фермерской технологии и поиска путей реализации скрытой изменчивости для выявления биотипов (различные фенотипы и генотипы) из гомогенной (на внешний вид) сортовой популяции. При этом руководствовались учением о популяционном подходе выдающегося советского ученого Е.Н.Синской (1939-1964), которая установила, что сорта возделываемых растений состоят из ряда форм, различающихся по морфологическим и физиологическим характеристикам.

Изучение российской и голландской репродукции вышеназванных сортов проводили в Нидерландах, а голландской и российской репродукции - в МОВИР.

Влияние различных экологических условий на полиморфизм глиадина. Белковые маркеры широко используют для генетического, филогенетического анализа, а в селекции растений - на продуктивность, качество зерна, устойчивость к неблагоприятным факторам среды и болезнеустойчивость (В.Г.КонареВ; 1985; А.А.Созинов, 1985; С.Л.Тютерев и др., 1989).

Нами первоначально был проведен электрофоретический анализ спектров спирторастворимого белка - глиадина у исходных образцов Okapi, Rektor, Herzog и Мироновская 808 российской и голландской репродукции в сравнении с оригиналом.

Результаты показали, что спектр глиадинов для каждого сорта ге-нотипичен (т.е. отсутствуют генетические различия), не изменяется от условий выращивания, от процента белка в зерне и соответствует оригиналу. Несмотря на генетическую идентичность обеих репродукций, голландская репродукция сортов отличалась большей гетерогенностью и электрофоретической формулой глиадина (возможно имели различия в аллелях глиадинкодирующих локусов).

В 1992-1993 гг. перезимовка озимых культур в Московской обл. была крайне неблагоприятной. Из-за вымокания, выпревания, выпирания сортообразцы голландской репродукции Okapi, Rektor погибли на 90%, Мироновская 808 - на 60%, Herzog - на 100%.

Наши исследования показали, что под воздействием суровых местных условий перезимовки из первоначально гетерогенной популяции голландской репродукции сортов Okapi, Rektor, Мироновская 808 выжили в результате естественного отбора наиболее приспособленные биотипы (генотипы), которые проявили устойчивость к Fusarium nivale, что явилось причиной выпревания (погибшие растения весной были покрыты бело-розовым налетом плесени). При этом в отличие от голландской, российская репродукция тех же сортов перезимовала на 7080%. Электрофоретический спектр глиадина у выживших биотипов подтвердил разнокачественность блоков запасных белков (в отличие от российской репродукции), что, видимо, свидетельствует об адаптации биотипов к новым, необычным условиям. Идентифицированы два биотипа у сорта Rektor и три биотипа у Мироновской 808, которые различаются между собой по блокам Gld 1D1, Gld 1D5 и GId 6В1.

Нами продолжено изучение выделенных в результате естественного отбора биотипов из сортов голландской репродукции в сравнении с теми же сортами российской репродукции.

Обилие осадков в 1993-1995 гг. явилось основной причиной развития энзимной, а затем и микозной стадии ЭМИС, что вызвало массовое поражение колосьев альтернариозом у пшеницы. Сильная пораженность колосьев альтернариозом (75-100%) оказало влияние на элементы урожая: при этом снизилась озерненность колоса, масса зерна с 1 колоса и масса 1000 зерен как у биотипов, так и у исходных сортов (табл. 5).

Данные табл.5 показывают, что биотипы из популяции сортов Rektor и Мироновская 808 отличаются по массе 1000 зерен, числу зерен с колоса и наименьшими потерями сухого вещества в сравнении с исходными сортами.

Следует отметить, что аналогичная ситуация с перезимовкой озимых культур имела место и в 1998 году. В этих условиях перезимовка биотипов (выделенных из популяции в 1993 году) была 75-85% (табл. б). Биотипы отличаются хорошей регенерационной способностью в весенний период. Данные урожая и основных хозяйственно ценных признаков у сортов и их биотипов в конкурсном сортоиспытании представлены в табл.6.

Биотипы характеризуются более крупным зерном, стекловид-ностью, содержанием сырой клейковины и бежа. По урожайности несколько уступают исходным сортам (табл.6), но, несмотря на это, можно считать, что это достаточная для зоны урожайность.

Таблица

Влияние альтернариоза колосьев на элементы урожая озимой пшеницы в годы эпифитотий, среднее за 1993-1995 гг., МОВИР

Варианты Число Масса Масса 1000 зерен

Сортообразцы опыта зерен в зерна с потери колосе, 1 колоса, г в%к шт. г контро

Ibis, устойчивый к контроль* 41 1,8 43,9 энзимной стадии опыт** 38 1,6 42,1 4,

ЭМИС тест-сорт

Okapi, устойчивый контроль 39 1,6 41,0 к энзимнои стадии опыт 30 1,0 33,3 18,

Биотип 1 контроль 40 1,8 45,0 опыт 34 1,2 35,3 21,

Биотип 2 контроль 37 1,8 48,6 опыт 32 1,2 37,5 22,

Rektor, толерантный контроль 44 1,8 40,9 к энзимнои стадии опыт 38 1,3 34,2 16,

Биотип 1 контроль 38 1,6 42,1 опыт 31 1,0 32,3 23,

Биотип 2 контроль 40 1,7 42,5 опыт 35 1,4 40,0 5,

Мироновская 808. контроль 45 2,2 48,9 толерантный к эн- опыт 20 0,7 35,0 28, зимной стадии ЭМИС

Биотип 1 контроль 42 2,0 47,6 опыт 18 0,7 38,9 18,

Биотип 2 контроль 43 2,0 46,5 опыт 22 0,8 36,4 21,

Биотип 3 (ersp.) контроль 41 2,1 51,2 опыт 20 0,8 40,0 21,

НСР05 2 0,1 1, - контроль - колосья, находящиеся под гидроизолятором; - опыт - колосья, не защищенные от дождя

Таблица

Основные хозяйственно ценные признаки сортов и биотипов (голландской репродукции 1991 г.) по данным конкурсного сортоиспытания в Московской обл. за 1996-1998 г., совместный опыт с МОВИР

Сорта и биотипы Высота Масса Стек- Содержание в Зимо- Урорасте- 1000 ловид- шроте, % стой- жайний, см зерен,г ность, сырой белка кость, % ность, клеи- т/га ковины

Okapi 105 40,2 64 32,0 13,4 75 5,

Биотип 1 110 41,3 69 33,5 13,9 85 5,

Биотип 2 115 42,1 67 35,0 13,5 80 4,

Rektor 100 38,9 69 30,0 14,1 70 5,

Биотип 1 110 40,0 67 34,6 14,3 85 5,

Биотип 2 120 41,4 72 35,8 14,0 85 5,

Мироновская 125 42,7 75 35,0 14,9 90 5,

Биотип 1 115 43,1 77 32,5 13,7 80 4,

Биотип 2 120 45,3 72 38,2 15,0 75 4,

Биотип 3 (ersp.) 130 47,9 73 36,3 14,8 85 4,

HCPos 8 1,2 4 1,4 0,2 1,

Биотипы, выделенные из популяции сортов в слабой степени поражаются мучнистой росой, бурой ржавчиной, снежной плесенью, корневыми гнилями, толерантны к энзимо-микозному истощению семян, т.е. они имеют комплексную устойчивость как к абиотическому стрессу, так и биотическому, что исключает использование пестицидов.

Исследованиями И.М.Молчан (1995) отмечено, что стрессовые факторы, ведущие к дисбалансу метаболизма у большинства источников устойчивости к ЭМИС, способствуют лишь минимальному накоплению в растениях различных загрязнителей типа цезия-137. Поэтому селекция должна быть направлена на комплексную, неспецифическую устойчивость и полевую толерантность к различным стрессовым факторам. Выделенные биотипы представляют интерес для экологических фермерских хозяйств и в качестве исходного материала рекомендуются для экологической селекции.

Выделенные из сортовой популяции биотипы после трехлетнего изучения в конкурсном сортоиспытании будут переданы в государственную комиссию по сортоиспытанию Нидерландов и России.

На основании полученных экспериментальных данных мы пришли к выводу, что в популяциях селекционных сортов, которые визуально однородные, имеются большие резервы изменчивости, которые следует использовать в экологической селекции для улучшения существующих и создания новых сортов с комплексом адаптивных свойств к определенному региону. Именно полибиотипическая структура популяции, о которой указывала Е.Н.Синская (1964), является идеальной моделью сорта для экологического сельского хозяйства на современном этапе. Благодаря комплексу адаптивных свойств они будут противостоять стрессовым факторам (абиотическим, биотическим) и будут иметь стабильный экологически чистый урожай хорошего качества. И именно свойство комплексной адаптации биотипов (генотипов) будет представлять стратегию селекции в органобиологическом сельском хозяйстве.

При этом необходимо учесть: по каким признакам стремятся улучшить сорт при повторных отборах. Невелики будут результаты отборов по характеристикам, контролируемым одним или небольшим количеством генов (например, к Егуз1рЬе £гатШ$). Такие признаки быстро приходят в гомозиготное состояние и выявляются на ранних этапах селекционной проработки. Совершенно по другому обстоит дело с полигенными качественными признаками, формообразовательный процесс по которым может продолжаться длительный период.

Большинство успешных внутрисортовых отборов было проведено российскими селекционерами именно по таким признакам (В.С.Пустовойт - на устойчивость к серой гнили и моли подсолнечника, Е.Т.Вареница - к комплексу болезней на озимой пшенице).

Именно к таким полигенным признакам относится восприимчивость сортов зерновых культур к энзимо-микозному истощению семян (ЭМИС), которое является комплексной или сопряженной болезнью, приводящего к снижению урожая, ухудшению хлебопекарных и посевных качеств, заражению колосьев и семян фитопатогенами. Проведенные нами многолетние исследования на старых и новых сортах озимой пшеницы подтвердили перспективность и достаточно высокую эффективность внутрисортового отбора более устойчивых и толерантных к ЭМИС биотипов при сохранении на должном уровне других хозяйственно ценных признаков и свойств сорта (Б.К.ТегшгЪекоша,

E.V.Popova, J.Buys, J.D. van Mansvelt, 1995). Для использования в экологическом сельском хозяйстве нами предложен ряд практических рекомендаций из литературы и результаты собственных исследований по выявлению резервов скрытой внутрисортовой изменчивости, которые представлены в табл.7 (S.K.Temirbekowa, J.D. van Mansvelt, E.R.Vilenski, 1998. Монография. В печати).

Таблица

Анализирующие (не оптимальные, контрастные) фоны для выявления резервов скрытой внутрисортовой изменчивости пп Анализирующие фоны Источники

1. Для предварительной идентификации биотипов использовать метод электрофореза полиморфных белков В.Г.Конарев, 1985 S.K.Temirbekova, E.V.Popova, J.Buys, J.D.van Mansvelt,

2. Испытание сортов в различных эко-лого-географических зонах, находящихся внутри одной климатической зоны Е.Н.Синская, 1964; S.K.Temirbekova, J.D.van Mansvelt,

3. Испытание сортов в различных почвенных условиях (внутри Голландии, России, Швейцарии и Германии имеются различные типы почв) A.М.Горский, 1960; Е.Н.Синская, 1964; B.Heyden, 1995,

4. Использовать различные сроки посева для озимых и яровых культур R.Steiner, 1924; Е.Н.Синская,

5. Использовать различные режимы температуры при яровизации В.Ф.Корякина,

6. Комбинировать различные сроки посева с различной длительностью яровизации Е.Н.Синская, 1964;

7. Использовать различную интенсивность и качество света, а также различную длину дня J.Schultz, 1940 Б.С.Мошков, 1940; Е.Н.Синская, 1963; S.K.Temirbekova, J.Buys, J.D.van Mansvelt, 1993,

8. Использовать различную глубину заделки семян и различную густоту стояния растений А.В.Крючков,

9. Использовать взаимовлияние различных культур в агроценозе И.М.Молчан, 1987; РЖБте<

§, Ю.уап МашуеН, 1990; 1.0.уап МатуеН, г.Оаврепкохуа, 1995; И.М.Долотовский,

10. Использовать смесь сортов в пределах одной культуры (при этом подобрать сорта с комплексной адаптацией к абиотическим и биотическим факторам, а также с крупным зерном, со стабильным урожаем хорошего качества) И.М.Молчан, 1997; Б.К.ТегтгЬекоуа, .Ш.уап Машуек,

11. Использовать для посева отделенную левую и правую части ячменя П.И.Кубарев,

12. Использовать для посева различное положение семян в колосе (метелке) по порядку снизу вверх или по порядку сверху вниз М.8с1ншск,

13. Замачивание семян перед посевом в растворах препаратов из растений и животных или опрыскивание этими препаратами в период вегетации растений в качестве профилактики от болезней овощных культур и ячменя В.Наск, К.Откеп, Б.К.ТетнЬекоуа, 1.Р.уап Машуек,

Все эти работы фермер должен сам выполнять, а исследовать оказывает лишь соответствующую помощь и содействие.

Основные требования к модели устойчивых. толерантных к болезням сортов зерновых культур для экологического сельского хозяйства. В результате многолетних теоретических и практических исследований в связи с непригодностью использования интенсивных сортов в экологическом сельском хозяйстве Западной Европы мы пришли к выводу о том, что для адаптивной экологической селекции требуется:

1. Использовать полиморфную биотипическую структуру сортовой популяции, разработанную Е.Н.Синской (1964).

2. Использовать комплексную адаптацию биотипов (генотипов) к абиотическим и биотическим факторам (возбудителям болезней) определенного региона. Физиологическая неприсобленность к абиотическим стрессам (в особенности к условиям повышенной влажности) вызывает отклонения в нарушении обмена веществ у растений, вследствие которого фитопатогены становятся вторичными, хорошо приспособленными к благоприятным для них отклонениям. Это относится к сапрофитным, полусапрофитным и полупаразитным патогенам (S.K.Temirbekowa, E.V.Popova, J.Buys, J.D.van Mansvelt, 1995).

Обоснование модели адаптивных, устойчивых к абиотическим и биотическим стрессам сортов зетовых культур для Голландии. Для экологического земледелия необходимо подобрать исходный материал и создать сорт (путем отбора биотипов из популяции) с более ранним по сравнению со стандартом прохождением фазы весеннего кущения, что означает большую холодостойкость (возможные сорта-доноры: озимая пшеница Okapi, Rektor, Мироновская 808, Jo-3133 (Финляндия), Eiger (Швейцария), Bersee (Франция). Кроме того, они отличаются энергичным кущением, одновременным со стандартом колошением и относительно быстрым наливом и созреванием зерна.

В качестве эталона по зимостойкости вполне подходят для модели сорта озимой пшеницы Мироновская 808, Okapi, Rektor, Bersee , которые помимо зимостойкости отличаются исключительной регенерацион-ной способностью в весенний период и высокотолерантны к Fusarium nivale Ces (S.K.Temirbekowa, J.D.van Mansvelt, 1998).

В модели необходимо предусмотреть отбор генотипов из популяций, которые имеют корневую систему смешанного типа, с хорошо развитыми как первичными, так и вторичными корнями. У сортов интенсивного типа сильно развита вторичная корневая система, которая играет преобладающую роль в снабжении растения продуктами питания и жизнедеятельности, но отличается малой избирательностью, а первичная корневая система развита слабо и играет роль только на первых этапах онтогенеза, хотя и обладает повышенной избирательностью в отношении вредных веществ (Е.Л.Климашевский, 1991). Мы рекомендуем для отбора биотипов сорта озимой пшеницы Мироновская 808, Bersee, Wageningen, овса - Gambo, Astor.

Из популяции сорта необходимо отбирать группу растений не абсолютно, а относительно устойчивых или толерантных к вредителям и болезням и обязательно с минимальным поражением. В этом случае патогены не приносят ощутимого вреда и, что очень важно, их эволюция относительно стабилизирована. Необходимо мирное сосуществование, регулирование численности, а также учет экономически и экологически допустимого порога вредоносности (М.С.Дунин, С.К.Темирбекова, 1981; И.М.Молчан, 1987; 1993; S.K.Temirbekowa, J.D.van Mansvelt, 1998).

Отбор на среднеобеспеченном агрофоне из достаточно продуктивной сортовой популяции, обладающей комплексной толерантностью, делает ненужным форсированное применение химических средств защиты растений и высоких доз удобрений для стабилизации урожая. Это само по себе снижает риск заражения товарной части продукции вредными веществами. Кроме того, на всех этапах селекционного процесса естественный и необходимый элемент работы - контроль за качеством продукции и избирательностью корневых систем в отношении нитратов, тяжелых металлов, радионуклидов, остатков пестицидов, токсинов грибов и других факторов.