З. Распределение металлов в органах растений носит отчетливо выраженный акропетальный характер: корни > стебли > листья > плоды. У растений имеется защитный организм, который препятствует поступлению тяжелых металлов из корней в надземные органы. Эта тенденция слабее проявляется на почвах с нормальным содержанием металлов и сильнее – с избыточным.
Применением удобрений можно регулировать рост и развитие растений на различных этапах органогенеза, ускорять или замедлять созревание. Применение удобрений позволяет предотвратить или смягчить воздействие различных стрессов, повышая приспособляемость растений к неблагоприятным условиям. При этом следует различать влияние содержания элементов питания на химический и биохимический состав растений, на их устойчивость к болезням и вредителям, на развитие сорняков. На указанные факторы влияет как избыточное, так и недостаточное содержание элементов.
Калийные удобрения чаще существенно сдерживают развитие грибных болезней на растениях, так как калий утолщает клеточные стенки, повышает прочность механических тканей, увеличивает рост и дифференциацию клеток камбия у высших растений. Это повышает устойчивость растений против инфекционного поражения. Недостаток калия в почве резко снижает устойчивость картофеля к фитофторе, крыжовника - к мучнистой росе, зерновых культур – к ржавчине.
Фосфор способствует усиленному развитию корневой системы, что повышает устойчивость растений к неблагоприятным факторам роста. Оптимальное фосфорное питание усиливает образование склеренхимных тканей, что повышает сопротивляемость растений внедрению паразита. Под влиянием фосфорных удобрений отмечается снижение жизнеспособности возбудителей болезней в почве (Чулкина В.А.).Кук Д. связывает эффект фосфатов с биохимией инфекционного процесса в клетках растения-хозяина, особенно, с изменением катионно-анионного равновесия. Так, например, внесение на Ротамстедской станции 64 кг/га Р2О5 снижало поражение ячменя Ophiobolus graminis в 3 раза (Минеев В.Г., 1990). Фосфорные удобрения одни или в сочетании с калием или азотом, в большинстве случаев, снижают вредоносность заболевания.
Довольно часто недостаток того или иного элемента усиливает вредоносность патогена. Азот в составе удобрений часто стимулирует развитие многих грибных болезней; при борном голодании у льна развивается бактериоз. В то же время правильное применение минеральных удобрений, приводящее к оптимизации свойств почв, приводит к уменьшению обилия грибов токсинообразователей (Марфенина О.Е., Бондаренко Н.Г.). Так, например, оптимальные дозы NPK на среднеокультуренной почве снизили степень поражения кормовых бобов шоколадной пятнистостью до 0, по сравнению с поражением на контроле 73% (Минеев В.Г., 1990).
Различные минеральные удобрения в неодинаковой степени влияют на поражение растений почвенными патогенами. Для ржи, пшеницы поражение грибами Cercosporella Repotrichoides снижаетсяпри применении азотных удобрений; для ячменя при поражении Ophiobolus graminis - при применении ((NH4)2SO4; для пшеницы (Garumannomyces graminis) - при применении (NH4)2SO4; для хлопчатника (Fusarium oxysporum) – при применении (NH4)2SO4, NH4NO3; для вики, гороха (гриб Fusarium phuscoli) – при применении СаСО3 и (NH4)2SO4; для хлопчатника (гриб Verticillum duhliae) – при применении (NH4)2SO4; для томата (Scierocium rolfsii) – при применении Са(NO3)2; для сахарной свеклы (S. Rolfsii) – при применении (NH4)2SO4, Ca(NO3)2; для пшеницы, ячменя (Cochliobolus sativus) – при применении фосфорных удобрений. Поражение грибами Ophiobolus graminis нарастает для пшеницыпри применении NaNO3; для пшеницы, ячменя (Сochliobolus sativus) – при применении СаСО3; для хлопчатника при поражении грибом Phymatotrichum omnivorum – при применении СаСО3, грибом Verticillum albo-atrum – при применении Ca(NO3)2,(NH4)2SO4, KNO3; для картофеля (Streptomyces scabies) – при применении NH4NO3 + CaCO3; для томата (Fusarium oxysporum) – при применении нитратов; для фасоли (Fusarium solani) – при применении NH4; для сорго (Fusarium moniliforme) – при применении NH4NO3 + NaNO3 (Дурынина и Чичева, ссылка по Минееву В.Г., 1990).
Действие удобрений на развитие патогенов обусловлено их влиянием на процессы метаболизма в растениях, непосредственно на процессы метаболизма патогена, влиянием на развитие микроорганизмов в зоне ризосферы и изменением свойств почв в зоне ризосферы. Так, например, внесение в почву сульфата аммония приводит, в связи с поглощением растением NH4, к подкислению почв (образование серной кислоты, в связи с обменом в корне NH+на Н+). Повышенная кислотность в зоне ризосферы сдерживает прорастание конидий и развитие Fusarium, Ophiobolus, Verticillium. Естественно, что одновременное внесение (NH4)2SO4и извести снижает антипатогенное действие сульфата аммония.
Микроэлементы влияют на биохимические процессы у микроорганизмов, в том числе и грибов, действуют на ферментативную активность дегидрогеназы, каталазы, протеолитических и амилолитических ферментов. Для успешного развития многих грибов необходимо присутствие в почве железа, цинка, марганца, меди, бора. Однако, потребность в микроэлементах для разных видов и даже в пределах одного вида значительно варьирует. В связи с этим, внесение ряда микроэлементов в почву как повышает устойчивость растений к инфекционным заболеваниям, так и ингибирует в почве возбудителей болезней. Так, например, по данным Аскарова С.А., внесение марганца и бора в оптимальных дозах в составе обогащенного ими суперфосфата снижало поражение хлопчатника вертициллезным увяданием на 10-40%.
Окультуривание почв чаще приводит к уменьшению заражения растений. Так, например, на хорошо окультуренной почве токсичных штаммов грибов было 6%, а на слабоокультуренной – 31%.Угнетенное и патологическое состояние растений часто вызывается не только недостатком, но и избытком определенных элементов. Избыточное содержание алюминия и марганца отмечается в кислых (особенно суглинистых и глинистых) почвах, в почвах избыточно увлажненных. Вредное влияние на растения избыточного содержания марганца усиливается на кислых (песчаных, супесчаных, торфянистых), а также на уплотненных или избыточно увлажненных почвах, содержащих мало подвижных соединений фосфора, кальция, а на легких почвах и магния. Избыточное азотное питание стимулирует развитие болезней. Так, например, Виноградовой Г.Н. (1966) установлено, что высокие дозы азотных и калийных удобрений в подкормку повышали поражаемость брюссельской капусты серой гнилью. При этом подкормка фосфорными удобрениями ослабляла вредное действие азотных и калийных удобрений.
18. Мониторинг почв сельскохозяйственного использования
В связи с усилением антропогенного воздействия на природу, все большая доля территории становится опасной для жизни людей, неблагоприятной для ведения сельскохозяйственного производства. Согласно анализу, проведенному в середине девяностых годов только очень острые неблагоприятные экологические ситуации отмечались в России на площади 2,5 млн. км2, что составляет 15% всей территории. В связи с этим, контроль за состоянием окружающей среды, выделение территорий различной экологической напряженности с целью разработки мероприятий по оптимизации обстановки представляет важную народнохозяйственную задачу.
Под мониторингом понимается система наблюдений и контроля за состоянием окружающей среды с целью разработки мероприятий по ее охране, рациональному использованию природных ресурсов и предупреждению критический ситуаций, вредных или опасных для здоровья людей, живых организмов, их сообществ, природных комплексов и объектов. Это отражение динамики происходящих в объекте изучения изменений и прогноза развития ситуации. Мониторинг включает наблюдение, оценку фактического состояния, прогноз состояния, оценку прогнозируемого состояния, разработку путей оптимизации обстановки.
Агроэкологический мониторинг представляет собой общегосударственную систему наблюдений и контроля за состоянием и уровнем загрязнения агроэкосистем (и сопредельных с ними сред) в процессе интенсивной сельскохозяйственной деятельности. Отличительные особенности функционирования агроэкосистем, по сравнению с природными экосистемами, по мнению Кирюшина В.И., состоят в следующем:
1. Агроценозы находятся вне сферы естественного отбора; эти системы создаются и поддерживаются человеком.
2. Агроценозы получают, наряду с солнечной энергией, дополнительное количество энергии, которое вносит в них человек (для антропогенной энергии составляет 5-10%).
3. Агроценоз полевых культур – сообщество монодоминантное, чаще односортовое. Угнетение роста и развития основной культуры не может быть компенсировано усиленным ростом других видов растений. В результате устойчивость продуктивности агроценоза ниже, чем в естественных экосистемах.
4. В агроценозах период вегетации культивируемых растений короче вегетационного сезона. Время взаимодействия фитокомпонента с почвой намного короче, чем в естественных ценозах, что определяет интенсивность обменных процессов.
5. В агроценозах круговорот химических веществ не компенсирован, часть вещества изымается из экосистемы безвозвратно. В агроценозах с хозяйственно полезной продукцией отчуждается 50-60% органического вещества от его количества, аккумулированного в продукции.
6. Природные экосистемы являются системами авторегуляторными; агроценозы – управляемыми человеком.
Как указывается в учебнике «Агроэкология» под редакцией Черникова и Черкеса, основными принципами агроэкологического мониторинга являются: 1) комплексность, т.е. одновременный контроль за тремя группами показателей, отражающих наиболее существенные особенности вариабельности агроэкосистем (показатели ранней диагностики изменений; показатели, характеризующие сезонные или краткосрочные изменения; показатели долгосрочных изменений; 2) непрерывность контроля за агроэкосистемой, предусматривающая строгую периодичность наблюдений по каждому показателю с учетом возможных темпов и интенсивности его изменений; 3) единство целей и задач исследований, проводимых разными специалистами (агрометеорологами, агрохимиками, гидрологами, микробиологами, почвоведами и т.д.) по согласованным программам под единым научно-методическим руководством; 4) системность исследований, т.е. одновременное исследование блока компонентов агроэкосистемы: атмосфера – вода – почва – растение – животное – человек; 5) достоверность исследований, предусматривающая что точность их должна перекрывать пространственное варьирование, сопровождается оценкой достоверности различий; 6) одновременность (совмещение, сопряженность) наблюдений по системе объектов, расположенных в различных природных зонах.