Влияние экологических факторов на структуру и динамику численности популяции колорадского жука в условиях Кемеровской области

Колорадского жука (Leptinotdrsa decemlineata Say) по уровню его численности и вредоносности относят к числу супердоминантных вредоносных видов насекомых. Он способен снизить урожай клубней картофеля, на 30% и более (Захаренко В. А., 2001; Павлюшин ВА. и др., 2008). Являясь эврибионтным видом, колорадский жук склонен к массовым размножениям и биологическим инвазиям, которые приводят к структурно-функциональной дезинтеграции агроэкосистем. Для вида свойственны территориальные экспансии и способность к ускоренной адаптации в самых разнообразных экологических условиях, что привело к формированию экологических рас, в том числе географических. Такие расы колорадского жука выявлены в основных агроклиматических зонах Евразии (Фасулати С. Р., 1988; Головатенко Н. А., 2004; Удалов М. Б., 2006; Калинина К. В., 2009). При этом структура популяций насекомого в разных зонах инвазии может иметь значительные зональные различия. Проблематичность контроля численности вредителя связана с высокой экологической пластичностью данного вида, в основе которой лежит генетический и связанный с ним внутрипопуляционный адаптивный полиморфизм (Вилкова Н. А. и др., 2002). Определение популяционной структуры вида является принципиальным вопросом экологии, поскольку во всех этих направлениях вид является элементарной единицей, а популяция — реальной формой устойчивого его существования (Яблоков А. В., 1987; Бродский А. К., 2008). При этом абиотические факторы среды играют основополагающее значение в микроэволюции и адаптациогенезе популяций вида в экстремальных климатических условиях (Павлюшин В. А. и др., 2005).

Ареал колорадского картофельного жука в настоящее время охватывает всю Северную Америку и почти весь Европейский континент. Отдельные очаги зафиксированы в Закавказье и в Средней Азии (Ушатинская Р. С.,.

1981; Бектуров Д. С., Есумов О. К., 2009; Weber D., 2003). По данным С. Р. Фасулати (2004) в Российской Федерации ареал этого вида продолжает расширяться высокими темпами на восток и на север. По мере расширения ареала вредителя на восток проблема защиты растений от колорадского жука резко обостряется, так как до 80% посадок повреждается этим вредителем. Особое место занимает нарастающая резистентность жука к традиционным инсектицидам (Сухорученко Г. И., 2001; Рославцева С. А., 2005; Павлюшин В. А. и др., 2008; Беньковская Г. В., 2009; Stancovic S. et al., 2004). Химические меры борьбы с фитофагом дорогостоящи и экологически опасны, а вопросы экологической чистоты сельскохозяйственной продукции во всем мире приобретают первостепенное значение (Банщиков Б. П., Прокофьев М. А., 1998; Сугоняев Е. С., 1998; Соколов, М. С., 2001; Лысенко Ю. Н., Плужникова И. И., 2005; Ходус А. В., 2005). В связи с этим, современная практика сельского хозяйства придает большое значение интегрированной борьбе с вредителями, которая требует высокого уровня научного обеспечения, проведения фитосанитарного мониторинга агроценозов, экологической оценки целесообразности средств защиты растений (Жученко А. А., 1990; Захаренко В. А., 2001; Вилкова Н. А. и др., 2004; Герасимова А. В. и др., 2006; Андрианов А. Д., Андрианов Д. А., 2009; Монастырский О. А., 2009; Alyokhin А., 2007).

Одним из важнейших факторов, сдерживающих рост численности фитофага и снижающих его вредоносность — это возделывание устойчивых к вредителю сортов (Радкевич В. А., 1980; Глез В. М., Черкашин В. И., 2002; Молявко А. А., 2005; Порсев И. Н., 2010). К сожалению, доля таких сортов в посадках картофеля на территории России очень низка (Вилкова Н. А., Фасулати С. Р., 2001 в).

Картофель выращивают более чем в 150 странах мира. По валовым сборам и площадям пашни, отведенной под посадки картофеля, Россия прочно занимает второе место. В последние годы наблюдается тенденция к увеличению площадей занятых этой культурой (Тульчеев В. В., 2006; Симаков Е. А., Анисимов Б. В., 2009; Хаванов С., 2009);

Картофель один из основных продуктов питания, а так же служит кормовым ресурсом в животноводстве. Его используют В" ! медицине и косметологии, используется как сырьё для. промышленного получения! крахмала, лимонной кислоты, патоки, спирта и других ценных продуктов. Поэтому каждый фактор, снижающий? урожаи кapтoфeлЯj приносит большой экономический ущерб (Карманов С. Н., Серебренников В. С., 1991; Машьянова Г. К., 1991; Ушатинская Р. С., 1991; Коршунов А. В., 2003;6).

По экономической эффективности производства картофеля лидируют сельскохозяйственные предприятия Сибирского федерального округа (Анисимов Б. Н., Чугунов В. С., Шатилова О. Н., 2010). Кемеровская область находится в зоне наиболее благоприятных природно-экономических условий для производства картофеля. На сегодняшний день картофель в регионе выращивается преимущественно в частном секторе — 92%, и только 8% — в сельскохозяйственных организациях. В связи с этим в последние годы наблюдается низкий темп увеличения урожайности и снижение рентабельности производства. Одна из причин такой ситуации — заселение территории области новым вредителем пасленовых культур — колорадским жуком {Leptinotarsa decemlineata Say) (Тульчеев В. В- 2006; Анютина Л. Р., 2008; Лапшинов Н. А., Куликова В. И., Рябцева Т. В., 2009).

Колорадский жук оказался очень сложным объектом для контроля. Экологическая пластичность вредителя, быстрота его распространения, а так же адаптация жука к новым условиям в сумме с высокой плодовитостью, способностью к далеким перелетам, зимовкой глубоко в почве, большою продолжительностью имагинальной стадии развития и ряда других особенностей осложняет защитные и карантинные мероприятия. Поэтому площадь картофельных полей, требующих защиты от вредителя, постоянно увеличивается (Фазылов Ю. X., 2003; Удалов М.

Б., 2006; Калинина К. В., 2007; Слобожанина Е. А., 2007; Наумова Н. И., 2008). Среди насекомых, вредящих сельскохозяйственным культурам, колорадский жук изучен наиболее разносторонне. Однако, необходимость регуляции численности вредителя в растущем ареале, потребность в повышении эффективности применяемых средств и способов борьбы" с ним, диктуют необходимость в изучении биологии вредителя и выявлении наиболее «уязвимых» фаз в онтогенезе и в популяционном развитии (Ушатинская P.C. и др., 1981).

На территории Кемеровской области влияние абиотических факторов на свойства популяций колорадского жука, взаимовлияние растения-хозяина и вредителя, устойчивость сортов картофеля к повреждению, резистентность фитофага к инсектицидам не были изучены и являются актуальными.

Цель исследований: Изучение влияния экологических факторов на структуру и динамику численности популяции колорадского жука в условиях Кемеровской области.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

1. Выявить особенности сезонного цикла развития колорадского жука в условиях Кемеровской области.

2. Проанализировать зависимость динамики численности вредителя от абиотических факторов среды.

3. Изучить фенотипическую структуру популяций колорадского жука в Кемеровской области.

4. Определить степень антиксенотического воздействия сортов картофеля на вредителя в лабораторных условиях.

5. Оценить степень устойчивости сортов картофеля к повреждению вредителем в полевых условиях.

6. Оценить эффективность воздействия химических препаратов (инсектицидов), направленных на снижение численности жука, в лабораторных условиях.

Научная новизна. Впервые в условиях Кемеровской области определен цикл развития колорадского жука, отражающий, гетерогенность популяции по составу (монои поливольтинные формы). Установлена зависимость динамики численности популяции насекомого от температуры воздуха. Выявлена гетерогенность популяций колорадского жука по соотношению девяти известных морфотипов в зависимости от географической принадлежности. Определен экотип вида, для Кемеровской области, характеризующийся доминированием 3-го и 6-го морфотипов имаго, маркируемых рисунком переднеспинки.

Выявлено депрессирование популяции фитофага сортами с разными механизмами иммунитета к повреждению. Установлены сорта с антиксенотическим и органогенетическим барьером устойчивости. Выделены группы сортов картофеля по степени устойчивости к повреждению фитофагом.

Выявлена резистентность и чувствительность популяции колорадского жука в условиях Кемеровской области к инсектицидным препаратам разных химических групп.

Практическая значимость. Проведенные исследования показали, что эффективное регулирование состояния агроценозов возможно при условии систематического мониторинга динамики численности, структуры популяции, степени резистентности колорадского жука к используемым инсектицидам и возделывании устойчивых сортов картофеля. Это послужит основой для дифференциации систем защиты растений.

Материалы диссертации могут быть использованы при чтении лекций и проведении лабораторных занятий по дисциплинам: экология, энтомология, частная генетика и селекция растений, иммунитет растений.

Положения, выносимые на защиту:

1. Популяция фитофага гетерогенна по составу и соотношению девяти известных морфотипов, в зависимости от географической принадлежности.

2. Динамика численности популяции насекомого зависит от температуры воздуха.

3. Фенетическая структура популяции колорадского жука, обитающего на территории Кемеровской области, достоверно отличается от других известных географических рас вида и характеризуется доминированием 3-го и 6-го морфотипов имаго.

4. Популяция фитофага обладает резистентностью к фосфорорганическому препарату актеллик и находится на начальных этапах формирования резистентентности к одному из пиретроидных препаратов — фьюри.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены на заседаниях научно-методического семинара кафедры ботаники ГОУ ВПО «КемГУ» (Кемерово, 2006;2008 гг.), Кемеровского отделения Русского Ботанического общества (Кемерово, 2006 -2008 гг.), на II и VI международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых «Образование, наука, инновации — вклад молодых исследователей» (Кемерово, 2007 г., 2011 г.), на IV международной научной конференции молодых учёных, посвященной 40-летию СО Россельхозакадемии «Новейшие направления развития аграрной науки в работах молодых учёных» (Новосибирск, 2010 г.).

Структура и объем диссертации

Диссертация изложена на 184 страницах компьютерного текста и состоит из введения, 6 глав, выводов и практических рекомендаций, списка использованной литературы и приложений. Работа иллюстрирована 18 таблицами, 25 рисунками и 28.