От температуры и количества выподаемых осадков будет зависеть и складывающийся гидротермический коэффициент (влажность воздуха и почвы, испаряемость и прогреваемость посевов и т.д.).
Фенологическая фаза развития характеризует состояние озимой пшеницы: определяет рост растения, количество биомассы, активность азотного обмена и формирование структуры будущего урожая, а также расселение и формообразование популяции пшеничного трипса, место его питания на растении, а также порог вредоносности его по отношению к растению озимой пшеницы.
Целью наших исследований был анализ и установление взаимосвязи динамики численности популяций пшеничного трипса и его хищника полосатого трипса в весенне-летние периоды онтогенеза озимой пшеницы и погодно-климатических факторов (температура и количество осадков) в виде эмпирических уравнений четвертого порядков.
В расчетах были приняты следующие показатели: длительность фазы, , дни; средняя точка продолжительности фазы, дата месяца; средняя температура фазы, °С (х) и средняя величина осадков фазы, мм (у).
Для начала мы провели анализ погодно-климатических факторов. Он был выполнен для условий временного интервала исследований и шести фаз развития озимой пшеницы: трубкование, колошение, цветение, молочная спелость, восковая спелость.
Полученные данные были обработаны с использованием базовой компьютерной программы «Статистика-6». Результаты хода изменений средних фазовых температур и объема осадков в различные периоды онтогенеза озимой пшеницы и насекомых (полосатый и пшеничный трипсы) в 1998-2005 годы.
С помощью программы «Статистика 6» мы рассчитали и аналитические зависимости функции температуры «t = f (τ)» для исследуемого временного интервала для каждого года начиная с 1998 по 2005 гг. включительно.
Рассчитанные программой уравнения хода изменений средних фазовых температур имеют следующий вид:
- t, °С(1998) = 17,58 - 0,3904τ + 0,0197τ2 – 0,0002τ3 + 6Е-07τ4, (1)
- t, °С(1999) = 13,718 – 0,364τ + 0,0202τ2 – 0,0002τ3 + 6Е-07τ4, (2)
- t, °С(2000) = 9,3214 + 0,3583τ - 0,0125τ2 + 0,0003τ3 – 2Е-06τ4, (3)
- t, °С(2001) = 13,42 + 0,1911τ - 0,0064τ2 + 0,0002τ3 – -1Е-06τ4, (4)
- t, °С(2002) = 9,2325 + 0,6506τ - 0,0262τ2 + 0,0005τ3 – 3Е-06τ4, (5)
- t, °С(2003) = 10,25 + 1,1537τ - 0,0504τ2 + 0,0008τ3 – 4Е-06τ4, (6)
- t, °С(2004) = 13,558 + 0,029τ - 0,0007τ2 + 3Е-05τ3 – 4Е-07τ4, (7)
- t, °С(2005) = 11,167 + 0,7529τ - 0,0318τ2 + 0,0005τ3 – 3Е-06τ4, (8)
Также были получены и аналитические зависимости функции осадков «Vос = f (τ)» для 5 фаз онтогенеза озимой пшеницы за исследуемый временной интервал для каждого года.
Рассчитанные программой уравнения изменения количества осадков в эти же периоды имеют следующий вид:
- Vос, мм(1998) = 17,581 – 0,3904τ + 0,0197τ2 – 0,0002τ3 + 6Е-07τ4 (9)
- Vос, мм(1999) = 173,03 – 10,061τ + 0,4215τ2 – 0,0072τ3 + 4Е-05τ4 (10)
- Vос, мм(2000) = 235,39 – 17,51τ + 0,7605τ2 – 0,012τ3 + 6Е-05τ4 (11)
- Vос, мм(2001) = 185,36 – 3,8552τ + 0,13τ2 – 0,0027τ3 + 2Е-05τ4 (12)
- Vос, мм(2002) = 9,2325 + 0,6506τ – 0,0262τ2 + 0,0005τ3 – 3Е-06τ4 (13)
- Vос, мм(2003) = -48,035 + 6,5934τ –0,2714τ2 + 0,0044τ3 – 2Е-05τ4 (14)
- Vос, мм(2004) = 109,25 + 16,32τ –0,317τ2 + 0,0018τ3 (15)
- Vос, мм(2005) = 48,91 + 4,9541τ – 0,2368τ2 + 0,0036τ3 – 2Е-05τ4 (16)
Для установления графических и аналитических зависимостей изменения динамики численности популяций пшеничного и полосатого трипсов в различные периоды онтогенеза озимой пшеницы за 1998 – 2005 года были полученные эмпирические данные за восемь лет исследований, также обработали с использованием базовой компьютерной программы «Статистика-6».
Из полученных результатов видим, что кривые хода изменения численности пшеничного и полосатого трипсов в процессе онтогенеза озимой пшеницы отражают циклы развития данных насекомых в посевах этой культуры. Изменяются только абсолютные значения величины численности Рпш и Рпп, которые определяются изменением погодно-климатических факторов в разные годы (рисунки 1 и 2).
Рисунок 1 – Динамика численность популяции пшеничного трипса в различные фазы онтогенеза за 1998–2005 гг.
Из графиков динамики численности видим, что в 2002 и 2004 годах численность популяции пшеничного трипса были наименьшие, если проанализировать погодно-климатические условия этих лет то увидим, что в фазы колошения и цветения в момент выхода трипса, откладки и развития яиц стояла прохладная и сухая погода. Средне фазовая температура была ниже на 0,9 °С, а количество осадков в 2002 году ниже было на 45,7%; в 2004 году ниже на 37,1 %. Что привело к снижению плодовитости самок и гибели яиц пшеничного трипса. Снижение численности пшеничного трипса отразилось на численности полосатого трипса, его численность в эти годы также снизилась, но, как видим на графике рисунка 2, не сразу, а в фазу молочной спелости. Эти годы выбиваются из общего хода динамики численности, как фитофага, так и его специализированного энтомофага. Наибольшая численность пшеничного и полосатого трипса нами отмечена в 2001 году, в этом году в фазу колошения озимой пшеницы стояла теплая и влажная погода. Температура в фазу колошения была не намного выше среднемноголетней, а вот осадков выпало на 210 % от средне многолетней нормы, что, на наш взгляд, и поспособствовало увеличению численности популяции данного вредителя. А наличие богатой кормовой базы способствовало увеличению численности полосатого трипса в этом году.
Рисунок 2 – Динамика численность популяции полосатого трипса в различные фазы онтогенеза за 1998–2005 г
Статистическая обработка экспериментальных данных позволила установить зависимости динамики численности популяции пшеничного трипса и полосатого трипса в различные периоды онтогенеза озимой пшеницы по исследуемым годам и получить уравнения линейной регрессии.
Проведенный анализ показал, что аналитические зависимости численности популяции пшеничного и полосатого трипсов в различные фазы онтогенеза за период 1998–2005 годы имеют вид уравнений линейной регрессии второй степени:
Рпт =а+вτ+сτ2 (17)
Где: Рпт – численность пшеничного трипса
а, в, с – это коэффициенты
τ – дни развития.
В процессе онтогенеза фитофага динамика его численности популяции математически описывается в двух временных интервалах. Первый длится от начала выхода пшеничного трипса из зимовки до начала отрождения нового поколения. Второй временной интервал представлен массовым отрождением личинок и до ухода личинок на зимовку.
При статистической обработке эмпирических данных по численности полосатого трипса в процессе онтогенеза озимой пшеницы по годам выявлено, что аналитические зависимости динамики численности их популяции за период 1998–2005 года имеют также вид уравнений линейной регрессии второй степени:
Рпп =а+вτ+/τ2 (18)
Где: Рпп – численность полосатого трипса
а, в, с – это коэффициенты
τ – дни развития.
В процессе онтогенеза энтомофага динамика его численности популяции также математически описывается в двух временных интервалах. Первый длится от начала выхода имаго из зимовки до конца откладки яиц трипсами. Второй временной интервал представлен массовым отрождением личинок и до ухода нимф на зимовку. Различие наблюдалось лишь в величине коэффициентов, которые были меньше у полосатого трипса, что свидетельствует о меньшей скорости нарастания численности популяции в агроценозе озимой пшеницы.
Как видим, у энтомофага наблюдались общие с фитофагом закономерности в реакциях на воздействие абиотических факторов, но рост или снижение численности энтомофага происходили медленнее, чем рост или спад численности вредителя. Итак, численность специализированного хищника в большой степени сопряжена с численностью фитофага, о чем свидетельствует статистическая обработка эмпирических данных.
Аналитические зависимости численности популяции пшеничного и полосатого трипсов в различные фазы развития озимой пшеницы позволяют выполнить анализ изменения указанных зависимостей для разных фаз по годам в пределах используемого временного интервала.
Полученные аналитические зависимости изменения численности популяций пшеничного и полосатого трипсов в различные периоды онтогенеза озимой пшеницы за 1998 – 2005 годы были разбиты по исследуемым фазам (трубкование, колошение, цветение, молочная спелость, восковая спелость и полная спелость) и проанализированы по годам с использованием базовой компьютерной программы «Статистика-6».
В результате статистической обработки данных мы выяснили, что развитие популяций пшеничного трипса и его энтомофага полосатого трипса в фазы трубкования, колошения, цветения и восковой спелости характеризуется уравнениями линейной регрессии четвертой степени типа:
у = а + вх + сх2 + dх3 + fx4, (19)
где у – численность популяции, Р, экз/м2;
х – среднее значение фазы развития, τ, дни.
В фазу молочной спелости в момент массового отрождения личинок характеризуется уравнениями линейной регрессии пятой степени типа:
у = а + вх + сх2 + dх3 + fx4 + gx5, (20)
Принимая во внимание тот факт, что численность популяций насекомых и паразитов зависит от двух факторов: температуры, t, °С и количества осадков, Vос, мм, то эти зависимости можно представить в виде поверхности, определяемой уравнениями типа
Р, экз/м2 = а + в*t + с*Vос (21)
Р, экз/м2 = а - в*t + с*Vос+d*t2-e*t*Vос - f*Vос2 , (22)
На рисунках 3 и 4 представлены графические зависимости «Р = f(t; Vос)» в виде поверхности второго порядка для пшеничного трипса и полосатого трипса в период колошения за 1998–2005 годы, полученные согласно базовой компьютерной программе «Статистика-6».
Изменение динамики численности популяции пшеничного трипса и полосатого трипса в фазу трубкования в зависимости от температуры и количества осадков происходят по следующим уравнениям:
Рпш.т= 4,8382+0,8925*t -0,1437*Voc -0,0566*t2+0,006*t*Voc +0,0003*Voc2 (23)
Рпп.т= -0,9857+0,1351*t +0,0129*Voc -0,0033*t2-0,0006*t*Voc -5,4578Е-6*Voc2 (24)
Изменение динамики численности популяции пшеничного трипса и полосатого трипса в фазу цветения в зависимости от температуры и количества осадков происходят по следующим уравнениям:
Рпш.т= -371,0313+37,4972*t +1,0234*Voc -0,907*t2-0,0479*t*Voc -0,0004*Voc2 (25)
Рпп.т= -0,9857+0,1351*t +0,0129*Voc -0,0033*t2-0,0006*t*Voc -5,4578Е-6*Voc2 (26)
Рисунок 3 – Изменение численности популяции пшеничного трипса в период колошения в зависимости от температуры и количества осадков (экз/растение).
Рисунок 4 – Изменение численности популяции полосатого трипса в период колошения в зависимости от температуры и количества осадков (экз/растение).
Изменение динамики численности популяции пшеничного трипса и полосатого трипса в период молочной спелости в зависимости от температуры и количества осадков происходят по следующим уравнениям:
Рпш.т= 2221,6317-199,2763*t -6,2563*Voc +4,3052*t2+0,3738*t*Voc -0,0032*Voc2 (27)
Рпп=28,1778-2,5124*t -0,0835*Voc +0,0541*t2+0,0049*t*Voc -3,1076Е-5*Voc2 (28)
Изменение динамики численности популяции пшеничного трипса и полосатого трипса в период восковой спелости в зависимости от температуры и количества осадков происходят по следующим уравнениям:
Рпш.т= -8394,85+733,1625*t-14,1807*Voc-15,9194*t2+0,5343* Voc+0,0186* Voc2 (29)
Рпп=-49,1818+4,3046*t -0,091*Voc -0,0936*t2+0,0035*t*Voc +0,0001*Voc2 (30)
Результаты проведенных анализов и расчетов по совместному влиянию температуры и выпадающих осадков на развитие динамики численности популяций пшеничного трипса и полосатого трипса можно использовать в краткосрочном прогнозе, в виде уравнений поверхности, связывающих численность популяций с температурой и количеством осадков, выпадающих в разные периоды онтогенеза озимой пшеницы. По предложенным результатам можно проводить дальнейшее математическое моделирование численности популяций в зависимости от погодно-климатических факторов, биотических и антропогенных и на основании полученных данных разрабатывать мероприятия по контролю численности популяций насекомых и их энтомофагов.
Рецензенты:
Ченикалова Е.В., д.б.н., профессор кафедры химии и защиты растений ФГБОУ ВПО «Ставропольский государственный аграрный университет», г. Ставрополь.
Стародубцева Г.П., д.с.-х.н., профессор, заведующая кафедрой физики ФГБОУ ВПО «Ставропольский государственный аграрный университет», г. Ставрополь.