Objective of research: to identify the role of intra-population and agro-meteorological factors in dynamics of populations of potato cyst-nematodes Globodera rostochiensis in potatoes grown as monoculture on loamy soil, and create the predictive mathematical models. Materials and methods: Dynamics of population density of potato cyst-nematodes Globodera rostochiensis in soil were studies over 15 years (from 1979 to 1993) on three fields with highly susceptible potato cultivars grown as mono culture. Sampling, phytohelminthological analysis of soil samples were performed by standard methods. Correlation between the agrometeorological factors and population density of potato cyst-nematodes Globodera rostochiensis was investigated by the time-series analysis and the program Eviews 7.0. Results and discussion: The correlation analysis of agro-meteorological factors carried out for a monoculture of highly susceptible potato cultivar (average monthly soil temperature at the depth of 10cm, oC: March, June, July, August, September, December, January, February; air temperature, oC: May, June, July, August; maximum depth of soil freezing, cm; freezing period, days; depth of snow cover, cm; amount of precipitation, mm: annual average, April, May, June, July, August, September; amount of days with precipitation: May, June, July, August, September), based on the effect on the population density of potato cyst-nematodes Globodera rostochiensis, revealed that the most meteorological factors have no significant effects (r=0,01-0,6). The following factors have a slight effect (r=0,3-0,4) on the population density of potato cystnematode Globodera rostochiensis: air temperature, oC in August; soil temperature at the depth of 10cm, oC in September; average effect (r=0,5-0,6), air temperature, oC in June; soil temperature at the depth of 10cm, in March and June; precipitations, mm: annual, May, June, July. Mathematical models for forecasting population densities of potato cyst-nematode Globodera rostochiensis based on agro-meteorological and intra-population factors in growing potatoes as monoculture on soils with low, medium and high level of fertility were developed.
Golden potato cyst nematode, Globodera rostochiensis, forecasting, ecology.
Введение
Золотистая картофельная нематода — узкоспециализированный вид нематод, который паразитирует на корнях картофеля и томатов, поражает другие растениях из семейства паслёновых, объект внешнего и внутреннего карантина[3, 14]. ЗКН наносит существенный вред урожайности картофеля и поэтому прогнозирование численности популяции этого паразита является актуальной задачей[4, 15, 17]. Разработка математических компьютерных моделей, подчиненных конкретным задачам, позволяет углубить понимание возникновения и течения эпифитотии глободероза, позволяет правильно оценивать складывающуюся фитогельминтологическую ситуацию, планировать противонематодные мероприятия, оптимизированные по экологическим и экономическим характеристикам, использовать модели для прогностических целей [1, 2].
В лабораторных условиях многократно изучалось влияние температуры почвы на развитие популяции паразитических нематод. Также доказано влияние температуры почвы на развитие нематод Globodera rostochiensis в условиях теплиц [10, 11, 15, 16]. В условиях все увеличивающейся климатической нестабильности особенно важно выявление четких формализованных связей между развитием популяции паразита картофеля и агроклиматическими условиями в открытом грунте [5].
Математический аппарат широко используется для прогнозирования возможной динамики плотности популяций паразитов с учетом погодных условий и других экологических факторов. Для учета этих факторов могут применяться как стандартный аппарат множественных линейных регрессий, так и более сложные методы [2, 8, 12].
Целью настоящей работы является установление роли внутрипопуляционных и агрометеорологических факторов в динамике плотности популяции золотистой картофельной нематоды (ЗКН) в суглинистой почве для монокультуры картофеля на трех участках Калужской области, различающихся уровнем плодородия и разработка математических моделей прогноза плотности популяций ЗКН в зависимости от выявленных предикторов.
1. Shesteperov A.A. Computer simulation methods in forecast of development ofpotato globoderosis. Trudy Vseros. in-ta gel’mintologii [Proc. of All Russ. Sci. Res. Inst. ofHelminthol.]. M., 2003, vol. 39, pp. 382- 399. (In Russian)
2. Shesteperov A.A. Mathematical models for forecasting potato globoderosis depending on the population density of potato cyst nematode (Globodera spp.) and agro-chemical characteristics of soil. Trudy VIGIS [Proc. of VIGIS]. M., 1999, vol. 35, pp. 175-186. (In Russian)
3. Shesteperov A.A., Savotikov Yu.F. Karantinnye fitogel’mintozy [Quarantine phytohelminthosis]. М., Kolos, 1995. 463 p. (In Russian)
4. Devrajan K., Seenivasan N., Solvaraj N., Rajendran G., Integrated approach for the management of potato cyst nematodes, G. rostochiensis and G. pallida, in India. Nematol. Mediterr., 2004, vol. 32, no.1. pp. 67-70.
5. Ferris M. Effect of soil temperature on the life cycle of the golden nematode in host and nonhost species, Phytopathology, 1957, no. 46, pp. 11-12
6. Greene W.H. Econometric Analysis. Pearson Education, 2003. 1026 p.
7. Hamilton J.D. Time Series Analysis. Princeton University Press, 1994. 820 p.
8. Kudla U., Qin L., Milac A., Kielak A., Maissen C., Overmars H., Popeijus H., Roze E., Petreacu A., Smant G. Origin, distribution and 3D-modeling of Gr-EXPBl, an expansion from the potato cyst nematode Globoderarostochiensis. FEBS Lett., 2005, vol. 579, no. 11, pp. 2451-2457.
9. Mariska C.A. van Loenen, YzanneTurbett, Chris E.Mullins, Nigel E.H. Feilden, Michael J. Wilson, Carlo Leifert and Wendy E. Seel, Low temperature-short duration steaming of soil kills soil-borne pathogens, nematode pests and weeds. European Journal of Plant Pathology, 2003, no. 109, pp. 993-1002.
10. Robinson M.P., Atkinson H.J., Perry R.N. The influence of soil moisture and storage time on the motility, infectivity and lipid utilization of second stage juveniles of the potato cyst nematodes Globoderarostochiensis and Globoderapallida. Rev. nematol., 1987, vol. 10, pp. 343-348.
11. Robinson M.P., Atkinson H.J., Perry R.N. The influence of temperature on the hatching, activity and lipid utilization of second stage juveniles of the potato cyst nematodes Globodera rostochiensis and Globoderapallida II Ibid., 1987, vol. 10, pp. 349-354.
12. Seinhorst J.W. Dynamics of populations of plant parasitic nematodes. Ann. Rev. of Phytopathology, 1970, no. 8, pp. 131-156.
13. Shumway R., Stoffer D. Time Series Analysis and Its Applications: with R Examples. Springer, 2011, 604 p.
14. Subbotin S.A., Manuel Mundo-Ocampo, J.G. Baldwin Systematics of cyst nematodes Volume 8 Part B (Nematology Monographs and Perspectives). Koninklijke Brill NV, Leiden, 2010. 512 p.
15. Trudgill, D.L., D.M. Parrott, K. Evans and F.V. Widdowson. Effects of potato cyst-nematodes on potato plants. IV Effects of fertilizers and Heteroderarostochiensis on the yield of two susceptible varieties. Nematologica, 1975, no. 21, pp. 281-286
16. Van Der Wal A. F.and Vinke J. H. Soil temperature and moisture control in relation to screening Solanum spp. for resistance to the potato cyst nematode (Globodera spp.) in greenhouses Potato Res., 1982, no. 25, pp. 23-29
17. Ward S.A., Rabbinge R.and Den Ouden H. Construction and preliminary evaluation of a simulation model of the population dynamics of the potato cystnematode Globodera pallida, Neth. J. P1. Path., 1985, no. 91, pp. 27-44.
