Сорняки в сельском хозяйстве

Сорняки в сельском хозяйстве

Сорняки в сельском хозяйстве

Введение

Многие растения, встречающиеся вместе с окультуренными видами, образуют с ними сообщества, потому что агротехника этих культур для них терпима, стимулирует их рост или даже жизненно необходима. Эти растения переносят механическое рыхление почвы, ее аэрацию и хорошо реагируют на удобрения. На кормовых угодьях господствуют, прежде всего, дикорастущие многолетние сорные виды. На полях наибольшее значение имеют однолетние сорняки, образующие большое количество семян и происходящие из тех же мест, что и культурные растения. Вместе с тем на пашне имеются также и многолетние сорняки, для роста которых обработка почвы часто создает более благоприятные условия.

1. Семенные и корневищные сорняки

Виды сорняков, которые размножаются только семенами, по ряду биологических особенностей отличаются от тех, которые размножаются преимущественно вегетативным способом. Эти экологические группы для упрощения называют семенными и корневищными сорняками.

Большинство семенных сорняков отличается тем, что они образуют большое количество семян, в сотни и тысячи раз большее, чем их образуют культурные растения. Так, например, ромашка (Matricaria chamomilla), одуванчик (Taraxacum officinale), осот (Sonchus), пастушья сумка (Capsella bursapastoris), мокрица (Stellaпа media), торица (Spergula arvensis), паслен черный (Solatium nigrum) и мак-самосейка (Papaver rhoeas) образуют много тысяч семян на каждое растение. У щавеля (Rumex), подорожника (Plantago), василька (Centaurea cyanus), дикой моркови (Daucus carota), метлицы (Apera spicaventi) и горчицы (Sinapis arvensis) каждое растение образует более 1000 семян; молочай (Euphorbia), аистник (Erodium clcutarlum), ярутка полевая (Thlaspi arvense) и крестовник (Senecio vulgaris) образуют немного меньше семян. В сравнении с этим среднее число семян у зерновых составляет 200-250. В почвенных пробах, взятых на пашне, находят в среднем до 25 млн. семян сорняков на 1 га, но максимальное их количество превышает 100 млн./га.

Для распространения семян имеются различные приспособления. Некоторые семена настолько мелки, что уже это обеспечивает их пассивное распространение ветром. Это относится к семенам мака, веснянки (Erophila verna) и пастушьей сумки. Более крупные семена или плоды часто имеют относительно небольшой вес при большой поверхности и, следовательно, обладают большой летучестью. При этом преимущество создают особые придатки, например хохолок у семян сложноцветных, длинные ости у злаков (Avena fatua, Apera spicaventi) или крыловидные придатки, как у семян щавеля.

Рис. 1. Плоды (или семена) сорняков, распространяемых ветром (1-3), крупными животными (4-6) и муравьями (7, 8): 1 - Senecio vulgarls; 2 - Oalinsoga parvillora; 3 - Kumex aeelosa; 4 - Apera spicaventi: 5 - Galium aparine; 6 - Ranunculus arvensis; 7 - Lamium purpureum; 8 - Viola tricolor

Наряду с распространением ветром, немаловажное значение имеет также перенос семян птицами и млекопитающими. Плоды таких растений имеют обычно выросты на поверхности (Galium aparine, Ranunculus arvensis), благодаря которым они цепляются за шерсть животных. Кроме подобного наружного (эпизоического) механизма переноса семян, существует эндозоический, когда семена проходят через кишечник животных неповрежденными. Многие кустарники дают ягоды, которые поедаются птицами, причем семена разбрасываются затем в других местах вместе с экскрементами. Однако некоторые семена могут прорастать, даже попав на почву с экскрементами млекопитающих. Семена ряда сорняков распространяются эндозоически, например зайцами (Lepus). После прохода через кишечник крупного рогатого скота способно прорастать больше половины семян Plantago lanceolata и более четверти семян Matricaria inodora. После прохода через кишечник свиней прорастала большая часть семян Chenopodium и Rumex acetosella. Поэтому земледельцам следует проследить за достаточно полным перепреванием навоза, чтобы вместе с ним в почву не попадали жизнеспособные семена сорняков. Наконец, нужно указать на распространение растений благодаря муравьям. Семена различных видов сорняков (Fumaria, Lamium, Viola, Melampyrum) имеют богатые витаминами, жирами и белками тканевые образования, которые охотно поедаются муравьями. Перенос таких семян к муравейникам может способствовать распространению некоторых сорняков, по крайней мере, на краях полей (рис. 1).

У корневищных сорняков укореняются части побегов, или корневища дают новые побеги, или развивается новая корневая система. Из листьев у основания стебля, лежащих на почве, у сердечника (Cardamine pratensis), например, легко образуются новые мелкие корни, которые дают новые растения. У полевицы корневищной (Agrostis alba stolonifera), лютика ползучего (Ranunculus repens) и лапчатки гусиной (Potentilla anserina) укореняются узлы надземных стеблей, благодаря чему после отмирания междоузлий остаются самостоятельные новые растения. Другие сорняки имеют подземные корневища, которые расходятся в горизонтальном направлении, как, например, у пырея ползучего (Agropyron repens), или заглубляются, как у полевого хвоща (Equisetum arvense) или мать-и-мачехи (Tussilago farfara). Еще некоторые сорняки распространяются с помощью корневых отпрысков, расходящихся на небольшой глубине (Rumex acetosella) или уходящих глубже в почву (Sonchus arvensis, Cirsium arvense, Convolvulusarvensis) (рис. 2). Естественно, что корневищные сорняки образуют также и семена (у Equisetum arvense - споры), которые обеспечивают расселение вида на большие расстояния. Здесь достаточно напомнить о чертополохе.

Рис. 2. Сорняки, размножающиеся вегетативно: 1 - укоренение листьев надземных стеблей (Cardamine pratensis); 2 и 3 - укоренение узла надземных стеблей (Ranunculus repens и Agrostis alba stolonifera); 4 - подземные стеблевые побеги (Agropyron repens); 5 - подземные корневые отпрыски (Китех acetosella).

. Источники засорения полей

Большая часть семян сорняков, вероятно, попадает в почву сравнительно недалеко от материнского растения, и здесь они или сразу, или только через длительное время прорастают. Следовательно, очагом распространения сорняков являются те же пахотные угодья, где они растут. Однако следует упомянуть, что некоторые культурные растения (горох, яровые зерновые) в большей степени благоприятствуют распространению сорняков, чем другие (озимая рожь, рапс или люцерна), которые быстро образуют плотный, сомкнутый травостой и тем самым подавляют сорняки. Различные условия прорастания семян, часто наблюдаемая способность долгое время сохранять всхожесть и длительный покой семян при глубокой заделке в почву, а также растянутые сроки цветения и созревания сильно затрудняют борьбу с сорняками.

Раньше сорняки распространялись в большой мере с посевным материалом. В настоящее время этот источник засорения при очистке посевного материала с помощью современных машин в значительной степени исключен. С этим, по-видимому, связано исчезновение таких сорняков, как куколь (Agrostemma githago) и костер ржаной (Bromus secalinus). Возникал вопрос, не усилится ли засорение полей при прямом комбайнировании. В одном опыте, где два года подряд на половине поля урожай снимали жаткой-сноповязалкой, а на другой половине - комбайном, оказалось, что комбайнирование вовсе не обязательно ведет к большему засорению.

Напротив, при старом способе уборки часто большие количества семян сорняков осыпаются на поле, тогда как при своевременном комбайнировании с одновременной уборкой соломы и половы на поле остается лишь короткостебельная солома с небольшим содержанием семян, так что засорение может даже снижаться. Однако когда использование комбайнов требует более длительного оставления культуры на полях, это способствует большему осыпанию семян сорняков. Также и при обмолоте мякина не должна отвеиваться в поле, иначе засорение действительно заметно увеличивается.

Со стороны живых изгородей и опушки леса не происходит сколько-нибудь заметного засорения пашни и лугов, поскольку соответственно иным условиям там растут растения другого типа. Но освещенные края дорог и полевые межи могут служить очагами засорения. Здесь растут не только такие многолетние вичы, как Achillea, Taraxacum, Plantago, Ranunculus repens, Potentilla anse-rina, Agropyron repens, но и однолетние виды, подобные пастушьей сумке. Гораздо более серьезными источниками сорняков являются сильно засоренные поля или бросовые земли. Их удаленность от культурных угодий не имеет значения, как это видно из описания способов распространения сорняков.

3. Условия прорастания

Прорастание семени зависит от многих условий, из которых наиболее важными являются влажность почвы, температура и освещение. При исследованиях, когда семена сорняков помещали в неодинаково увлажненную почву (50, 18-19 и 9-10% воды от веса сухой почвы, т. е. в сырую, средневлажную и сухую почву), было выделено пять групп сорняков, различающихся по их требованиям к среде.

. Виды, семена которых прорастают в почве от сырой до влажной, например Delphinium consolida, Anagallis arvensis, Atriplex patulum, Polygonum aviculare, P. hydropiper, Plantago major, Poa annua.

. Виды, семена которых прорастают при весьма различной влажности почвы, например Medicago lupulina, Stellaria media, Polygonum lapathifolium, Spergula arvensis, Veronica persica, V. hederaefolia, Apera (Agrostis) spicaventi.

. Виды, семена которых прорастают при умеренной влажности и не прорастают на сырых или иссушенных почвах, например Рараver rhoeas, Anagallis coerulea, Caucalis lappula, Linaria minor.

. Виды с широкой амплитудой, которые в сухой почве прорастают лучше или столь же хорошо, как и в сырой, например Thlaspi arvense, Galium aparine, Sonchus asper, Avena fatua.

В других опытах выясняли требования к температуре для прорастания. Здесь также определились различные группы.

. Виды, семена которых прорастают при низкой температуре (минимум 2-7°С, оптимум 2-13°С, максимум 20-25°С), например Ranunculus arvensis. Delphinium consolida, Alchemilla arvensis, Fumaria officinalis, Galium aparine, Lithospermum arvense, Veronica hederaefolia, V. triphyllos, Juncus bufonius.

2. Виды с таким же температурным минимумом и оптимумом для прорастания семян, как у 1-й группы, но с максимумом 30-35°С, следовательно, с уже довольно широкими температурными пределами, например Papaver rhoeas, Sinapis arvensis. Viola tricolor arvensis, Stellaria media, Anagallis arvensis, Polygonum convolvulus, Geranium pusillum, Myosotis arvensis, Galinsoga parviflora.

. Виды с широкими температурными пределами прорастания семян и с оптимумом 13-30°С, например Capsella bursapastoris, Raphanus raphanistrum, Spergula arvensis, Anagallis coerulea, Che-nopodium album, Geranium dissectum, Euphorbia peplus, E. helio-scopia, Veronica persica, V. agrestis, Anthemis arvensis, Matricaria inodora, Poa annua, Apera (Agrostis) spicaventi.

. Виды, семена которых прорастают в широких температурных пределах, но с оптимумом около 25-40°С, например Thlaspi arvense, Melandrium album, Scleranthus annuus, Polygonum lapathifolium, Urtica urens, Lamium purpureum, Achillea millefolium, Artemisia vulgaris, Senecio vulgaris, Sonchus asper, Setaria viridis.

5. Виды, семена которых прорастают только при высокой температуре (максимум и оптимум, как в 4-й группе, минимум около 20°С), например Erysimum cheiranthoides, Chenopodium rubrum, Ch. glaucum, Ch. polyspermum, Polygonum persicaria, Datura stramonium, Gnaphalium uliginosum, Panicum (Echinochloa) crusgalli, Panicum (=Digitaria) sanguinale.

6. Виды, невосприимчивые к температуре во время прорастания семян, преимущественно сорняки, осыпающие семена, не имеющие периода покоя, например Vicia hirsuta, Rumex obtusifolius, Agrostemma githago, Convolvulus arvensis, Lolium temulentum, L. remotum, Bromus secalinus.

Сорняки с более низкой температурой прорастания семян, особенно сорняки из двух первых групп, дают всходы чаще всего осенью, зимой и ранней весной и поэтому растут преимущественно в посевах озимых зерновых. Сорняки, семена которых прорастают при более высокой температуре, как у представителей 4-й и 5-й групп, дают всходы в начале лета и созревают осенью. Они характерны, прежде всего, для пропашных культур. Посевы яровых культур занимают промежуточное положение, но видовой состав сорняков больше совпадает с их составом на полях пропашных. Как раз весной температура почвы на полях этих трех типов культур довольно одинакова. Но затем озимые скоро начинают куститься, и освещенность внутри стеблестоя снижается раньше, чем всходы некоторых требовательных видов, прорастающих весной, успевают достаточно развиться; кроме того, они должны конкурировать с сорняками, прорастающими осенью и в начале весны. Однако большинство сорняков появляется на полях озимых и яровых зерновых культур.

Из других условий прорастания для некоторых сорняков имеет большое значение свет. Большинство сорняков прорастает в темноте, и свет задерживает их прорастание. К видам, прорастающим на свету на поверхности почвы, относятся Ranunculus sceleratus, Сарsella bursapastoris, Papaver, Galinsoga parviHora, Apera spicaventi; иногда для них достаточно уже короткого периода освещения.

При нормальном севообороте предшественник не оказывает никакого влияния на видовой состав сорняков в следующем году, поскольку обилие семян сорняков в почве и задержка их прорастания, иногда на годы, ежегодно обеспечивают сходный состав семян на пашне, причем из них прорастают лишь те, для которых условия окажутся благоприятными.

сорняк источник почва климат

4. Сорняки как индикаторы свойств почвы

Все сорняки предъявляют определенные требования к климату и почве для хорошего роста. Однако наличие какого-либо одного вида позволяет судить лишь об его общеэкологической характеристике, но не о физиологической потенции данного вида по отношению к отдельным факторам. Хотя физиологический и экологический оптимумы могут совпадать, но это вовсе не обязательно. Некоторые виды сорняков вследствие конкуренции вытесняются из тех мест, где они могли бы расти при иных условиях. Например, для торицы (Spergula arvensis) в чистом посеве оптимальный рН лежит в пределах 6-6,5, но в сорном сообществе торица обычно растет только на очень кислых почвах с рН 4. В подобные неблагоприятные для нее и близкие к пределу ее физиологической выносливости местообитания торица вытесняется в результате конкуренции с другими сорняками. Сходным образом, но не до такой крайности, ведет себя Raphanus raphanistrum. Экологический оптимум может также сдвигаться в направлении верхнего физиологического предела, как это наблюдается для полевой горчицы (Sinapis arvensis) и еще яснее у мать-и-мачехи (рис. 3).

Рис. 3. К экологии сорняков: примерные физиологические (пунктир) и обусловленные конкуренцией (сплошная линия) оптимальные кривые по отношению к определенному фактору: О - оптимум; Н - недостаток; И - избыток.

Следует также помнить, что в природе картину меняет не только конкуренция, но и влияние абиотических факторов среды, которое часто равноценно другим влияниям. Растения песчаных почв (Spergula arvensis, Scleranthus апnuus, Rumex acetosella) поселяются на суглинках, если последние настолько выщелочены, что имеют кислую реакцию. Недостаток извести компенсируется теплом и хорошей структурой почвы, как это видно по поведению Ranunculus arvensis, Delphinium consolida и Euphorbia exigua. Эти сорняки на юго-западе Германии предпочитают явно карбонатные почвы, но они же хорошо растут и в Шлезвиг-Гольштейне на гораздо более бедных известью хороших почвах, при относительно высоких летних температурах и небольшом количестве осадков, как, например, на острове Фемарн. Роль тяжелых почв в обеспечении пищей могут выполнять грунтовые воды, богатые питательными веществами, что видно по распространению Matricaria chamomilla, Atrlplex patula, Galium aparine и Stachys palustris. Черноземные почвы в районах с небольшими осадками и высокими средними температурами могут служить заменой интенсивной обработки, на что указывает распространение на них Sotanum nigrum, Euphorbia peplus и Urtica urens. Как правило, виды, распространенные на кислых почвах, при определенных условиях поселяются и на почвах с реакцией от нейтральной до щелочной, на богатых перегноем песчаных или хрящеватых почвах, если влияние сухой, рыхлой, хорошо аэрируемой почвы более велико, чем влияние кислотности.

Так, по требованиям к водному режиму почвы можно выделить следующие группы.

1. Переносящие переменную влажность и застой воды многолетние виды - Ranunculus repens, Potentilla anserina.

2. Требовательные к влаге однолетние виды - Sagina procumbens, Polygonum hydropiper, Gnaphalium uliginosum.

. Сорняки, хорошо растущие в условиях умеренного увлажнения,- Thlaspi arvense, Stellaria media, Galium aparine, Senecio vulgaris, Matricaria chamomilla.

. Сорняки с таким же физиологическим оптимумом увлажнения, как у предыдущей группы, но фактически растущие на более или менее сухих почвах. Благодаря глубоко идущей корневой системе и другим, еще недостаточно выясненным причинам они могут выживать на переменно сухих почвах, тогда как на влажных почвах они легко вытесняются более сильными конкурентами - Еrоdium cicutarium, Falcaria vulgaris.

При такой группировке растений по их отношению к влаге выявляется следующее: чем больше экологический оптимум видов сдвигается в засушливую сторону, тем больше, как правило, у них отклонение от физиологического оптимума. У некоторых сорняков также и в ходе развития происходит сдвиг физиологического оптимума в засушливую или, наоборот, в более влажную сторону.

Можно было бы предполагать, что между установленными опытным путем требованиями к водному режиму почвы и погодными условиями года существует тесная зависимость. Однако это не так. Совсем не обязательно, чтобы в засушливые годы влаголюбивые сорняки страдали больше всего, а засухоустойчивые мало повреждались. Напротив, в первую очередь страдают сорняки, размножающиеся семенами, все равно относятся они к влаголюбивым однолетникам, как Gnaphalium uliginosum, или к довольно засухоустойчивым растениям, как Erigeron canadense и Lamium amplexicaule. Сорняки, которые обладают глубоко идущей корневой системой (Equisetum arvensis, Convolvulus arvensis, Cirsium arvense, Taraxacum officinale), гораздо более конкурентоспособны в засуху.

По отношению к почвенной реакции (рН) как основному фактору можно также выделить несколько групп сорняков.

. Виды - индикаторы карбонатных почв, растущие преимущественно на почвах от нейтральных до щелочных: Delphinium consolida, Adonis aestivatis, Euphorbia exlgua, Bupleurum rotundifotium, Falcaria vulgaris, Sherardia arvensis.

. Виды, предпочитающие карбонатные почвы, но еще способные расти на слабокислых почвах: Ranunculus arvensis, Papaver rhoeas, Sinapis arvensis, Euphorbia helioscopia, Cirsium arvense, Sonchus arvensis.

. Виды - индикаторы кислых почв, свидетельствующие о недостатке извести: Ornithopus perpusillus, Raphanus raphanistrum, Spergula arvensis, Scleranthus annuus, Rumex acetosella, Lycopsis arvensis.

На делянках длительного опыта с удобрениями после 12-15 лет изучалось значение сорняков в качестве индикаторов обилия или недостатка азота, фосфора и калия. Хорошими индикаторами азота оказались Galium aparine, Lamium purpureum, Stellaria media и Fumaria officinalis, тогда как Scleranthus annuus, Spergula arvensis, Vicia angustifolia, V. hirsuta, Anthemis arvensis и Anagallis arvensis, наоборот, указывают на недостаток азота. Точно так же наличие или отсутствие определенных сорняков позволяет получить указания об обеспеченности почвы другими питательными веществами. Однако путем сопоставления состава сорной растительности с результатами анализов почвы удалось установить высокую корреляцию только для рН и обеспечения азотом.

Какое значение имеет сообщество сорняков для характеристики типа почвы, в общем уже указывалось выше в иной связи. Различия между растительными сообществами на песчаных и суглинистых почвах с их различными водным режимом и содержанием питательных веществ во всяком случае более велики, чем между озимыми и яровыми культурами или между зерновыми и пропашными культурами на одинаковых почвах. Это было установлено как на севере, так и на юге Германии.

Литература

1. Тишлер В. Сельскохозяйственная экология. М., “Колос”, 1971.

. Основы общей и сельскохозяйственной экологии: Ю.А. Захваткин - Санкт-Петербург, Мир, 2003 г.- 360 с.

. Лекции по экологии: О.В. Богданкевич - Москва, ФИЗМАТЛИТ, 2002 г.- 208 с.

. Общая экология: М.В. Гальперин - Санкт-Петербург, Форум, Инфра-М, 2007 г.- 336 с.