Управление популяциями культурных и сорных растений

В современной агрономии происходит смена теоретических представлений и практических решений в сфере защиты посевов от засорения (Dent, 1975, Шпаар, 2003, Либмани др., 2007).

Прямое уничтожение сорных растений, особенно в разреженных посевах культурных растений, само по себе не решает проблемы: появившиеся свободные экологические ниши немедленно заполняются сорняками этих или других видов. Задача состоит в другом - закрыть в посевах ниши для поселения сорных растений.

Управление сорной растительностью возможно с помощью разных приемов. Наиболее экологичный и экономичный метод связан с использованием самой популяции культурных растений, которая путем изменения экологического режима под своим пологом ограничивает развитие сорняков. Возможности разных видов культурных растений в этом отношении неодинаковы. В.В. Ту- ганаев (1976,1984) подразделил по силе эдификаторного действия все культурные растения на три группы:

1. Сильные эдификаторы. Это виды культурных растений, выращивание которых осуществляется методом сплошного сева, что обеспечивает их сомкнутый полог. Эдификаторность этих растений определяется также и их высотой: это должны быть высокорослые растения. К группе сильных эдификаторов относятся озимая рожь, гречиха, подсолнечник на силос, рапс на зеленую массу. Включение в севооборот этих культур существенно подавляет популяции сорняков.
2. Среднеэдификаторныерастения.
   К ним относятся растения, для выращивания которых практикуется рядковый, и в частности, широкорядный посев. К этой группе принадлежат яровые зерновые и кукуруза.
3. Слабые эдификаторы. Они представлены в основном видами культурных растений позднего сева, а также видами с медленным ростом в начале вегетации. К этой группе принадлежат овощные растения, сахарная свекла, горох.

Для проявления ингибирующего действия культурных растении на сорняки Д.С. Дзыбов (Дзыбов и др., 1991) даже предложил особый термин - ценоцидный эффект.

В свою очередь, устойчивость культурных растений к засорению бывает разной. Она обычно определяется величиной урожая в засоренном посеве относительно урожая в идеально чистом посеве, который принимают за 1,0. Как видно из табл. 8.1, наиболее устойчивы к засорению такие культуры, как озимая пшеница, картофель, соя, а наименее - овощные культуры.

Взаимоотношения популяций культурных и сорных растений формируются не только путем участия в распределении жизненно важных ресурсов, но во многом за счет изменения биохимической среды в почве и приземном слое воздуха посевов. Таким алле- лопатическим взаимодействиям посвящена очень большая литература (Райс, 1978, Putnam etal., 1983, Гродзинский, 1987), но в технологиях конструирования агрофитоценозов они пока используются очень слабо.

Большое число полевых опытов и наблюдений показало (Harper, 1960, Макодзеба, 1968, Воробьев, 1980, Makepeace, 1982, Rao, 1990 и др.), что развитие популяций сорняков в посевах и ущерб от них зависят от того, в какой период роста и развития культурных растений наблюдается вспышка численности сорняков. Это обусловлено тем, что в зависимости от фазы онтогенеза конкурентная устойчивость культурных растений изменяется. Виды, отличающиеся высокой конкурентной способностью во взрослом состоянии, могут быть уязвимы в ювенильной фазе.

На этой основе в агрофитоценологии было сформулировано и нашло широкое применение понятие критических периодов в онтогенезе культурных растений, когда их устойчивость к КОН-

'T а блица 8.1.

куренции со стороны сорняков резко снижается (Weaver, 1984, Матюха, 1985, Захарченко, 1985). Наличие сорных растений в посеве в критический период в наибольшей степени затрагивает урожайность и жизнеспособность сельскохозяйственных культур. Защита культурных растений от сорняков именно в критические периоды их онтогенеза обеспечивает существенную экономию средств и ресурсов сельскохозяйственного предприятия (Nieto etal., 1968).

Ущерб от сорняков в любом случае зависит от их численности в посеве. Различают биологический и экономический пороги вредоносности сорных растений (рис. 8.4). Биологический порог определяет уровень засоренности, при котором начинается негативное воздействие популяций сорных растений на популяцию культурного растения, а экономический - уровень засоренности, при котором подавление сорной растительности оказывается экономически выгодным и затраты на уничтожение сорняков окупаются прибавкой урожая.

Популяционная экология предлагает и ряд других решений для обеспечения устойчивого экологически безопасного сельского хозяйства.

t

Урожай не снижается

   Рис. 8.4. Биологический и экономический порог вредоносности сорных растений.  

смесей разных культур и смесей сортов одной и той же культуры. Разработки известных специалистов П.В. Юрина (1979), А.А. Жученко (2000) и других показывают, что такие посевы меньше подвергаются внедрению сорняков, устойчивее к вредителям и болезням, полнее используют ресурсы поля. Суммарный урожай в такой смеси оказывается выше, чем может дать каждая культура при ее отдельном выращивании (рис. 8.5). Например, видовая смесь ячменя с овсом за счет лучшего использования фосфора почвы дает урожай на 14-16% выше, чем каждая из этих культур в отдельности. В Китае с большим успехом используют сортовые смеси сортов риса, дающие урожай на 37- 48% выше моносортовых посевов этой культуры. Основные выводы из экспериментов по смешанным посевам сводятся к тому, что в них достигается взаимодополняемость двух-трех популяций культурного растения.

Возможные конкурентные эффекты между популяциями культурных растений в смешанных посевах достаточно надежно оцениваются коэффициентом агрессивности (Remison, Snaydon, 1978):

A,i - S (*,/*„ - V V*

где x - урожай (в расчете на одну особь) вида і в смеси с видом /;

хи - урожай вида і в чистом посеве;

   Рис. 8.5. Соотношение продуктивности вида А, вида ? и их смеси

хп ~ урожай вида / в монокультуре.

Другой метод оценки взаимоотношений популяций разных видов культурных растений в агрофитоценозах состоит в вычислении индекса RYT (индекс относительного урожая):

  Асмесь

~~ А              ’

^чист.посеё

где Асм€еь - урожай вида А в смеси;

Акисппосгл~ урожай в ид а А в чистом посеве.

При RYT * 1 отношения видов неантагонистичны, при RYT gt; 1 в смеси находятся виды разной экологии, не конкурирующие между собой, при RYT lt; 1 выражен антагонизм видов.

Переход на видовые и сортовые смеси пока плохо воспринимается практиками сельского хозяйства, так как требует ломки сложившихся систем ухода за посевами и уборки урожая. Мешают этому и традиции экономики потребления сельскохозяйственной продукции. Смешанные посевы пока ограничиваются такими их формами, как вико-овсяные и горохо-овсяные смеси, злаково-бобовые кормовые травы на зеленую массу и т.п., но их перспективная ценность исключительно велика.

Наиболее распространенным и поощряемым фирмами производителями ядохимикатов является метод контроля сорных растений с использованием гербицидов. Но их применение имеет целый ряд негативных последствий:

а) низкая селективность действия гербицидов, приводящая к тому, что многие из них оказывают негативное действие на популяцию культурного растения и полезную микрофлору почвы;

б) быстрая выработка сорняками устойчивости к применяемым гербицидам, что вынуждает увеличивать их дозы;

в) многократно зарегистрированный эффект кумулятивного накопления гербицидов в почве, когда они оказывают отрицательное действие на последующие культуры севооборота;

г) накопление в продукции остаточных количеств гербицидов, ведущее к снижению ее потребительских качеств;

д) вымывание гербицидов с полей в близлежащие водоемы с соответствующим снижением качества питьевой воды и отрицательным действием на многие виды водных растений.

Ущерб от гербицидной методики контроля сорняков усугубляется тем, что действие гербицидов не зависит от плотности популяции сорняков, и нередко гербициды используют тогда, когда в них нет необходимости.

Пока не существует единой теории популяционной устойчивости агроэкосистем. Разные авторы ее видят по-разному. В практических целях устойчивость и продуктивность стараются обеспечить методами интенсификации, которые сводятся к использованию высоких доз удобрений, массированному применению пестицидов, использованию высокопродуктивных сортов. В рыночных условиях этот процесс во многих случаях ведет к нерентабельности сельскохозяйственных предприятий, а как общее следствие - к существенному загрязнению продукции и природной среды.

Существует целый комплекс простых и доступных хозяйственных мероприятий, позволяющий существенно снизить затраты на получение растениеводческой продукции и смягчить вредные экологические последствия гербицидных сельскохозяйственных технологий. В разработке этого комплекса принимали участие многие специалисты и он достаточно хорошо обоснован (Shaw, 1982, Писаренко и др., 2005). Основными элементами этого комплекса являются следующие:

1. Организация севооборотов, которые являются одним из решающих способов очистки полей от сорняков, особенно при включении в них чистых паров.
2. Применение системы основной обработки почвы, включающей вспашку, культивацию, лущение стерни и т.п.
3. Формирование стеблестоя культурных растений оптимальной густоты, достигаемое необходимыми нормами высева семян и правильным уходом за посевами.
4. Тщательная очистка семенного материала от примеси семян сорняков.
5. Контроль за отсутствием семян сорняков в поливной воде на орошаемых землях.
6. Правильное использование органических и минеральных удобрений, в том числе агротехнически безупречная подготовка навоза к внесению в почву.
7. Строгое выполнение всех правил карантина по отношению к карантинным сорнякам.
8. Химический метод борьбы с сорной растительностью с использованием гербицидов исключительно как страхового метода (Blackshaw et al., 2006). Экологически обоснованное использование фитогормонов (Кухарь, 2004).

10. Аллелопатический метод подавления сорняков, базирующийся на использовании биологически активных веществ, выделяемых самими культурными растениями (Гродзинский, 1965, 1987, Altieri, Doll, 1978, Leather, 1983, Вигера, 1997).
11. Соляризация как прием, направленный на снижение почвенного запаса семян сорняков (Саломэ, 1982, Standifer et al., 1984). Он состоит в мульчировании или покрытии почвы черной полиэтиленовой пленкой, что обеспечивает повышение температуры почвы и приводит к существенному снижению запаса семян сорняков.
12. В закрытом грунте обработка почвы электромагнитным полем сверхвысокой частоты (2450 кГц), которая при экспозиции в 120-180 с убивает семена сорняков на 83-93% (Макаров, 1986, Руденко и др., 1987, Волохов, 1988).

В целом, популяционный подход к анализу агрофитоценозов и к управлению популяциями культурных и сорных растений является составной частью общего системного подхода к конструированию теории устойчивых, экологических безопасных и высокопродуктивных посевов и посадок на основе моделей устойчивого развития аграрного производства