Для повышения продуктивности сельскохозяйственных культур сельхозпроизводители Соединенных Штатов и Украины в равной мере заинтересованы в восстановлении плодородия своих почв. Десятилетия отвальной обработки в неблагоприятную сторону изменили структуру почвы и уровень ее плодородия. Исключение отвальной обработки в некоторой степени исправило причиненный почве ущерб. Производители и ученые в США и в Украине при переходе к технологии No-till теперь используют растительные остатки и органическую массу промежуточных культур, чтобы ускорить восстановление плодородия почвы.

Ренди Л. Андерсен (CША)
Николай Косолап (Украина)

Растительные остатки могут также помочь в контроле сорных растений, хотя результаты опытов бывают противоречивыми. Эта статья рассматривает опыты, проведенные с растительными остатками в США и в Украине в качестве средств контроля сорных растений на поле. Ее цель – возможность использования результатов этой работы при контроле сорняков в системах земледелия.

 

Растительные остатки как часть агросистем

Использование растительных остатков для интенсивного влияния на сорняки часто снижает урожайность культур, поскольку уровень контроля над сорняками исключительно при помощи растительных остатков недостаточен, чтобы отказаться от гербицидов. Мы призываем производителей и ученых в Украине более широко изучить вопрос использования растительных остатков в агросистемах, чтобы повысить плодородие почвы, что со временем должно положительно отразиться на общей продуктивности и урожайности культур. Наличие растительных остатков на поверхности почвы может и должно дополнять традиционные методы контроля сорняком, уменьшая численность сорняков и снижая всхожесть их семян. На таком фоне нормы гербицидов, который эффективно уничтожают сорные растения, могут быть уменьшены.

 

 

 

Рис. 1. Использование растительных остатков в Соединенных Штатах в зависимости от уровня осадков

 

В Соединенных Штатах изначальной целью использования технологии No-till было уменьшить эрозию почвы. Однако опыт прошедших десятилетий показал, что благодаря ее применению снизились затраты и повысилась урожайность культур. В результате это способствовало расширению использования No-till (Peterson et al., 1993). Улучшение состояния и повышение продуктивности почвы после нескольких лет применения технологии No-till стало для производителей и ученых стимулом в изучении дополнительных методов по дальнейшему повышению плодородия почвы и ее продуктивности.

Одним из таких методов, улучшающих плодородие почвы с No-till, является использование растительных остатков, к примеру, покровных культур (Hartvig and Ammon, 2002). Покровные промежуточные культуры использовались на юге США в течение десятилетий при выращивании хлопчатника (Gossypium hirsutum L.) (Frye et ал., 1988). Как бобовые, так и злаковые культуры выращиваются в течение зимы, предшествуя сезону роста хлопчатника. Они обеспечивают дополнительный азот для роста культуры и минимизируют водную эрозию. Промежуточные культуры уничтожаются перед севом хлопчатника, чтобы предотвратить подавление его роста. Заинтересованные в восстановлении плодородия почвы, производители теперь пытаются применить эту практику в северном и западном регионе США.

Растительные остатки обеспечивают многочисленные преимущества, а именно – улучшение структуры почвы, а также увеличение органического вещества и водоудерживающей способности почв. Круговорот азота в растительных остатках уменьшает нитратное выщелачивание в почвенном профиле в период, когда культурные растения отсутствуют на поле, что в результате улучшает нитратное питание последующей культуры. Наличие растительных остатков также активизирует деятельность микробного ценза почвы. Дополнительная польза от растительных остатков состоит также в том, что они могут подавлять прорастание семян сорняков в посевах последующей товарной культуры. Это наблюдение стимулировало расширенные исследования ученых, чтобы оценить влияние растительных остатков на контроль сорняков.

Когда урожайность снижается

Тем не менее, результаты применения в опытах растительных остатков были противоречивыми, как в управлении сорняками, так и в реакции последующих товарных культур (Hoffman and Regnier, 2006). Например, Teasdale et al. (1991) обнаружил, что рожь посевная (Secale cereale L.), выращенная как покровная культура, уменьшила численность сорняков в кукурузе (Zea mays L.) на 84%, но это снижение составляло только 34% в последующем году. В том же опыте подавление численности сорняков викой мохнатой (Vicia villosa Roth) колебалось от 7% до 73% в течение нескольких лет. Еще одним последствием применения растительных остатков оказалось то, что через несколько лет отмечается потеря урожайности товарной культуры. Johnson et al. (1993) обнаружил, что урожайность кукурузы снизилась на 64% через год после посева промежуточной культуры ржи, но она не повлияла на урожайность в следующем году. Teasdale et al. (2007) по результатам восьмилетнего исследования сообщил об аналогичном влиянии промежуточной культуры на урожайность кукурузы. В его опыте при технологии No-till промежуточная культура через три года снизила урожай кукурузы более чем на 30%, но повысила его более чем на 10% через два года в сравнении с вариантом без посева промежуточной культуры. Ateh and Doll (1996) сообщили об аналогичной изменчивости урожайности сои (Glycine max Merrill) при использовании покровных культур. Потери урожая были отнесены на счет аллелопатии, угнетения развития культуры и удерживания органики покровной культурой. Экономическая отдача часто снижается из-за невысокого урожая культуры и вложения затрат на формирование и уничтожение промежуточной покровной культуры (Hoffman and Regnier, 2006).

Поскольку растительные остатки могут улучшать как плодородие почвы, так и контроль над сорняками, ученые и производители в США продолжают поиск стратегий для управления растительными остатками, исключающими негативное влияние на последующую товарную культуру. Надеемся, опыт использования растительных остатков в США поможет украинским аграриям в практическом земледелии.

Типы растительных остатков

Производители в США используют различные растительные остатки; тип используемых растительных остатков обусловливается количеством осадков в данной местности (рис. 1). В полупустынных регионах с малым количеством осадков растительные остатки формируется исключительно из пожнивных остатков культуры, которые остаются на поверхности почвы после сбора урожая, например, озимой пшеницы (Triticum aestivum L.), (Crutchfield at al., 1986; Wicks et al., 1994). Это легко достигается с технологией No-till, где контроль над сорняками отводится гербицидам, а не пахоте.

В областях с большим количеством осадков растительный покров почвы может быть сформирован путем высева осенью морозостойких видов покровных культур и уничтожения их весной, чтобы сформировать слой растительного материала на поверхности почвы перед высевом культуры (Moore et al., 1994). Наиболее известными видами, которые используются в качестве покровных культур, являются рожь и вика мохнатая, благодаря их морозоустойчивости (Hoffman and Regnier, 2006).

Растительный покров может быть сформирован и видами растений с короткими циклами жизни, которые высеваются весной вместе с высевом культуры и обычно уничтожаются до того, как их присутствие повлияет на рост и урожайность культуры, например, такие виды как: горчица (Brassica spp), клевер (Trifolium spp), люцерна (Medicago spp.) (De Haan et al., 1997).

Свежие растительные остатки используются в регионах с высокими или избыточными осадками (Hartvig and Ammon, 2002). Виды растений для этой цели высеваются или до или вместе с посевом основной культуры и остаются как живое покрытие на протяжении всего вегетационного периода. Одним из эффективных видов для живой растительной мульчи является вязель пестрый (Coronilla varia L.). Необходимо подавить рост живой покровной культуры гербицидами в течение раннего периода роста товарной культуры; в противном случае использование ресурсов покровной культурой значительно уменьшит урожайность основной культуры, особенно в засушливые годы (Duiker and Hartvig, 2004).

Подавление прорастания семяни развития cорных растений

Прорастание семян и появление всходов сорняков зависит от взаимодействия комплекса факторов окружающей среды, как, например, свет, температура почвы, влажность почвы и др. (Egley, 1986). Растительный покров влияет на динамику прорастания семян и рост сорных растений из-за изменения степени воздействия и взаимодействие факторов окружающей среды. Растительный покров живой или мертвый изменяет качество и количество света, достигающего почвы, сглаживает и смягчает перепад температур почвы, таким образом, оказывая отрицательное воздействие на прорастание семян сорняков (Teasdale, 1996). Растительный покров способен физически воспрепятствовать формированию проростков, создавая механический барьер их росту вверх. Также растительные остатки способны выделять экссудаты, что угнетает прорастание семян сорных растений.

Степень подавления прорастания семян сорняков обусловливается количеством растительных остатков на поверхности почвы. Например, опыт в степи США показал, что плотность всходов сорняков была уменьшена на 70% при наличии 6000 кг/га остатков пшеницы на поверхности почвы (рис. 2), а при 3000 кг/га снижение плотности всходов сорняков составило только 33%. Влияние растительных остатков на различные виды сорняков неодинаково. Например, если на поверхности почвы оставалось 3000 кг/га пожнивных остатков, то появление всходов щетинника зеленого [Setaria viridis (L.) Beauv.] сократилось почти на 80%, а куриного проса (ежовника) [Echinochloa crus-galli (L.) ] только на 40% (рис. 3). Аналогичная разница была в реакции на растительные остатки канатника Теофраста (Abutilon theophrasti Medicus) и щирицы запрокинутой (Amaranthus retroflexus L.). В другом опыте, 4000 кг/га вики мохнатой подавляли всходы нескольких видов сорняков, но на появление всходов ежовника, сорго алепского (Sorghum halepense (L.) Pers.] и росички кровяной [Digitaria sanguinalis (L.) Scop.] не подействовали (Reddy и Koger, 2004). Растительные остатки основной или промежуточной культуры не влияют на рост и развитие многолетних сорняков (Hoffman and Regnier, 2006). Следовательно, потребность в применении гербицидов остается даже при наличии на поверхности поля значительного количества растительных остатков.

Рис. 2. Влияние количества пожнивных остатков пшеницы на поверхности почвы на прорастание сорняков. Источник: Anderson, 2004

Проблемы при работе с покровными культурами

Сложность применения покровных культур в борьбе с сорняками состоит в том, что они достигают слишком большого роста до формирования товарной культуры (Hoffman and Regnier, 2006). Если покровные культуры уничтожить слишком рано, количество биомассы на поверхности почвы будет низким. И наоборот – задержка в сроках высева товарной культуры, с тем чтобы обеспечить более длинную фазу развития для покровной культуры, часто снижает продуктивность товарного посева. Интенсивно растущие покровные культуры поглощают почвенную влагу, минеральные элементы питания и подавляют раннее развитие товарной культуры. Сорняки могут приобрести конкурентное преимущество, если развитие всходов товарной подавляется покровной культурой. Например, по данным Davis and Liebman (2003), щетинник гигантский (Setaria faberi Herrm), в посеве кукурузы с покровной культурой, формировал в 200 раз больше семян на одном растении, чем в посеве кукурузы без покровной культуры.

Еще одна сложность состоит в эффективном контроле времени окончания вегетации покровной культуры, потому что гербициды менее эффективны на поздних стадиях развития растений (Hoffman and Regnier, 2006). Недостаточный контроль над покровной культурой приведет к уменьшению урожая последующей товарной культуры. Производители могут прокультивировать поля, чтобы уничтожить покровную культуру (Creamer et al., 1995), но обработка почвы увеличивает всхожесть семян сорняков. В опыте, где на поверхности почвы находилось 4500 кг/га пожнивных остатков пшеницы, только единичная обработка почвы культиватором повысила плотность всходов сорняков с 62 растений/м² до более чем 100 (рис. 4). Даже дополнительные 1500 кг/га пожнивных остатков пшеницы не компенсировали влияния обработки на всхожесть семян сорняков. Обработка почвы, особенно мелкая, заделывает семена сорняков в почву, что стимулирует их прорастание.

Рис. 3. Реакция видов сорняков на 3000 кг/га послеуборочных остатков на поверхности почвы. Источник: Teasdale, 1996

Выгодно ли мульчирование производителям?

Ученые установили, что использование растительных остатков может оказывать как благоприятное, так и негативное воздействие на рост культур. Например, Wagner (1989b) обнаружил, что бобовые покровные культуры, уничтоженные в оптимальное время сева кукурузы, могли бы обеспечить для нее от 40 до 45 кг N/га. Тем не менее, когда сев был задержан, чтобы бобовые покровные культуры достигли более поздней фазы развития, урожайность кукурузы уменьшилась на 22%. Урожай снизился, поскольку покровная культура использовала почвенную влагу, а также из-за уменьшения количества питательных веществ, доступных для кукурузы (Wagner, 1989a). Более длительный вегетационный период у бобовых увеличил содержание целлюлозы и лигнина в их биомассе, что снизило скорость их микробного разложения и соответственно выделения питательных веществ. Аналогичный парадокс происходит при применении покровных культур для контроля сорняков. Стремление увеличивать количество биомассы на поверхности почвы с целью подавления роста сорняков часто уменьшает урожайность товарной культуры (Wicks et al., 1994; Hoffman and Regnier, 2006).

Рис. 4. Влияние культивации на растительные остатки, которые подавляют появление всходов сорняков. Источник: Anderson, 2004

Из-за противоречивых результатов и недостатка экономической отдачи производители в прохладных регионах США отчасти сомневаются в целесообразности применения покровных культур. Опыты, ставившие целью оздоровление почвы, доказали, что долгосрочное использование покровных культур повышает ее продуктивность. Например, использование покровных культур в севообороте кукуруза-соя-пшеница за 8-летний период повысило урожайность культур от 15 до 20% по сравнению с тем же севооборотом без покровных культур (Sanchez et al., 2004). Покровные культуры способствовали оптимальному развитию товарной культуры. Аналогичные результаты получены в опыте с технологией No-till в севообороте кукуруза-соя-пшеница. Урожайность культур при использовании промежуточных посевов (живая мульча) была на 18% выше, чем при их отсутствии (Teasdale et al., 2007). Более высокая урожайность в обоих исследованиях была приписана улучшившемуся функционированию почвы от промежуточных культур.

Послеуборочные растительные остатки (мертвая мульча) также улучшают продуктивность почвы в полупустынной степи США. Изначальной целью сохранения растительных остатков на поверхности почвы в этом регионе было увеличение накопления осадков в период между посевами (Peterson et al., 1993). Тем не менее, потенциал урожайности озимой пшеницы и проса (Panicum miliaceum L.) удвоился после 10 лет применения технологии No-till и растительных остатков (Anderson, 2005b). Урожайность этих культур существенно превышает запланированную урожайность, основанную на запасах влаги и внесенных удобрениях. Этот прирост урожая отражает более высокий уровень органического вещества в почве, улучшенные ее физические свойства и лучший азотный режим питания культурных растений.

Когда мульчирование было впервые протестировано как прием борьбы с сорняками, ученые попытались контролировать сорняки исключительно при помощи растительных остатков. Но исследования показали, что долгосрочный контроль над сорняком одним этим методом невозможен, даже если производится большое количество мульчирующей биомассы (Teasdale, 1996). Влияние растительных остатков на выращиваемые сельскохозяйственные культуры, вероятно, будет наиболее благоприятным, если производители больше сфокусируются на оздоровлении почвы и улучшении урожайности товарной культуры, а не на подавлении сорняка.

Покрытие растительными остатками и контроль сорняков в контексте оздоровления почвы

Даже если растительные остатки применяются главным образом для оздоровления почвы, они все же способны помочь в контроле сорняков. Сокращение плотности всходов сорняков при наличии на поверхности почвы растительных остатков улучшает эффективность послевсходовых гербицидов (Dieleman et al., 1997), поскольку Teasdale (2005) обнаружил, что растительные остатки синергически улучшают воздействие предвсходовых гербицидов. Еще одно преимущество растительных остатков состоит в задержке появления всходов сорняков. В опыте с кукурузой растительные послеуборочные остатки снизили на 50% количество сорняков по сравнению с традиционной отвальной системой обработки, которая заделала все растительные остатки, оставив почву без покрова. При наличии растительных остатков на поле пик появления всходов сорняков сдвигается на 2-3 недели (рис. 5). Задержка в появлении всходов сорняков также улучшает действие послевсходовых гербицидов, поскольку сорняки в момент внесения гербицида менее развиты. Gallagher et al. (2003) обнаружили, что при наличии растительных остатков на поверхности почвы гербициды могли бы уничтожать сорняки на кукурузе и сое эффективнее в среднем на 25% благодаря их меньшей плотности и позднему появлению.

Рис. 5. Задержка в появлении всходов сорняков от послеуборочных растительных остатков при технологии No-till и механической обработке почвы. Обработка состояла из культивации чизелем осенью и дискования весной. Численность сорняков оценивалась в кукурузе; доминирующими видами сорняков были щетинник и марь белая (Chenopodium album L.). Источник L.: Anderson, 2008

Покрытие почвы растительными остатками способствует многим эффективным агротехнологическим тактикам в полупустынной степи США, позволяя вдвое уменьшить затраты в стандартных системах контроля сорняков (Anderson, 2005a). В этой системе контроля сорняков используют: растительные пожнивные остатки урожая, разнообразие культур и технологию No-till, чтобы уменьшить количество семян сорняков в почве, минимизировать количество всходов сорняков и подавить производство семян сорняками, которые избежали уничтожения. Применение такой мультисистемной тактики со временем существенно сокращают количество сорняков на полях. Во влажных регионах США использование растительных остатков для оздоровления почвы также помогает в контроле сорняков, но только если севообороты состоят из культур с различной фенологией роста (Teasdale et al., 2004). Покровные культуры или живая мульча не улучшили управление сорняками в севообороте кукуруза-соя и при выращивании кукурузы как бессменной культуры.

Мульчирование в Украине

Основываясь на опыте США, мы приглашаем ученых и производителей в Украине рассмотреть целесообразность применения промежуточных культур и растительных остатков мульчи при освоении технологии No-till. Растительные остатки могли бы быть эффективны в степной зоне Украины. Они оказали бы особенно благоприятное воздействие на оздоровление почвы, и следовательно, на последующее выращивание сельскохозяйственных культур.

Покровные культуры и живая мульча могут больше подойти для Лесостепи и Полесья Украины, где отмечается более высокий уровень осадков. Экономический эффект в первые годы применения покровных культур и живой мульчи не особо благоприятен, но улучшенное с течением времени плодородие почвы увеличит урожайность культур. Покрытие почвы растительными остатками также подходит для овощеводства в Украине, чтобы подавлять интерференцию ранних сорняков и уменьшать затраты ручного труда для контроля сорняков. В США фермеры успешно применяют покрытие почвы растительными остатками и посев промежуточных культур при выращивании овощей (Peachey et al., 2004; Charles et al., 2006).

(Опубликовано в №4, 2008 г.)