Сорняки имеют определенные экологические характеристики, которые отличают их от других растений. Они особенно успешно заселяют обработанные, потенциально продуктивные участки, а также способны процветать при многократной обработке почвы. Иными словами, сорняки – это растения, которые процветают в агроклиматических условиях, благоприятных для роста культур, однако механическая обработка зачастую снижает конкуренцию между растениями до низкого уровня. (Опубликовано в № 08.2011 г.)
В отличие от предыдущих концепций засоренности (Baker, 1965; Harlan & de Wet, 1965; Buchholtz et.al., 1967), в этом экологическом определении не хватает связи сорных растений с человеком, их воздействия на человека.
Виды, которые приня­то теперь называть сорняками, суще­ствовали еще до того, как человек начал зани­маться выращиванием куль­тур. Тип поведения этих рас­тений, делающий их жизне­стойкими в среде жизнедея­тельности человека, разви­вался независимо от людей. Тем не менее деятельность человека приводит к опреде­ленному изменению сорня­ков, что позволяет им лучше адаптироваться к воздей­ствию людей.

Когда и почему сорнякам комфортно

В этой публикации мы огра­ничимся обсуждением поле­вых видов сорняков, которые встречаются в основном в посевах сельскохозяйствен­ных культур. Их иногда называют сорняками возде­лываемых почв, в отличие от рудеральных сорняков, растущих на обочинах дорог, свалках и других несельско хозяйственных землях. Полевые сорняки имеют исторически сложившиеся свойства, позволяющие им адаптироваться к выжива­нию на фермах (табл. 1). Понимание исторически сложившихся свойств сор­няков позволяет понять, как работают методы их контро­ля и как можно улучшить эти методы. Речь идет пре­жде всего о различиях в осо­бенностях произрастания сорняков и культурных рас­тений, размере, темпе роста, подверженности их в разные фазы роста и развития стрес­су от целенаправленных методов контроля. По отношению к большин­ству экосистем сельскохозяй­ственные поля не являются стрессовой средой для расте­ний. Чтобы повысить про­дуктивность культур, фермер снижает стрессы за счет под­готовки хорошего семенного ложа, внесения удобрений, орошения и искусственного дренажа. Более того, в систе­мах возделывания однолет­них культур созданные чело­веком ресурсы сильно пре­вышают потребности как культурных растений, так и сорняков в течение несколь­ких недель после сева. В этот период конкуренция оказы­вает незначительное влияние на формирование всходов. В подобных условиях сорнякам очень комфортно, так как у них очень высокая относи­тельная скорость роста. Это дает им возможность быстрее расти и занимать место, до того как ресурсы будут монополизированы культурным растением или рудеральными видами, кото­рые могут оказаться на этом участке. Очень высокая отно­сительная скорость роста сельскохозяйственных сор­няков совпадает с наличием свободных ресурсов, предо­ставленных человеком. Вместе с тем сорняки более подвержены отрицательному воздействию затенения, чем виды, характерные для менее нарушенных экотопов (почв. – Ред.). Сорняки зача­стую накапливают повышен­ные концентрации мине­ральных питательных веществ по сравнению с культурными растениями, если питательных веществ в избытке. Но удивительно, что они иногда больше стра­дают, чем культуры, когда питательных веществ недо­статочно, что выражается в значительном снижении их роста. Присущие культур­ным растения физиологические особенности, похоже, не позволяют им полностью адаптироваться как к высо­ким, так и к низким уровням освещенности, а также к высокой и низкой доступно­сти питательных веществ (Schlapfer и Ryser, 1996). Сельскохозяйственные сор­няки находятся на одном из этих экстремумов адаптаци­онного континуума. Так как полевые сорняки формируются в основном в условиях низкой конкурен­ции, от материнского расте­ния требуется лишь неболь­шое обеспечение питатель­ными веществами семенных зачатков. Поэтому семена сорняков обычно весят лишь несколько миллиграммов или даже меньше. Маленький размер семян дает возможность взрослым растениям производить их в большом количестве. Это облегчает распространение на новые участки. Более того, высокий уровень воспроиз­водства необходим для ком­пенсации высокого уровня гибели, вызываемого: а) неоднократным наруше­нием почвы в течение вегетационного периода; б) непредсказуемостью окру­жающей среды, создаваемой севооборотом и погодными изменениями. Сорняки справляются с непредсказуемостью благода­ря тому, что их семена могут впадать в период покоя и синхронизовать свое форми­рование с благоприятными условиями. Они также рас­пределяют риски в течение года в зависимости от усло­вий окружающей среды за счет круглогодичной вегета­ции и семенных банков. Все эти особенности позволяют сорнякам процветать в поле­вых условиях. И если вы хорошо их знаете, то можете разрабатывать эффективные системы контроля уровня присутствия сорняков на поле. Каждое из вышеупомянутых свойств сорняков мы рас­смотрим более детально, чтобы разобраться, как при­рода сорняков указывает нам на их уязвимые места и как разработать методы контро­ля сорняков. Ниже обсужда­ются разнообразные паттер­ны и обобщения относитель­но различных видов сорня­ков. Естественно, из каждого правила есть исключения. Но во избежание напрасных отступлений от темы эти исключения детально не обсуждаются. Надеемся, понимание совокупности свойств, присущих многим видам сорняков, разъяснит функциональную значи­мость и исключительные свойства отдельных видов.

Жизненный цикл сорняков

На протяжении жизненного цикла сорняки проходят несколько стадий: прораста­ние, формирование, рост, воспроизводство, распро­странение и период покоя. Меры контроля сорняков обычно направлены на опре­деленную стадию. Более того, неодинаковое поведение видов на каждой стадии при­водит к разной их уязвимос­ти к мерам контроля различными методами. Таким образом, жизненный цикл является организующим принципом для интеграции различных мер и методов контроля сорняков в единую систему. 

Сельскохозяйственные сор­няки различаются по многим экологическим свойств, но их никоим образом нель­зя считать однородной груп­пой видов. Вообще, можно выделить четыре категории жизненных циклов сорня­ков (табл. 2).

 

 

 

1. Однолетние сорняки.

Развиваются от прорастания до воспроизводства (форми­рования семян) в течение одного вегетационного пери­ода. За некоторыми исключе­ниями, их семена сохраняют жизнеспособность в почве как минимум несколько лет, а в основном – в течение десятилетий.

2. Семенные малолетники.

Развиваются в течение двух и более сезонов (двухлетние также включены в эту груп­пу). Поскольку малолетники не восстанавливаются путем вегетативного размножения, они в конце концов погиба­ют. Как и у однолетних, их семена могут сохранять жизнеспособность в почве минимум несколько лет, а в большинстве случаев намного больше. При благо­приятных условиях эти виды могут давать семена в год формирования, но зача­стую им требуется больше времени для формирования жизнеспособных семян. Большинство семенных малолетников – широко­листные виды. Многолетние кустовые злаки являются промежу­точным видом между семен­ными малолетниками и вегетативными многолетни­ками, потому что большин­ство из них могут произво­дить семена бесконечно долго, но обладают ограни­ченной способностью для вегетативного размножения.

3. Многолетние сорняки.

Несмотря на то что боль­шинство этих видов произ­водят семена, размножение происходит в основном веге­тативными отростками. Именно поэтому продолжи­тельность жизни генетиче­ского индивидуума не огра­ничена и потенциально очень длительна. Семена большинства вегетативных многолетников в почве сохраняют жизнеспособ­ность чуть больше года, и лишь у некоторых продол­жительность жизни семян может быть больше. Следовательно, семена этой группы сорняков очень редко встречаются в почвенном банке семян.

4. Древовидные сорняки.

Многолетние растения, даю­щие прочные побеги. Несмотря на то что некото­рые виды распространяются вегетативно, основной спо­соб их воспроизводства -семенами. Их семена зача­стую относительно большие, с коротким периодом сохра­нения жизнеспособности, распространяются чаще всего ветром или птицами. Эти сорняки создают пробле­мы в основном в многолет­них системах, например в садах, на постоянных пастби­щах и сенокосах. Также они могут составлять определен­ную проблему в однолетних культурах, посеянных по тех­нологии No-till. Древовидные вьющиеся сорняки – самая трудная группа для контроля, так как они могут разрас­таться в стороны, быстро достигая садов и используя ветви культурных растений в качестве поддержки. Такие противоположные характеристики четырех групп говорят скорее об эко­логическом, нежели о физио­логическом компромиссе. Например, размножение ризомами, скорее всего, физиологически не связано с низкой способностью сохра­нять жизнеспособность семян в почве. Вообще, адап­тация к различным стадиям экологической последова­тельности привела к форми­рованию четырех основных экологически различных типов сорняков. После сильного нарушения экотопа, например механической обработки, доминируют однолетние сор­няки, так как их жизнеспо­собные семена в изобилии представлены в почвенном банке. Популяции семенных малолетников также начина­ют формироваться после механической обработки почвы. Однако в связи с тем, что они находятся в вегета­тивном состоянии дольше, чем однолетники, им необхо­димо накапливать свои ресурсы в корнях, следова­тельно, темп роста их всхо­дов будет ниже. Таким образом, в первый год после механической обработ­ки почвы в поле будут доми­нировать однолетние сорня­ки, несмотря на то, что семян семенных малолетников в семенном банке может быть даже больше. В связи с тем, что второй сезон семенные малолетники начинают рост с більшим потенциалом, чем вновь появившиеся всходы однолетних сорняков, они могут лучше конкурировать со сформировавшимися многолетними культурными растениями после первого года. Как следствие, они больше распространены на полях, где выращиваются многолетние травы на сено или сенаж. На сельскохозяй­ственных угодьях, кроме пашни, вегетативные много­летники произрастают в основном после первого года роста на плодородных нару­шенных почвах (места постоянного скопления животных, осевшая вытоп танная почва вдоль ручьев). На сегодняшний день вегета­тивные многолетние сорняки, например пырей ползучий (Elytrigia repens) и бодяк поле­вой (Cirsium arvense), зача­стую встречаются на хорошо задернелых, заброшенных полях, обочинах дорог и даже в лесу. Чтобы развиваться в условиях повышенной конку­ренции, в ходе естественного отбора они способны хорошо снабжать свои отростки. Возможно, семена в стратегии их роста служили в основном на случай риска необходимо­сти распространения на боль­шие расстояния. Интенсивное использование механической обработки почвы в значительной степе­ни изменило условия суще­ствования вегетативных многолетников. В ходе обра­ботки почвы дочерние расте­ния отделяются от материн­ских и распространяются по всему полю, а также перено­сятся на другие поля. Параллельно при механичес­кой обработке удаляется кон­курирующая растительность. Это ставит рассредоточенные многолетние сорняки в выгодное положение (у них хорошо обеспеченные пита­тельными веществами отростки при относительно низком уровне конкуренции). Как следствие, большинство самых вредоносных и трудноискоренимых сорняков в мире являются представите­лями группы вегетативных многолетников (Holm et.al., 1977). По сути, эти виды обла­дают свойствами, которые возникли в ответ на условия, которые сильно отличаются от сегодняшнего земледелия, но они успешно приспособи­лись выживать в условиях умеренной обработки. Однако глубокая и частая механическая обработка зача­стую является губительной для этих видов. Древовидные многолетние сорняки являются основной проблемой в садах и на паст­бищах.

Несмотря на то что они помогают восстановить почву и бороться с вредите­лями и заболеваниями на восстановительной стадии, например в подсечноогневой системе земледелия, они могут снижать продук­тивность культурных расте­ний в период их выращива­ния (Staver, 1991). Древовидные многолетние сорняки плохо адаптируются к системам земледелия с еже­годной обработкой почвы по двум причинам. Во-первых, лишь несколько видов этой группы формируют постоян­ный семенной банк, поэтому синхронизация формирова­ния семян с однолетней куль­турой возможна очень редко. Во-вторых, дерево – энерге­тически дорогой способ вер­тикально держать растение по отношению к давлению клетчатки и тургорному дав­лению. Молодые древовид­ные растения растут медлен­нее, чем травы, поэтому редко являются конкурента­ми для травянистых однолет­них растений. Таким обра­зом, механическая обработка не позволяет древовидным сорнякам выживать более одного года, они плохо адап­тируются к однолетним системам возделывания культур. Тем не менее про­должительный период жизни, высокий рост и быстрая регенерация после обрезки делают их серьезны­ми сорняками в садах и на пастбищах, а также суще­ственной проблемой в одно­летних культурах, высеянных по технологии по no-till. Сорняки-паразиты не вклю­чены в таблицу 2, поскольку их поведенческие реакции похожи на реакции других древесных растений (образо­вание семян, рассеивание семян). Принципы, обсужда­емые в этой статье, примени­мы и к ним, и к сорнякам, которые влияют на культур­ное растение в основном через конкуренцию за ресур­сы. Так как их поведенческие реакции больше похожи на реакции патогенов (напри­мер, прорастание в присут­ствии корней хозяина, источ­ник питания), их изучение относится к специализиро­ванной сфере науки. Вопросам экологии и управ­ления сорняками-паразитами посвящены недавно вышедшие книги Musselman, (1987); Pieterse, Verkleij & ter Borg, (1994); Hosmani, (1995).

Мэтт Либман,

адъюнкт-профессор факультета агрономии университета штата Айова

Чарльз Л. Молер,

старший научный сотрудник факультета растениеводства и почвоведения Корнельского университета, ответственный редактор журнала Weed Science

Чарльз П. Стейвер,

сокоординатор проекта в CATIE (Центр обучения и исследований сельского хозяйства тропиков), Никарагуа, работает над интегрированным управлением вредителями