Сорняки имеют опре­деленные экологиче­ские характеристики, которые отличают их от других растений. Особенно успешно они заселяют обработанные, но потенциально про­дуктивные участки, а также способны процветать при мно­гократной обработке почвы. Виды, которые принято теперь называть сорняками, в основ­ном существовали еще до того, как человек начал заниматься выращиванием культур, а тип поведения, делающий их жиз­нестойкими в среде жизнедея­тельности человека, развивался независимо от человеческо­го общества. Тем не менее дея­тельность человека приводит к определенному избирательно­му изменению характеристики сорняков, что позволяет им лучше адаптироваться к воз­действию людей. (Опубликовано в № 09.2011 г.)

Полевые сорняки имеют исто­рически сложившиеся свой­ства, позволяющие им адапти­роваться к выживанию на фермах (табл.1). Понимание исторически сложившихся свойств сорняков позволяет выяснить, как работают мето­ды контроля над ними и как их можно улучшить. По срав­нению с большинством 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 незначительно влияет на фор­мирование всходов. В подоб­ных условиях сорнякам довольно комфортно, посколь­ку у них очень высокая отно­сительная скорость роста. Они растут быстрее и занимают место до того, как ресурсы будут монополизированы культурным растением или рудеральными видами сорня­ков, которые могут оказаться на участке. Высокая относи­тельная скорость роста сель­скохозяйственных сорняков совпадает с наличием свобод­ных ресурсов, предоставлен­ных человеком. Вместе с тем сорняки больше подвержены отрицательному воздействию затенения, чем виды, характер­ные для менее нарушенных экотопов. Если питательных веществ в избытке, сорняки зачастую накапливают повы­шенные концентрации мине­ральных питательных веществ по сравнению с культурными растениями. Но удивительно, что, когда питательных веществ недостаточно, иногда сорняки страдают больше, чем культуры, тогда их рост сильно замедляется. 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.

Таблица 1. Экологические характеристики сельскохозяйственных сорняков и культур 

Сельскохозяйственные сорня­ки находятся на одном из этих экстремумов адаптационного континуума.

Так как полевые сорняки фор­мируются в основном в усло­виях низкой конкуренции, семенным зачаткам нужно от материнского растения лишь небольшое количество пита­тельных веществ. Поэтому семена сорняков обычно весят всего несколько миллиграм­мов или даже меньше (табл. 2). Маленький размер семян позволяет 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 неоднократным нарушени­ем почвы в течение вегетаци­онного периода и непредсказу­емостью окружающей среды, создаваемой севооборотом и погодными изменениями.

Таблица 2. Четыре типа жизненного цикла сорняков

 

Сорняки справляются с непредсказуемостью благодаря тому, что их семена могут син­хронизовать свое формирова­ние с благоприятными услови­ями. Кроме того, они 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. Но если хорошо знать эти особенности, то можно разра­батывать эффективные систе­мы контроля уровня присут­ствия сорняков на поле. Естественно, из каждого пра­вила есть исключения. Но во избежание напрасных отсту­плений от темы эти исключе­ния не будем комментировать подробно.

 

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 различных методов. Таким образом, жиз­ненный цикл является органи­зующим принципом для инте­грации различными методами контроля сорняков в единую интегрированную систему. Сельскохозяйственные сорня­ки различаются по многим эко­логическим свойствам, но их никоим образом нельзя счи­тать однородной группой видов. Вообще, можно выде­лить следующие четыре катего­рии жизненных циклов сорня­ков (табл. 2):

1. Однолетние сорняки. Растут 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. Растут от двух до нескольких сезонов (двухлетние также включены в эту группу). Так как малолетники не восстанав­ливаются путем вегетативного размножения, в конце концов, они погибают. Как и у однолет­них сорняков, семена малолет­ников могут сохранять жизне­способность в почве как мини­мум несколько лет, а зачастую намного больше. При благо­приятных условиях эти виды способны давать семена в год формирования, но часто им нужно больше времени для формирования жизнеспособ­ных семян. Большинство семенных малолетников –  широколистные виды. Многолетние кустовые злаки являются промежуточным видом между семенными и вегетативными многолетника­ми, потому что большинство из них могут производить семена бесконечно долго, но обладают ограниченной спо­собностью для вегетативного размножения.

3. Многолетние сорняки. Они способны размножаться веге­тативно. Так как вегетативные многолетники размножаются при помощи отростков и фраг­ментации, продолжительность жизни генетического индиви­дуума не ограничена и потен­циально очень большая. Несмотря на то что большин­ство этих видов производят семена, размножаются они в основном отростками. Семена большинства вегетативных многолетников в почве сохра­няют жизнеспособность чуть больше года, лишь у некоторых продолжительность жизни семян может быть больше. Следовательно, семена этой группы сорняков очень редко встречаются в почвенном банке семян.

4. Древовидные сорняки. Это многолетние растения, дающие прочные побеги. Несмотря на то что некоторые их виды рас­пространяются вегетативно, размножаются они в основном семенами. Семена древовидных сорняков относительно круп­ные, с коротким периодом сохранения жизнеспособности, распространяются в основном ветром или птицами. Они соз­дают проблемы в многолетних системах, например в садах, постоянных пастбищах и сено­косах. Кроме того, древовидные сорняки могут представлять определенную проблему для однолетних культур, посеян­ных по технологии No-till (J. Cardina, личное общение). Древовидные вьющиеся сорня­ки – зачастую 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 выражают скорее экологиче­ский, нежели физиологический компромисс. Размножение ризомами, вероятно, 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 существуют 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 боль­шим 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 растут в основном после первого года роста на плодородных нару­шенных почвах (места посто­янного скопления животных, осевшая вытоптанная почва вдоль ручьев). 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. Развиваться в условиях повы­шенной конкуренции в ходе естественного отбора им помо­гает биологическая способ­ность хорошо снабжать свои отростки. Возможно, в страте­гии их роста семена служили в основном на случай риска необходимости распростране­ния на большие расстояния. Начало интенсивного исполь­зования 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. Механическая обработка уда­ляет конкурирующую 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, сильно отличавшиеся от сегодняшнего земледелия, но они успешно приспособи­лись выживать в условиях уме­ренной обработки. Однако глу­бокая и частая механическая обработка губительна для этих видов. Древовидные многолет­ние сорняки – основная про­блема в садах и на пастбищах. Несмотря на то, что они помо­гают восстановить почву и борются с вредителями и забо­леваниями во время восстано­вительной стадии, например в подсечно-огневой 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 сорняков этой группы формируют постоян­ный семенной банк, следова­тельно, 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, поэтому молодые древо­видные растения растут мед­леннее, чем травы (Grime & Hunt, 1975), и редко являются конкурентами травянистых однолетних растений. Таким образом, механическая обра­ботка не позволяет древовид­ным сорнякам выживать боль­ше 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 No-till.

Рис.1. Состояние покоя/прорастания семян сорняков

 

Сорняки-паразиты – еще одна категория сорняков, не вклю­ченная в таблицу 2. Так как их поведенческие реакции похожи на реакции других древесных растений (формирование и рассеивание семян), принципы, обсуждаемые в этой статье, применимы как к ним, так и к сорнякам, которые влияют на культурное растение в основ­ном через конкуренцию за ресурсы. Поскольку их пове­денческие реакции больше похожи на реакции патогенов (например, прорастание в при­сутствии корней хозяина, источник питания), их изуче­ние является специализирован­ной сферой науки. Вопросам экологии и управления сорняками-паразитами посвя­щены 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

От редакции

По сути, здесь заканчивается информационный массив теоре­тического обзора сущности и осо­бенностей сорняков. В следующих публикациях будут проанализи­рованы методы нехимической борьбы с вредоносным воздей­ствием сорняков на урожайность культур и эффективность про­мышленного растениеводства.

Редакция благодарит компанию «Агро-Союз» за помощь в подго­товке статьи.