Альтера Нова
(067)504-90-12 (050)363-87-55
(067)539-41-53 (095)284-28-36

Сорняки и плодородие почвы

 

  Управление сорняками с помощью удобрений

  Усиленное потребление сорняками и культурами фосфора, калия и особенно натрия может способство­вать повышенному куще­нию, ветвлению стебля и увеличению площади листовой поверхности. Многие виды сорняков весьма эффективно улавли­вают и поглощают пита­тельные вещества из вноси­мых удобрений.

  Таким образом, повышение плодородия почвы может изменить соотношение рас­тительного покрова в сме­сях «сорняк-культура» в пользу сорняка, что и про­иллюстрировано на рисун­ке 1. Внесение азотного удо­брения увеличило площадь зеленой поверхности ячме­ня (листья и стебли) на 10%, а у сорняка площадь поверхности, поглощаю­щей свет, увеличилась на 706%! Большое увеличение площади поверхности сор­няка было особенно замет­ным в верхней части расти­тельного покрова, где поглощается большая часть фотосинтетической актив­ной радиации. В этом экс­перименте внесение азота существенно увеличило способность сорняка зате­нять культуру.

  Таким образом, внесение удобрений может отрица­тельно влиять на урожай­ность культур, поскольку сорняки становятся выше и имеют большую площадь листьев, чем культура.

  В Орегоне Эпплбай, Олсон и Солберт (Appleby, Olson & Colbert, 1976) установили, что урожайность пшеницы не увеличивалась или даже немного снижалась при высокой плотности плевела многоцветкового (Lolium multiforum). На севере Калифорнии Карлсон и Хилл (Carlson & Hill, 1985) зафиксировали, что внесе­ние азотного удобрения на участок пшеницы, засорен­ной овсюгом (Avena fatua), приводило к увеличению урожайности культуры только тогда, когда плот­ность A. fatua была меньше 1,6% по отношению к общей плотности траво­стоя сорняка и культуры.

  При высокой плотности травостоя сорняка внесение азота увеличивало выброс метелок A. fatua на 140%, что снижало урожайность пшеницы на 49% по срав­нению с неудобренными участками.

  Несмотря на то что многие виды сорняков лучше реа­гируют на удобрения, чем культуры, это явление не универсально. Толленар с соавторами (Tollenar et аі, 1994) установил, что увели­чение количества азота в удобрении, внесенном под кукурузу в условиях высо­кой засоренности, привело к уменьшению биомассы сорняков и увеличению урожайности кукурузы. Когда сорнякам (в основ­ном щирица запрокинутая [Amarantltus retrofexus], марь белая [Chenopodium album], щетинник зеленый [Setaria viridis]) позволяли формироваться до стадии появления 3-4 листа куку­рузы, конкуренция со стороны сорняков приводила к уменьшению урожайности культуры в среднем на 31% при низких нормах внесения азота (10-80 кг/га) и только на 13% - при высо­ких нормах его внесения (130-200 кг/га). Мак Кензи (McKenzie, 1996) установил, что увеличение количества азота, вносимого на пастбище (многолетний плевел) в ЮАР, приводило к умень­шению не только плотно­сти побегов сорняков, но и относительной частоты их встречаемости. В конце лета, когда наблюдался самый активный рост сорняков, они встречались на 82% выделенных учетных площадей на участке, где на гектар вносили 120 кг азота в год, а на участке, где вно­сили больше 360 кг/га в год, - только на 45% учет­ных площадей. Мак Кензи (McKenzie, 1996) объяснил это затенением сорняков большой площадью листьев многолетнего пле­вела при высоких нормах внесения азота.

  То, что внесение удобрений может сочетаться с управ­лением сорняками, являет­ся привлекательной воз­можностью. Однако, учи­тывая, что увеличение доступности питательных веществ может усугубить, а не уменьшить проблемы с сорняками, нужно научить­ся предвидеть влияние повышения плодородия на взаимоотношения между сорняком и культурой.

  Моделирование не является одним из потенциально эффективных подходов к решению этого вопроса. Оно может использоваться для прогноза продуктивно­сти видов растений в смеси, основываясь на знании реакции отдельных видов в чистых посевах на измене­ние условий окружающей среды. С помощью моделей также можно проверять выдвигаемые гипотезы перед закладкой полевых опытов.

  Кропфф и его сотрудники изучали конкуренцию между сорняками и культу­рой с использованием модели INTERCOM, содер­жащей информацию о вне­сении и потреблении пита­тельных веществ, улавлива­нии света, интенсивности фотосинтеза, росте корней и побегов (Kropff & van Laar, 1993). В условиях наличия большого количе­ства питательных веществ с помощью этой модели было установлено, что рост в высоту и площадь листьев являются критическими факторами, определяющи­ми результат конкуренции между такими видами, как сахарная свекла и марь белая [Chenopodium album] (Kropff et al., 1993). В условиях наличия большого количества доступных питательных веществ посредством данной моде­ли было спрогнозировано, что конкурентное превос­ходство одних видов над другим и обусловливают морфологические характе­ристики, обеспечивающие скорость улавливания пита­тельных веществ (напри­мер, более длинная и густая корневая система) и физио­логические характеристики, способствующие более быстрому производству биомассы на единицу поглощенного питательно­го вещества (например, фотосинтетическое погло­щение С по пути С4, а не по пути С3) (Kropff, 1993). Похожее влияние было спрогнозировано с помо­щью модели ALLOCATE, разработанной Тилманом (Tilman, 1988). INTERCOM, ALLOCATE и другие модели могут быть полезными инструментами для анализа взаимоотношений ряда сочетаний сорняков и куль­тур , выращиваемых в раз­ных почвенных условиях, а также для прогноза морфо­логических и физиологиче­ских характеристик, которые могут привести к появ­лению у культуры способ­ности выдерживать или подавлять сорняки.

  О значимости моделей при разработке стратегий управления сорняками сви­детельствует также инфор­мация о потенциальном влиянии пространственных и временных изменений в наличии питательных веществ, качественных раз­личий между разными источниками питательных веществ.

 

  Пространственные изменения наличия питательных веществ

  (Преимущества ленточного внесения удобрений)

  Внесение удобрений ленточ­ным способом близко к рядам культуры улучшает использование ею питатель­ных веществ, при этом доступность питательных веществ для сорняков, не растущих вблизи полос вне­сенного удобрения, умень­шается. Ленточное внесение удобрений в ряды таких культур, как фасоль, соя, ара­хис, пшеница, люцерна и рис, приводило не только к увеличению урожайности культур по сравнению с вне­сением их вразброс, но и к снижению плотности и био­массы сорняков (DiTomaso, 1995). Преимущества такого способа внесения удобрений обычно более ощутимы, когда питательные вещества вносятся глубоко в почву (5-7 см ниже уровня заделки семян культуры), а не оста­ются на ее поверхности (DiTomaso, 1995). Возможно, это объясняется тем, что семена культуры прораста­ют из более глубокого гори­зонта почвы, чем сорняки. Успех ленточного внесения удобрений в качестве стратегии управления сорняками может зависеть от есте­ственного уровня плодоро­дия почвы. В частности, полевыми экспериментами, которые проводились в течение трех лет на двух типах почвы в Дании (Rasmussen, Rasmussen & Petersen, 1996), было уста­новлено, что ленточное вне­сение азота на 5 см ниже глубины заделки семян яро­вого ячменя привело к уменьшению биомассы сор­няков в среднем на 55% и увеличению урожайности зерна ячменя в среднем на 28% по сравнению с внесе­нием удобрений вразброс. Сравнение результатов, полученных на двух типах почвы, показало, что уменьшение роста сорняков и повышение урожайности культуры благодаря ленточ­ному внесению удобрений было больше на малоплодо­родном крупнозернистом песке, чем на более плодо­родном песчаном суглинке.

  Исследователи предположили, что сорняки будут боль­ше подавлены в условиях недостаточного плодородия поверхностного слоя почвы, так как это приведет к тому, что сорняки будут испыты­вать большой дефицит питательных веществ. Особое внимание к подавле­нию сорняков возле лент удобрений также может быть важной составляющей успеха при использовании этого подхода.

 

  Временные изменения в наличии питательных веществ

  Поскольку разные виды сор­няков и культур могут суще­ственно отличаться по спо­собности поглощать пита­тельные вещества на разных стадиях роста, определение времени внесения удобрения может сильно влиять на продуктивность и культуры, и сорняков. Если пик погло­щения питательных веществ культурой приходится на период после максимального поглощения питательных веществ сорняком, отсрочен­ное внесение удобрения может привести к тому, что сорняк будет испытывать дефицит питательных веществ в критически важ­ные для него начальные фазы роста. Эта гипотеза была проверена Алкампером, Пессиосом и Лонгом (Alkamper, Pessios & Long, 1979), которые провели опыты по выращиванию кукурузы с горчицей поле­вой (Sinapis arvensis) (Brassioa kaber) или марью белой (Chenopodium album) в горш­ках. Они вносили разные нормы NPK удобрения либо разово при севе, либо одну половину общей нормы вно­сили при севе, а другую - при появлении початка кукурузы. Отсроченное внесение удо­брения привело к увеличе­нию биомассы культуры на 70% и уменьшению биомас­сы сорняка на 50% по срав­нению с ранним внесением такого же общего количества удобрения. Отсроченное внесение удо­брения также привело к повышению урожайности риса в полевых опытах, в которых эта культура была сильно засорена куриным просом (Echinochloa crus-galli) (Smith & Shaw, 1966). Внесение азота в два прие­ма - через 8 и через 12 недель после появления культуры на поверхности привело к уве­личению урожайности риса на 30-80% по сравнению с ранее используемой схемой внесения - через 3 и через 8 недель после всходов. И хотя количество биомассы сорня­ка в разных вариантах опыта не было зафиксировано, полученное увеличение уро­жайности при отсроченном внесении удобрения было связано с уменьшением кон­куренции со стороны сорня­ка.

  Реакция культуры и сорняка на разное время внесения азота определялась в опытах, проведенных Ангонином, Коссанелем и Мейнардом (Angonin, Caussanel & Meynard, 1996) с озимой пшеницей и однолетним дву­дольным сорняком верони­кой плющелистной (Veronica hederifolia). Сравнивалось влияние раннего (в фазе кущения озимой пшеницы) и позднего (выход в трубку) внесения азота в норме 60 кг/га. При разной плотно­сти сорняка его биомасса была более чем в два раза больше при раннем, чем при позднем внесении азота. Сорняк не влиял на потре­бление азота и урожайность пшеницы, когда удобрение вносили в фазе выхода в трубку, но потребление азота и урожайность пшеницы существенно снижались, когда удобрение вносили в фазе кущения.

  Исследователи отметили, что из-за низкой высоты и отно­сительно раннего роста и развития основную конку­ренцию вероника плюще­листная (V. hederifolia) составляет в начале вегета­ционного периода. Более позднее внесение азота может уменьшить отрица­тельное влияние вероники плющелистной (V. hederifolia) на урожайность пшеницы за счет благоприятного влия­ния больше на культуру, чем на сорняк. Если сорняки более синхронны с культура­ми в пике потребления питательных веществ, отсрочен­ное внесение удобрений может не дать никаких преи­муществ относительно подавления сорняка и повыше­ния урожайности культуры.

 

  В полевых опытах с озимой пшеницей, засоренной ози­мым однолетним злаковым сорняком - костром кровель­ным (Bromus tectorum), Болл, Высоцкий и Частейн (Ball, Wysocki & Chastain, 1996) установили, что отсроченное внесение азотного удобрения до весны никак не влияло либо оказывало стимулирую­щее действие на формирова­ние биомассы сорняка и никак не влияло или отрица­тельно сказывалось на уро­жайности пшеницы по срав­нению с внесением азота при севе. Азотное удобрение повысило урожайность пше­ницы, не увеличивая биомас­су костра кровельного (B. tectorum),только тогда, когда его вносили в период пара при выращивании пред­шествующей культуры. Подобный результат наблю­дал и Андерсон (Anderson, 1991), он объяснил это двумя причинами: движением азота из удобрения в нижние слои почвы перед началом роста культуры и сорняка, а также разницей в формировании и развитии их корневой систе­мы. Сорняк с неглубоким проникновением корней в почву не мог извлекать азот­ные удобрения из такой большой глубины, в то время как культура с глубокой кор­невой системой получала доступ к источнику пита­тельных веществ. Болл, Высоцкий и Частейн (Ball, Wysocki & Chastain, 1996) пришли к выводу, что внесе­ние азотных удобрений перед посевом может огра­ничить рост костра кровель­ного (B. tectorum) и благопри­ятно влиять на культуру, но при этом может увеличиться вынос азота и загрязнение воды. Следовательно, требу­ются другие подходы к управлению плодородием почвы и численностью костра кровельною (B. tectorum) в озимой пше­нице.

  Влияние формы удобрения

  Форма питательных веществ в минеральных удобрениях может по-разному влиять на продуктивность культуры и сорняка. Это положение хорошо иллюстрируют результаты исследований Тейкера, Хоэльзера и Либля (Teyker, Hoelzer & Liebl, 1991), которые удобряли кукурузу, засоренную щирицей запро­кинутой (Amaranthus retrofexus), нитратным и аммонийным источниками азота. Форма азота не влияла на вес кукурузы в фазе всхо­дов (рис. 2 а), но существен­но влияла на сорняк. Использование аммония (с добавлением ингибитора нитрификации) уменьшило массу всходов щирицы запрокинутой на 75% по сравнению с нитратным азо­том (рис. 2 а, b). И хотя эти исследователи не изучали влияние различных форм синтетического азота на кон­курентные взаимоотноше­ния между культурой и сор­няком и не сравнивали рост этих двух видов в течении такого же временного интер­вала, полученные результаты говорят о том, что аммоний­ный азот может сильно уве­личить способность кукуру­зы подавлять рост щирицы запрокинутой (Amaranthus retrofexus).

  Разница в формах синтети­ческого азота может также влиять на видовой состав сообщества сорняков. Писек и Лепс (Pysek & Leps, 1991) сравнили видовой состав флоры сорняков на полях Чехии, где выращивался ячмень в течение семи лет и вносились удобрения - суль­фат аммония (СА), кальцийаммоний нитрат (КАН) и смесь мочевины с аммиач­ной селитрой (АС). Общее количество азота, внесенного с разными удобрениями, было равным, но наблюда­лась ощутимая разница между вариантами удобре­ний относительно изобилия разных видов сорняков.

  Пикульник обыкновенный (Galeopsis tetrahit), вероника персидская (Veronica persica), ярутка полевая (Thlapsi arvense) и звездчатка средняя (Stellaria media) были в изо­билии на полях, удобренных СА и КАН, но не были обна­ружены на нолях, обработан­ных СА. И наоборот, метлица обыкновенная (Apera spicavettti) наблюдалась в вариан­тах удобрения СА или КАН менее чем на 8% исследуе­мых участков, а в варианте, где вносили аммиачную селитру (АС), - на 40% участ­ков. И хотя большинство видов сорняков были в изо­билии представлены на участках, обработанных АС и КАН, встречаемость Fallopia cottvulvus в варианте с КАН составила 79% квадратов, а в варианте с АС - только 41%. Меньше всего сорняков было на участках, обработанных АС, а больше всего - на участках, удобренных КАН, почти столько же было сор­няков и в варианте, где вно­сили СА.

  Статистическая обработка результатов показала, что внесение удобрения напря­мую влияло на сообщество сорняков и косвенно - на производство растительного покрова культуры и последу­ющую конкуренцию с ней. Несмотря на то что в этом эксперименте не отслежива­ли почвенные условия, различные источники удобре­ния могли привести к кон­трастным уровням pH почвы и разнице в наличии неазот­ных питательных веществ. Для понимания механизмов, с помощью которых различ­ные удобрения могут влиять на состав сообщества сорня­ков, было бы полезно прове­сти дополнительные экспе­рименты, направленные на изучение влияния различных удобрений на химические свойства почвы.

  Межвидовая конкуренция у бобовых

  Многие бобовые культуры способны удовлетворить значительную часть своих потребностей в азоте, используя атмосферный азот, который фиксируется сим­биотическими бактериями, обитающими на корнях этих растений. Большинство небобовых видов не могут использовать азот из атмос­ферного воздуха, поэтому они потребляют его только из содержащегося в почве доступною азота. Ввиду этой физиологической особенно­сти бобовые культуры могут конкурировать с небобовыми и давать хорошую урожайность в условиях наличия в почве небольшого количества доступного азота. В опытах, в ходе которых путем внесения аммиачной селитры добивались высоко­го содержания азота в почве, растения плевела жесткого (Loliurn rigidum) были выше клевера, затеняли и подавля­ли его рост. И наоборот, кле­вер рос мощно и превосхо­дил растительный покров злакового вида в условиях наличия небольшого количе­ства доступного азота в почве (Stern & Donald, 1962). Подобным образом горох, выращиваемый с горчицей белой (Brassica hirta), произ­водил на 185% больше био­массы, когда сульфат аммо­ния не вносили, чем когда его вносили, а горчица белая (В. hirta), наоборот, давала на 69% биомассы меньше без сульфата аммония, чем при его внесении (рис. 3 b). Эти примеры свидетельствуют о непосредственном влиянии уровня наличия доступного азота в почве на рост культуры и сорняка, а также о кос­венном влиянии этого фак­тора на межвидовую конку­ренцию. При сравнении показателей биомассы, полу­ченной в чистых посевах и смесях, было установлено, что в случае наличия в почве небольшого количества доступного азота горох пода­вляет рост горчицы белой (В. hirta)(eё масса снизилась на 54%), но не оказывает никакого влияния на рост сорняка в условиях наличия в почве большого количества доступного азота (рис. 3 b). Согласно данным этих иссле­дований, минимизация уров­ня содержания в почве неор­ганического азота может быть одним из путей увеличения продуктивности опре­деленных бобовых культур, растущих вместе с азотолю­бивым сорняком, что под­вергает сорняки дополни­тельному стрессу. Этот под­ход не будет эффективным для сортов и видов бобовых, которые фиксируют мало атмосферного азота и уро­жайность которых сильно зависит от уровня содержа­ния в почве неорганического азота. В качестве примера можно привести скороспе­лые сорта фасоли обыкно­венной (Phaseolus vulgaris) (Laing, Jones & Davis, 1984). Чтобы определить, какие бобовые культуры и сорняки могут быть наиболее управ­ляемы за счет изменения уровня содержания в почве азота, потребуется инокуля­ция бобовых культур соот­ветствующими штаммами бактериальных симбионтов, а также измерение роста культуры и сорняков при различных уровнях содержа­ния азота в почве. Тилман (Tilman, 1988) прогнозирует, что конкуренцию между видами растений выиграет тот вид, который лучше рас­тет при наличии наимень­шего количества доступных питательных веществ в почве. Те бобовые культуры, которые лучше способны поддерживать рост при наи­меньших уровнях доступного азота в почве, должны быть наиболее эффективны­ми в подавлении роста азо­толюбивых видов сорняков. Самсон (Samson, 1991) пред­положил, что этот подход был эффективен для управ­ления сорняками в технологиях выращивания сои, и отметил, что озимая рожь и другие культуры, предшествующие сои, могли использоваться для времен­ной иммобилизации в почве доступного азота.

 

Источник: журнал "ЗЕРНО"

Авторы: Мэтт Либманн,

адъюнкт-профессор факультета агрономии Университета штата Айова

Чарльз Л. Молер,

старший научный сотрудник факультета растениеводства и почвоведения

 Корнельского университета, ответственный редактор журнала Weed Sciense

Чарльз П. Стейвер,

сокоординатор проекта САНЕ

(Центр обучения и исследований сельского хозяйства тропиков),

работает над интегрированным управлением вредителями

www.zerno-ua.com