Динамика видового разнообразия сорных растений в агрофитоценозах

Введение. Одной из важнейших проблем современности является создание системы земледелия, которая позволила бы обеспечивать рентабельное возделывание сельскохозяйственных культур и при этом не оказывала бы негативного влияния на биоразнообразие. Сорные растения являются нежелательным компонентом агрофитоценозов, потому что снижают урожайность и рентабельность возделывания сельскохозяйственных культур. Во всем мире потери урожая из-за сорняков составляют около 40% [20]. В России от сорняков средние потери урожая зерновых составляют 20-25%, а в пропашных до - 50% и более [5].

Распространение сорных растений на полях связано с нарушением технологии возделывания сельскохозяйственных культур, обычно обусловленное экономическими трудностями. На сегодняшний день площадь заброшенных сельскохозяйственных угодий по разным оценкам составляет от 98 млн га [19] до 385–472 млн га [17]. В Российской Федерации площадь неиспользуемых земель сельскохозяйственного назначения составляет от 43,32 млн. га до 70 млн га [2,3]. Причиной этого стали экономические трудности, с которыми столкнулись многие хозяйства после 1991г., а в Донбассе они усугубились в 2014 году из-за начала военных действий [12]. Возврат залежей в пашню предполагает существенные финансовые затраты на проведение агротехнических мероприятий, оптимальному выбору которых может способствовать мониторинг сорных растений на полях [9]. Концепция механического контроля сорняков заключается в облегчении конкуренции культур с сорняками физическими методами, которые благоприятно влияет на развитие культурных растений и это способствует повышению их урожайности [15,16,18]. Гербициды являются одними из самых эффективных методов для борьбы с сорняками, но их чрезмерное использование приводит к проблемам экологического и санитарного характера [21].

При этом Ладан (2004) предостерегает от применения необоснованно интенсивной агротехники с механической обработкой почвы, избыточной мелиорации с применением высоких доз удобрений, химических средств защиты растений так и от "альтернативного" или «органического земледелия», предполагающего полный отказ от использования удобрений и химических средств защиты растений [6]. Помимо снижения рентабельности возделывания сельскохозяйственных культур, агрофитоценозы являются источниками распространения инвазионных видов, таких как Ambrosia artemisiifolia L., Cuscuta campestris Junck и пр. Это имеет негативное влияние на местные экосистемы. Однако, не все сорные растения ведут к потере урожайности возделываемой культуры, поэтому Adeux et al., (2019) полагают целесообразным проведение детального анализа видового разнообразия сорняков и учёт их биологических особенностей [13].

Целью наших исследований был анализ динамики видового состава агрофитоценозов с 2004 по 2024 гг. на фоне разных агротехнических мероприятий.

Материалы и методика исследований. Анализ динамики сорного компонента в агрофитоценозах проводился на модельных участках в УНПАК ЛНАУ «Колос» (ныне ФГБОУ ВО ЛГАУ). Хозяйство находится на северном склоне Донецкого Кряжа (рис.1).

Рисунок 1 - Карта-схема распределения полей

Для этой территории характерен континентальный климат с жарким сухим летом и малоснежной зимой с оттепелями. Самый жаркий месяц – июль (22,0– 22,30С), самый холодный – январь (–6,6–7,20С). Вегетационный период длится 208 дней, а продолжительность периода с температурой выше + 100С составляет 160–170 дней. Среднегодовое количество осадков составляет 419–433 мм, максимум осадков приходится на июнь–июль (107–111 мм), которые выпадают в виде ливней, минимум – на февраль–март (43–44 мм) [11].

Почвы - чернозем луговой, тяжёлосуглинистый. Балл бонитета почвы 58. Содержание гумуса в пахотном слое составляет 3,4–4%. Растительность разнотравно-типчаково-ковыльная степь. Вдоль дорог распространены рудеральные фитоценозы.

Мониторинг сорных растений в посевах сельскохозяйственных культур на обследуемых полях проводили с 2004 по 2024 гг., методом пробных площадок на полях и маршрутным методом по краю поля [4]. Учет сорняков проводился перед прополкой по методу А. И. Мальцева [8]. Определение видов растений проводили с использованием определителей высших растений, атласов и уточняли по Конспекту флоры юго-востока Украины [1,7,10].

В период с 2004 по 2013 гг. выращивание сельскохозяйственных культур проводилась в соответствии с технологией, но гербициды не применялись ни в посевах зерновых ни в посевах пропашных культур. При этом применялись ручные прополки. С 2014 по 2017 г.г. на полях сформировались залежи из-за систематического нарушения агротехники. В 2019 г. была посеяна свёкла, однако подготовка почвы была не качественной и несвоевременной. Начиная с осени 2021 г. на полях систематически проводилась обработка тяжелой дисковой бороной БДВП 6.3. на глубину 10-12 см в 2 следа, своевременно проводились культивации на глубину 5-7 см КПМ 12. Весной в культуре проводили опрыскивание баковой смесью Рефери (Дикамба 35 г/л 200 г/га) и Гренадер (3 бипуран-метил 750 г/кг) в дозе 20 г/га.

Работа выполнена в рамках темы:   регистрационный номер

№124020300040-8 Гос. Задание №082-00137-24-02 от 19.04.2024.

Результаты исследований. За период обследования на полях в общей сложности был обнаружен 71 вид сорных растений из 19 семейств (рис. 2).

• ■    Poaceae

• ■    Amaranthaceae

• ■    Asteraceae

• ■    Fabaceae

• ■    Boragmaceae

• ■    Convolvulaceae

• ■    Caiyophyllaceae

• ■    Polygonaceae

• ■    Apiaceae

• ■    Brassicaceae

• ■    Raiiuticulaceae

• ■    Papaveraceae

• ■    Malvaceae

• ■    Rubiaceae

• ■    Euphorbiaceae Plantaginaceae

• ■    Solanaceae

• ■    Portulacaceae

Lamiaceae

Рисунок 2 - Таксономический состав сорных растений

Среди Angiospermae, обнаруженных на полях в ходе обследований, 4 вида принадлежали к группе Monocots (Monocotyledon), а 67 видов к группе Eudicots (Dicoteledon). То есть соотношение таксонов соответствовало 1:17,3, в отличие от аналогичного соотношения видов местной флоры 1:3 [10]. Наибольшее видовое разнообразие было отмечено в семействах Asteraceae - 22 вида, Brassicaceae - 10 видов и Fabaceae - 5. Все эти семейства доминируют в местной флоре, поэтому их распространение на полях было ожидаемо. Но данные виды не принадлежат к числу степантов, характерных для местной флоры.

В ходе анализа посевов на модельных участках УНПАК ЛГАУ «Колос» на протяжении с 2004 по 2024 гг. видовое разнообразие сорных растений в среднем составляло 30,5±22,1 вид и существенно отличалось в разные годы (F= (4.1) 30.4, р=0.00000) (рис. 3).

Рисунок 3 - Обследованные поля в разные годы

A – поле 1 в 2019; B – поле 2 в 2019; C – поле 3 в 2019; D – поле 1 в 2024; E – поле 2 в 2024; F – поле 3 в 2024.

По контуру полей видовой состав составил в среднем 61±2,3 вида, и был существенно больше, чем на полях, во все годы обследования (F= (4.1) 78.05 р=0.00). Исключением был 2019 г., когда на полях видовое разнообразие было больше, чем по контуру поля (рис.4).

Биологические группы                     5 2024

Рисунок 4 - Видовое разнообразие сорняков

А - Варьирование числа видов на полях в разные годы обследования

Б - Видовое разнообразие с учётом биологической группы сорняков в разные годы обследования.

Рисунок 5 - Динамика обилия биологических групп сорняков на полях

Наибольшее видовое разнообразие наблюдалось среди яровых сорняков и в среднем составило 42% от всех остальных видов. По частоте встречаемости и обилию (до 4 баллов по шкале Мальцева) доминировали Ambrosia artemisiifolia L., Amaranthus retroflexus L. и Chenopodium album L. В 2019 г. в посевах свёклы они имели сплошное распространение, а их численность составляла 300 – 392 шт/м² (рис. 4).

С 2004 по 2013 гг., на обследуемых участках полей использовали ручные прополки. В результате к 2009 г. наметилось снижение видового разнообразия и численности яровых, зимующих и корнеотпрысковых сорняков. Но в тоже время это не повлияло на распространение корневищных (рис. 3). Существенную долю (17%) в видовом разнообразии на обследуемых полях составляли корнеотпрысковые растения, но и двулетние (10%), зимующие (9%), стержнекорневые и корневищные растения (8%) составляли на них существенную часть. С 2009 по 2013 года наметился рост видового разнообразия сорных растений. Возможно, это связано с последствиями использования ручных прополок, после которых на полях остаются элементы корневищных и корнеотпрысковых растений, таких как Elytrigia repens (L.) Nevski, Euphorbia virgata Waldst. and Kit, Convolvulus arvensis L., Cirsium arvense L., Cirsium vulgare (Savi) Ten., Lactuca serriola L., Lactuca tatarica (L.) C.A. Mey., Sonchus arvensis L. Эти растения быстро восстанавливаются и дают семена.

На разных полях видовое разнообразие существенно отличалось только в 2013 году (рис. 5). На поле с пшеницей (поле 1) видовое разнообразие было существенно меньше, чем на полях с пропашными культурами (свёкла и тыква).

Начиная с 2014 по 2019 гг. агротехнические мероприятия велись фрагментарно и не регулярно, поэтому на обследуемых полях начали развиваться сукцессионные процессы, в результате которых виды, распространённые по краю полей, стали активно развиваться на полях. С 2017 года засорённость сельскохозяйственных угодий многолетними сорными растениями стала очень сильной. На полях встречались древесные ( Elaeagnus angustifolia L., Acer negundo L., Armeniaca vulgaris Lam.) и кустарниковые растения ( Rosa canina L., Ulmus minor Mill.). Массовое распространение с обилием от 2 до 4 балла (по шкале Мальцева) имели: Rumex confertus Willd., Papaver rhoeas L., Elytrigia repens (L.) Nevski, Carduus acanthoides L., Lactuca serriola L., Cirsium vulgare Ten., Cirsium arvense Scop., Melilotus officinalis Pall., Cardaria draba Desv., Sinapis arvensis L. и др. Запущенное состояние полей связано с их недостаточной обработкой на протяжении ряда последних лет. В 2019 году, на 1 м² численность многолетних сорняков варьировала от 5 до 12 растений, то есть соответствовала максимальному уровню (4 балла). Таким образом к 2019 году поля начали трансформироваться в залежи. При этом видовое разнообразие сорных растений на полях даже было больше, чем по их контуру (рис. 4). Частота встречаемости сорняков в разные годы обследования варьировала от 1 балла до 4 по шкале Мальцева. При этом максимальное число сорняков наблюдалось в 2019 г., а минимальное в 2024 г. (рис. 5 В).

Начиная с 2020 по 2023 г., для уничтожения сорняков на полях использовали механическую обработку дисковыми боронами и культиватором, а также применяли гербициды. Это позволили сократить видовое разнообразие сорных растений в 9 раз, а их обилие с 4 баллов до 1 балла (рис. 2-5). В 2024 году на всех трёх полях механическая обработка была идентичной, но гербициды применяли на полях №2 и 3, а на поле №1 не применяли. В результате в посевах были единичные нахождения Amaranthus retroflexus L., Cirsium arvense L.,

Sonchus arvensis L., Convolvulus arvensis L. и др., при этом Ambrosia artemisiifolia L . , встречалась, только на поле №1. То есть без применения гербицидов Ambrosia artemisiifolia L. возобновляет своё развитие на полях.

Выводы

В ходе анализа динамики сегетального компонента агрофитоценозов на модельных участках УНПАК ЛГАУ «Колос» на протяжении с 2004 по 2024 гг. нами был обнаружен 71 вид сорных растений из 19 семейств. Среди них наибольшее видовое разнообразие было отмечено в семействах Asteraceae - 22 вида, Brassicaceae - 10 видов и Fabaceae - 5. Эти семейства доминируют в местной флоре, и поэтому, их распространение на полях было ожидаемым. Однако, виды принадлежали к сегетальному компоненту флоры, а не к степантам.

В результате проведённых обследований было обнаружено, что наибольшее видовое разнообразие имели яровые сорняки, чаще всего встречались корневищные ( Elytrigia repens (L.) Nevski , Euphorbia virgata Waldst. and Kit) и корнеотпрысковые сорняки ( Convolvulus arvensis L., Lactuca serriola L. C.A. Mey ). Максимальное обилие имели Ambrosia artemisiifolia L., Amaranthus retroflexus L.

Длительное применение ручных прополок имеет кумулятивный эффект, который негативно сказывается на состоянии полей. Это приводит к постепенному накапливаются на них не только корнеотпрысковых и корневищных, но и поздних яровых сорных растений. Поэтому использование ручных прополок не может быть альтернативной заменой гербицидам.

Применение механической обработкой почвы, с применением дисковой бороны и культиваторов в сочетании с использование гербицидов эффективно снижают видовое разнообразие (в 9 раз) и обилие сорняков (с 4 баллов до 1 балла) на полях, перешедших в залежи. Эти агротехнические мероприятия позволяют избавиться от Ambrosia artemisiifolia L. , но в случае применения механической обработка почвы без применения гербицидов, она снова появляется.