НОВОСТИ

Управление сорняками с помощью растительных остатков

ТЕГИ:

Питательные вещества, поступающие из растительных остатков культуры, - важное средство управления сорняками: они могут влиять на плотность сорняков и время появления их всходов, на взаимодействие культурных и сорных растений. Применение растительных остатков с различным соотношением СДО, влияние растительных остатков на потребление питательных веществ, на температуру и влажность почвы, световой режим, взаимосвязь между уровнем света и количеством остатков. Какие семена обладают большей способностью прорастать через мульчу. Каков потенциал в борьбе с сорняками земляных червей, моллюсков, жуков и насекомых, а также мелких млекопитающих. Как учитывать и использовать эти и другие факторы при разработке новых эффективных систем контроля сорняков.

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 в САТIE (Центр обучения и исследований сельского хозяйства тропиков), работает над интегрированным управлением вредителями

 

Питательные вещества растительных остатков

Разложение растительных остатков культуры и последующие за ним изменения в содержании питательных веществ в почве зависят от многих факторов, включая возраст растительных остатков, их количество и качество (например, соотношение С:N - содержание лигнина и полифенола), температуру, влажность, аэрацию и рН почвы, а также от численности популяций почвенных микроорганизмов, представителей мезо- и макрофауны. Установлено, что растительные остатки, оставляемые на поверхности почвы, разлагаются и выделяют питательные вещества медленнее, чем растительные остатки, заделанные в почву.

Применение растительных остатков в соотношении С:N > 30:1 (например солома злаковых) обычно приводит к временной иммобилизации питательных веществ почвенными микроорганизмами до того, как питательные вещества выделятся в доступных для растения неорганических формах. А вот применение растительных остатков в соотношении С:N < 20:1 (например незрелая масса бобовых растений) повышает концентрацию доступных для растений питательных веществ в почве, как только условия окружающей среды способствуют активности микроорганизмов. Из-за критической важности азота для питания растений большое количество исследований, относящихся к разложению растительных остатков и поступлению питательных веществ, было сосредоточено именно на азоте (N). Однако поступление фосфора (P) и серы (S) из растительных остатков культуры может по времени быть похожим на поступление азота.

Фото 1. Управление сорняками с помощью растительных остатков

Поскольку для разложения растительных остатков и преобразования питательных веществ требуется время, то увеличение их концентрации в почве происходит зачастую медленнее, чем после внесения синтетических удобрений. Например, содержание в почве азота, полученного из минерального удобрения, превышало содержание азота, полученного из сидерата вики мохнатой (в первый год - в течение 30 дней после внесения, во второй год - в течение 45 дней). Аналогично Весткотт и Миккельсен отмечали, что в рисовом поле (Калифорния) уровни минерального азота в почве были ниже в течение первых 48 часов после заделки вики пурпурной по сравнению с внесением сульфата аммония, содержащего такое же количество азота.

Данные о потреблении азота растением также говорят о том, что растительные остатки могут выступать в качестве источника, который более медленно выделяет питательные вещества по сравнению с синтетическим удобрением, вносимым одноразово в начале периода вегетации. В тепличном эксперименте с горшками, в котором использовался сульфат аммония и растительные остатки сесбании (Sesbania aculeate), меченые 15N, Азам, Малик и Саджад обнаружили, что после пяти недель роста кукуруза извлекла 20% меченого азота из удобрения и только 5% из сидерата. В полевом опыте, проведенном в полузасушливом районе Южной Австралии, Лэдд и Амато установили, что только 17% меченого 15N из сидерата люцерны прибрежной потреблялось пшеницей, в то время как 62% его общего количества оставалось в почвенной органической фракции. Для сравнения: из мочевины, сульфата аммония и калийно-нитратных удобрений пшеница использовала в среднем 47% меченого азота. В почвенной органической фракции оставалось только 29%. Похожие результаты были получены при сравнении динамики использования азота (ЭД из сидерата и синтетического N минеральных удобрений в пшеничных полях в Альберте и Саскачеване и кукурузных полях в Пенсильвании. Высвобождение питательных веществ из растительных остатков культуры не всегда является медленным процессом. Luna-Orea, Wagger & Gumpertz, 1996, измерили скорость поступления питательных веществ при разложении двух бобовых покровных культур десмодиума и пуэ-рарии (Desmodium adscendens и Pueraria phaseoloides) в Боливийской Амазонке. Они установили, что более 50% N, P, К и Mg, содержавшихся в 12-месячных растениях, поступали в почву в течение четырех недель после того, как растения были скошены и помещены на поверхность почвы. В опытах, проведенных в северо-центральной части США (Висконсин), Стьют и Поснер обнаружили, что такие сидераты, как клевер луговой и вика мохнатая, высвобождали половину содержащегося в них азота в течение четырех недель после их заделки и повысили концентрации почвенного неорганического азота до уровней, похожих на уровни, полученные при внесении аммиачной селитры, в норме 179 кг/га д. в. N.

Поскольку скорость прорастания и общее количество всходов определенных видов сорняков положительно коррелируют с концентрацией нитратов в почве, использование растительных остатков, которые медленно высвобождают питательные вещества, может отсрочить появление всходов сорняков и сократить их общее количество. И наоборот, растительные остатки, которые высвобождают азот быстро, не должны оказывать подавляющее влияние на сорняки.

Большее доверие к разлагающимся растительным остаткам, чем к вносимому при посеве минеральному удобрению, может повлиять на послевсходовое управление сорняками. Большая потенциальная засоренность обеспечивает большую устойчивость сорняков к нехватке питательных веществ и другим стрессам в начале роста. Поступление небольшого количества питательных веществ из растительных остатков в начале периода вегетации может замедлять рост мелкосеменных сорняков, но не будет оказывать никакого влияния на рост крупносеменных культур в начале вегетационного сезона. И наоборот, если растительные остатки разлагаются быстро и выделяют большое количество питательных веществ, проблема с сорняками может быть серьезнее, чем при использовании синтетического минерального удобрения, особенно если применялось дробное внесение этого удобрения, с отсрочкой и узкими лентами близко к посевному ряду.

Фото 2. Управление сорняками с помощью растительных остатков

Фото 3. Управление сорняками с помощью растительных остатков

Для решения этих вопросов и достижения лучшего управления влиянием растительных остатков на плодородие почвы для пользы культур и вреда для сорняков потребовалось проведение совместного исследования с участием почвоведов, растениеводов и специалистов по сорнякам.

Влияние растительных остатков на температуру и влажность Растительные остатки, используемые в виде мульчи, существенно снижают показатели максимальной суточной температуры почвы. Самая большая разница между максимальной температурой на поверхности почвы под слоем мульчи и на участках без мульчи наблюдается в жаркие, солнечные дни, когда почва сухая. В таких условиях самая большая разница составила 14°С. Обычно разница между максимальной температурой на участках с мульчей и участках без мульчи составляет 2-5°С.

Когда погода относительно прохладная, более низкая максимальная температура в мульчированном поле будет замедлять появление всходов и сорняков, а также культурных растений. В жарких же условиях более низкая температура может предотвратить вхождение во вторичный покой семян некоторых видов сорняков.

Однако, поскольку мульча в целом незначительно влияет на показатели суточной минимальной температуры почвы, что приводит к несильному нагреванию в ночное время, ее основное влияние на температурный режим почвы заключается в уменьшении амплитуды дневных колебаний. Так, Тисдэйл и Молер наблюдали средние максимальные или минимальные отклонения в 6-8°С на глубине 5 см с мульчей и отклонения в 10-15°С без мульчи (табл.1).

Таблица 1. Среднесуточные показатели максимальной и минимальной температуры и амплитуда температурных колебаний на глубине 5 см под мульче вики мохнатой

Кример с соавторами зафиксировали такую же разницу на глубине 10 см, со средней амплитудой 5°С под мульчей и 10°С без мульчи (рис. 3). Тоттердел и Робертс обнаружили, что хотя колебание температуры в 5°С стимулирует прорастание щавеля курчавого (Rumex crispus) и щавеля туполистного (R. obtusifolius), для 100% прорастания семян сорняков этих видов требовалось изменение температуры в 10-15°С.

Аналогично Бенеч-Арнольд с соавторами зафиксировал только 9% прорастание перезревших семян сорго алеппского, которые подвергались колебаниям температуры 4°С в течение 20 циклов. При амплитуде колебаний температуры в 10°С проросло уже 35% семян. Итак, хотя амплитуда температурных колебаний под мульчей достаточна для нарушения стадии покоя некоторых семян видов, чувствительных к колебаниям температуры, уменьшение амплитуды с помощью мульчи может существенно уменьшить процент прорастания. Мульча уменьшает теплообмен, что уменьшает и градиент парциального давления водяного пара между почвой и общей атмосферой. Наряду с более низкой температурой мульча уменьшает испарение с поверхности почвы и в течение более длительного периода времени сохраняет влагу в почве. Это способствует прорастанию семян сорняков и уменьшает количество проростков, погибающих из-за нехватки влаги в почве. И наоборот, из-за поглощения света растительными остатками и уменьшения рассеивания тепла слоем неподвижного воздуха в мульче высокие температуры пагубно влияют на выживаемость всходов в слое мульчи. В опытах была зафиксирована температура мульчи, превышающая 50°С. Смит обнаружил, что повреждение от высокой температуры было основной причиной гибели молодых сеянцев веймутовой сосны, формировавшихся в сосновой подстилке.

По своему происхождению большинство видов культур являются субтропическими или тропическими и нуждаются в теплой почве для прорастания семян и формирования всходов.

Поэтому мульча может задерживать формирование культур в регионах, где почва при севе бывает холодной. Более того, рост может быть замедлен в течение всего периода вегетации. Это приводит к замедленному созреванию, уменьшению урожайности культуры и снижению качества. Видал и Бауман установили, что весенние заморозки повреждали сою на мульчированных участках, в то время как в непокрытой мульчей почве растения не погибали. Похоже, что мульча изолировала культуру от тепла, исходящего от почвы. В опытах урожайность кукурузы увеличилась при наличии 4,4 т/га соломы пшеницы - благодаря лучшему накоплению и сохранению влаги.

Но при больших объемах соломы наблюдался обратный эффект из-за медленного созревания растений, обусловленного более холодной почвой. Замедленное созревание может иметь особенно серьезные последствия для плодовых культур, для которых раннее созревание означает большую рыночную стоимость продукции. Чтобы решить эту проблему, растительные остатки могут быть заделаны в почву или убраны с полосы, расположенной над посевным рядом. Непокрытая почва лучше и быстрее прогревается, что способствует ускорению прорастания семян и развитию всходов культуры. При этом мульча, оставленная на поверхности почвы в междурядьях, замедлит прорастание семян сорняков.

По сравнению с проблемами, имеющими место в холодных условиях, прорастание семян культуры может быть ускорено мульчей в теплых сухих условиях благодаря улучшенному удержанию влаги. В жарком климате мульча повышает урожайность культур за счет увеличения количества доступной влаги и уменьшения респирации корней в более прохладной почве. Однако, если для создания мульчи выращивается промежуточная культура, то она может существенно уменьшить содержание влаги в почве для последующей культуры севооборота.

Фото 4. Управление сорняками с помощью растительных остатков

Влияние растительных остатков на световой режим

Затенение почвы растительными остатками следует по закону Бера, который гласит, что процент плотности потока фотонов, пропускаемого через растительные остатки, обычно соответствует такому уравнению: Y=100e/kx, где х - это биомасса растительных остатков в г/м2, а к - подобранная постоянная (рис.1а). И хотя это уравнение адекватно описывает уменьшение света любым типом растительных остатков, коэффициент к изменяется в зависимости от типа растительных остатков и меняется со временем - по мере разложения растительных остатков. Это уравнение описывает общую взаимосвязь между уровнем света и количеством растительных остатков. Растительные остатки подсчитываются как площадь их поверхности на единицу площади земли (рис. 1б). Живые растительные покровы культур поглощают в основном красные длины волн, стимулирующие прорастание, а мертвые материалы мульчи оказывают лишь незначительное влияние на качество света. И хотя среднее светопропускание через растительные остатки достаточно предсказуемо, уровень света на поверхности почвы под растительными остатками сильно колеблется. Относительно высокие уровни света установлены в некоторых местах даже под толстым слоем мульчи (табл. 2). Таким образом, покровные культуры, используемые в качестве мульчи, могут снижать прорастание семян сорняков из-за уменьшения количества света, который достигает семян сорняков, лежащих на поверхности или зарытых неглубоко в почву. Вместе с тем, то количество света, которое способно проникать сквозь мульчу, кроме самых массивных ее слоев, является достаточным для стимуляции прорастания некоторых семян. Кроме этого семена большинства видов культур не требуют света для прорастания и способны показывать высокий процент прорастания под слоем мульчи. Тем не менее некоторые сорняки прорастают даже под слоем мульчи.

Таблица 2. Частота местоположений под мульчей, которые получили фотосинтетически активную радиацию на разных уровнях относительно полного солнцестояния

На микробиотопах, где проростки сорняков затеняются растительными остатками, они могут становиться этиолированными по всей толщине мульчи. Соответственно, рост таких проростков сорняков в мульче может быть замедлен за счет затеняющего влияния, а также повышенных энергетических затрат на дополнительный стеблевой материал. Семена большинства культур, более крупные по размеру, чем семена сорняков, обладают

большей способностью прорастать сквозь мульчу, не истощая запаса питательных веществ в семенах или становясь чрезмерно этиолированными.

Влияние растительных остатков на травоядных и патогенные микроорганизмы

Многие организмы, которые потенциально наносят вред сорнякам, могут активизироваться при наличии растительных остатков. Популяции моллюсков увеличиваются под растительными остатками у поверхности почвы благодаря увеличению кормовой базы. Это может создать проблемы для производства культур в No-till, системах с использованием большого количества растительных остатков. Повреждение всходов сорняков моллюсками при обилии растительных остатков может быть значительным.

С. Л. Молер изучал выживаемость всходов трех видов сорняков в кукурузе при использовании механической обработки и без нее. В один из двух годов исследований выживаемость росички кроваво-красной (Digitaria sanguinalis) от всходов до цветения была 60% в кукурузе, выращиваемой традиционным способом, но только 16% в No-till кукурузе. Исследования показали, что именно моллюски были основной причиной их гибели. Однако всходы таких видов как щирица запрокинутая (Amaranthus retrofexus) и канатник Теофраста (Abutilon Theophrasti) были незначительными. В сухой год влияние моллюсков на все виды сорняков было также незначительным. Согласно другому исследованию, растительные остатки не повлияли на выживаемость всходов росички кроваво-красной. Таким образом, влияние моллюсков на всходы сорняков может быть эпизодическим. Земляные черви остаются близко к поверхности почвы под растительными остатками из-за более благоприятных условий - прохладных и влажных. Земляные черви потребляют семена сорняков, при этом часть семян выделяется ими в жизнеспособном состоянии. Земляные черви также могут перемещать семена сорняков вниз по горизонту, что снижает вероятность их прорастания с большей глубины. Они также уничтожают всходы злаковых и широколистных видов, путем затягивания их побегов в свои ходы. К другим потребителям семян сорняков, которые могут активизироваться при наличии растительных остатков, относятся жужелицы, муравьи и мелкие млекопитающие.

Поскольку все упомянутые выше организмы являются неспециализированными видами, в некоторых ситуациях они могут представлять собой угрозу для сельскохозяйственных культур. Нужно грамотно использовать их потенциал в борьбе с сорняками. Иногда вид, способный потреблять проростки и культуры, и сорняка, может оказывать более разрушающее воздействие на сорняк, если его семена меньше семян культуры. Больший размер семени культурного растения обеспечивает быстрый рост проростка сквозь слой мульчи, в котором проявляется наибольшая активность травоядных. И наоборот, проростки сорняков с меньшими семенами, растущие медленно, могут интенсивно поедаться травоядными в течение нескольких дней. Солома зерновых и бобовые покровные культуры способствуют развитию популяций различных болезнетворных организмов, включая такие виды, как Pseudomonas, Rhizoctonia и Pythium, что может составлять угрозу для некоторых культур. Однако поражение грибками, вызывающими выпревание, также разрушает существенное количество проростков сорняков в системах, где используется большое количество растительных остатков. Можно ли управлять болезнетворными организмами, развитию которых способствуют растительные остатки, то есть осуществлять выборочный контроль сорняков, не повреждая культуры? Факторы, которыми можно управлять, включают в себя тип мульчи и выбор сорта культуры. Глубокое знание того, как влияет на сорняки уменьшение светового потока, повышенная влажность, подверженность болезням, позволит учитывать и использовать эти факторы при разработке новых эффективных систем контроля сорняков.

Фото 5. Управление сорняками с помощью растительных остатков

Фото 5. Управление сорняками с помощью растительных остатков

ВИДЕО
СОБЫТИЯ