Покровные культуры по-разному влияют на агроэкосистему. Они улавливают поступающий солнечный свет и питательные вещества, фиксируют углерод, сокращают энергию капель дождя и влияют на общее распределение влаги в профиле почвы, количество и перемещение питательных веществ и агрохимикатов. Могут менять динамику численности сорняков, вредителей и патогенов, а также полезных микроорганизмов

Автор:
Д. Р. Тисдэйл, Министерство сельского хозяйства США, Служба сельскохозяйственных исследований, Белтсвиль, Мериленд, США
А. Калегари, Ф. Скора Нето, Поо Лондрина, Парана, Бразилия

Влияние покровных культур на сорняки и сельхозкультуры

Покровные культуры могут воздействовать на сорняки, будучи как живыми растениями, так и растительными остатками. Различные механизмы воздействия покровных культур влияют на разные стадии роста сорняков в зависимости от того, оказывается ли эффект непосредственно самой культурой или ее остатками. Управление покровной культурой также может зависеть от того, на каком этапе своего жизненного цикла она должна подавить сорняки: в стадии активного роста или после гибели.

В литературе описан факт, когда мощно растущая покровная культура подавляет сорняки, растущие с ней одновременно. Между биомассой сорняков и покровной культурой всегда существует отрицательная корреляция. Такие покровные культуры, как бобы бархатные (Мисипа spp), канавалия мечевидная (Canavalia ensifbrmis (L.) DC), коровий горох (Vigna unguiculata (L.) Walp.) и смесь сорго и суданской травы (Sotghun bicolor (L) Moench x S. Sudanese (Piper) Stapf), которые хорошо растут в жарких климатических условиях, прекрасно заглушают сорняки. Донник лекарственный (Melilotus officinalis (L.) Lam.) – двухлетняя покровная культура – эффективно подавлял сорняки в течение 20-месячного периода пара на Великих равнинах Канады. Однолетние покровные культуры, адаптированные к холодным климатическим условиям, как, например, рожь (Secale cereale L.) и вика мохнатая (Vicia villosa Roth), более эффективны в качестве озимых однолетних покровных культур.

Многие из этих видов относятся к культурам холодного периода. Возможно, именно из-за этого в литературе так мало описана их эффективность в подавлении сорняков холодного периода. В средиземноморских климатических условиях, где относительно мягкие зимы, подавление сорняков холодного периода может проходить труднее. В частности, это касается покровных культур, которые не обеспечивают полного покрытия почвы, как, например, клевер подземный (Trifolium subterraneum L.) и клевер малиновый (Trifolium incarnatum L) в Италии, а также смесей бобовых культур и овса (Avena sativa L.) в центральной Калифорнии. Капустные (Brassica spp)погибают зимой, быстро формируют покров и подавляют сорняки в течение осенних месяцев, но они не контролируют весенние всходы сорняков, если не высеваются перед ранней яровой товарной культурой.

Остатки покровных культур не подавляют сорняки настолько эффективно, как живая культура. Степень подавления сорняков растительными остатками выше в начале сезона, когда сорняки только всходят, чем когда они уже проросли. В таблице приведены приблизительные значения подавления сорняков живыми покровными культурами в сравнении с растительными остатками. Вообще, живые покровные культуры будут подавлять сорняки гораздо лучше и на большем количестве стадий жизненного цикла сорняков, нежели растительные остатки.

Влияние растительных остатков

Растительные остатки покровных культур могут влиять на прорастание сорняков изменением количества солнечного света и химической среды для семян. Растительные остатки, лежащие на поверхности почвы, замедляют прорастание семян сорняков, создавая условия, аналогичные тем, которые возникают в глубоких слоях почвы: мало света и небольшая амплитуда перепадов дневных температур. Они могут также замедлять количество всходов сорняков, физически затрудняя выход проростка на поверхность. Кроме того, они могут выделять фитотоксины или патогены, которые замедляют прорастание и рост сорняка на ранней стадии.

Когда растения сформировались, растительные остатки мало влияют на рост сорняков и их семенную продуктивность или даже могут стимулировать эти процессы за счет сохранения почвенной влаги и поступления дополнительных питательных веществ при их разложении.

Растительные остатки могут обеспечить более благоприятную среду для организмов, питающихся семенами сорняков на или возле поверхности почвы. Поедание семян сорняков хищниками было выше, когда покровная культура росла в поле, что подтверждает важность использования ее для ускорения гибели семян сорняков. Однако в ходе некоторых экспериментов обнаружено, что растительные остатки практически не влияют на прорастание, рост и выживание многолетних сорняков.

Влияние живых покровных культур

Живые покровные культуры, в отличие от растительных остатков, лучше подавляют сорняки на большем количестве фаз их жизненного цикла (табл.). Живая покровная культура поглощает инфракрасное излучение и понижает соотношение красное/инфракрасное излучение в достаточной мере, чтобы замедлить прорастание семян, тогда как растительные остатки оказывают минимальное воздействие на это соотношение.

В большей степени, чем растительные остатки, живая покровная культура конкурирует с прорастающими и растущими сорняками за основные ресурсы и затрудняет их прорастание и рост. Если рост подавляется в достаточной мере, она может также замедлять и снижать семенную продуктивность сорняков.

Влияние покровной культуры на многолетние и паразитирующие сорняки

Многолетние сорняки зачастую более конкурентоспособны, и их труднее контролировать при помощи покровных культур, чем однолетние, поскольку у них больше резервов питательных веществ. Однако в некоторых работах была показана возможность контролировать многолетние сорняки при помощи живых покровных культур на паровом поле. Так, донник желтый в Канаде контролировал одуванчик (Taraxacum officinale Web ex Wigg) и осот желтый (Sonchus arvensis L.), а также некоторые однолетние сорняки. Культивация в комбинации с сильной покровной культурой, применяемая в зерновых севооборотах Скандинавии, контролировала трудноискореняемые многолетние сорняки, например, пырей ползучий (Elytrigia repens (L.) Nevski) и осот розовый(Cirsium arvense (L.) Scop.).

Системы, в которых используются покровные культуры, будут, скорее всего, наиболее эффективными, если их максимальная конкурентоспособность с многолетними сорняками приходится на точку компенсации, определяемую как время, необходимое для переключения динамики движения углеводных резервов из подземных органов в надземные в обратном направлении.

Влияние покровных культур на другие культуры

Товарные культуры реагируют на присутствие покровных аналогично сорнякам. Множество исследований подтверждают, что живые покровные культуры, способные к сильной конкуренции для подавления сорняков, будут так же подавлять и посевы товарной культуры. Так, живые растения клевера ползучего (Trifolium repens L.) или клевера подземного подавляли как сорняки, так и капусту (Brassica oleracea L. Convar. capitata (L.) Alef.). Тесная взаимосвязь обнаружена между наличием живой мульчи люцерны однолетней (Medicago spp) и ростом сорняков, а между ростом люцерны и урожаем сои наблюдается обратная зависимость.

Урожай кукурузы (Zea mays L.) снижался после подсева однолетних бобовых культур для получения фуража осенью и при наличии живой мульчи вики мохнатой. Отрастание ржи, использовавшейся в качестве покровной культуры, рост которой был неправильно остановлен перед посевом товарной культуры, также приводило к снижению урожайности. Подавление товарной культуры растущей покровной культурой – результат конкуренции за основные ресурсы.

Растительные остатки покровной культуры подавляют товарную культуру теми же способами, что и сорняки. Остатки могут воздействовать на формирование культуры, физически мешая проникновению проростка на поверхность, высеву семян в почву, поддерживая холодные температуры почвы, выделяя фитотоксины или способствуя заболеванию проростков. Замедление роста растений в остатках покровной культуры, особенно в остатках мелкосеменной покровной культуры, происходит из-за малой доступности азота, выделения фитотоксинов и холодных почв.

С другой стороны, растительные остатки, находящиеся на поверхности почвы, могут стимулировать рост культуры, т.к. способствуют накоплению влаги в почве при помощи мульчи и поддерживают низкую температуру почвы в период жары в середине сезона. Бобовые покровные культуры могут стимулировать рост товарной культуры за счет увеличения доступности азота и передачи генов, ускоряющих старение и улучшающих защиту культуры от заболеваний.

Использование покровных культур

Известно, что живая покровная культура эффективнее замедляет прорастание сорняков из семян, чем побегов из многолетних органов возобновления (табл.). Райграс итальянский (Lolium multiflorum Lam.) и клевер красный (Trifolium pratense L.), подсеянные в ячмень (Hordeum vulgare L.), подавляли пырей ползучий более чем на 50% по сравнению с контролем без покровных культур. Такие оптимистичные результаты можно объяснить тем, что конкурентоспособность пырея ползучего была снижена, поскольку его корневища располагались на глубине более 20 см, а это намного глубже, чем обычно залегают эти органы.

Предварительные результаты исследований в Норвегии говорят о том, что клевер красный, подсеянный в ячмень, сокращает биомассу сформировавшихся многолетних сорняков – осота желтого полевого (Sonchus arvense L.) и в некоторой степени пырея, но не подавляет сформировавшийся травостой бодяка полевого (Cirsium arvense (L.) Scop.).

Была выдвинута следующая гипотеза: поскольку подсеянные покровные культуры удерживают питательные вещества в верхних слоях почвы, их присутствие благоприятно для культур с неглубокой корневой системой по сравнению с бодяком полевым, имеющим более глубокую корневую систему. Таким образом, использование покровных культур, подсеянных в зерновые, увеличивает доступность питательных веществ для последующей культуры в севообороте и уменьшает рост сорняков.

Однако применение покровных культур может поставить под угрозу механический контроль сорняков, т.к. фермеры не смогут провести боронование на товарной культуре после посева покровной, а если покровная культура растет осенью, это мешает обрабатывать стерню для контроля пырея ползучего, что является стандартным приемом механического контроля данного сорняка.

В северных широтах на органических фермах сидеральную культуру могут выращивать в течение всего вегетационного периода для достижения нескольких целей. Основные из них – увеличение азота в почве и контроль многолетних сорняков. Покровную культуру можно ввести в систему на один год, подсеяв злаково-клеверную смесь в зерновую культуру в предыдущем году (как описано выше) или посеяв покровную культуру весной. Преимущество подсева в предыдущем году заключается в том, что весной в сформировавшейся покровной культуре взойдет очень мало сорняков.

Исследования показали, что если использовать этот метод, снижается потенциальная засоренность почвы. С другой стороны, посев сидеральной культуры весной или ранним летом дает возможность обрабатывать почву осенью и весной перед посевом покровной культуры. Измельчение корневищ во время дискования, за которым следует глубокая вспашка – классический способ контроля многолетних сорняков. Более того, в ходе классических экспериментов, где за дискованием почвы и вспашкой следует посев конкурентоспособной товарной или покровной культуры, были получены многообещающие результаты воздействия на пырей ползучий, осот желтый и бодяк полевой. Это может служить хорошим методом нехимического контроля ползучих многолетних сорняков в севооборотах с преобладанием зерновых культур, однако нужно провести дополнительное исследование для оптимизации таких методов.

Стратегия скашивания

Конкуренции с покровной культурой в течение одного года недостаточно для удовлетворительного подавления таких многолетних сорняков как бодяк полевой и осот желтый полевой. К тому же эти сорняки необходимо часто скашивать в определенные фазы их развития.

Механическая обработка для ослабления многолетнего сорняка – теоретически наиболее эффективный метод, особенно, когда растение достигло фазы развития с минимальным запасом резервов в подземных структурах. Однако для определения этих фаз требуется дополнительное исследование.

Необходимо провести многофакторные исследования для отделения влияния конкуренции со стороны покровной культуры от влияния скашивания, а также для определения потенциального взаимодействия между влиянием механической обработки и воздействием покровной культуры. В ходе полевого эксперимента сравнивались результаты с очередностью через 1 и 5 недель после скашивания. Было отмечено, что бодяк полевой, растущий в покровной культуре – красном клевере, для достижения наилучших результатов подавления лучше скашивать с интервалами в 4 недели, тогда он не будет мешать росту красного клевера. Более частое скашивание уничтожало клевер или значительно повреждало его. Скашивание весной и ранним летом подавляло рост сорняка активнее, чем в более поздние фазы развития.

В аналогичных исследованиях, где в качестве покровной культуры использовались смеси белого клевера и злаков, продемонстрирована обратная линейная зависимость между количеством скашиваний (до шести раз между серединой мая и концом июля) и количеством биомассы бодяка полевого над землей в следующем году. Однако корреляция между уровнем контроля сорняков и урожайностью ярового ячменя на следующий год после использования покровных культур не всегда была положительной. Причина, возможно, заключалась в том, что скашивание влияло не только на рост сорняков, но и на способность покровной культуры добавлять азот в систему.

Присутствие злаково-клеверной смеси в виде покровной культуры значительно уменьшало надземную биомассу бодяка полевого, возможно, потому, что подавлялся повторный рост побегов поздним летом и осенью, после окончания экспериментов со скашиванием.

Таким образом, можно сделать вывод, что постоянное уменьшение количества углеводов в корнях, возникающее в результате совместного воздействия скашивания и конкуренции со стороны покровной культуры, снижает способность бодяка полевого возобновлять рост. Это же относится и к другим многолетним сорнякам, например, пырею ползучему и осоту желтому.

Теплые умеренные климатические условия

Рассмотрим использование покровных культур в регионах, для которых характерны холодная зима с минусовыми температурами, но длинное теплое лето (например, большинство регионов США, юг Европы и Япония). Здесь можно сеять и выращивать озимые однолетние покровные культуры после уборки товарной культуры в конце лета – начале осени и перед посевом следующей товарной культуры будущей весной.

Адаптированные виды могут давать равномерный травостой сформировавшихся растений осенью перед началом холодов; выживать в условиях минусовых температур зимой и быстро расти, пока температуры еще не очень высоки, до посева товарной культуры. Выращивание покровных культур в этот период хорошо тем, что однолетние сорняки теплого периода уничтожаются во время посева, а те, которые смогут прорасти, погибнут от зимних холодов.

Единственные проблемные виды сорняков, которые формируются вместе с однолетними озимыми покровными культурами – однолетние сорняки холодного периода и многолетние сорняки, которые продолжают расти после уничтожения покровной культуры и посева товарной. Мощные и хорошо адаптирующиеся покровные культуры, например рожь и вика мохнатая, обеспечивают очень хорошее покрытие почвы и обладают высоким уровнем конкуренции, оставляя шансы лишь небольшому количеству сорняков ко времени посева яровой культуры.

Мелкозернистые покровные культуры

Рожь – широко используемая покровная культура, которая выращивается перед однолетней товарной культурой теплого периода. Она представляет собой хороший пример использования мелкозернистых покровных культур. Рожь приносит много пользы, например, защищает окружающую среду от стока частиц почвы, питательных веществ и агрохимикатов. К тому же она оберегает почвы от водной и ветровой эрозии в течение зимних месяцев, а также улавливает питательные вещества, которые могут вымываться в дождливые периоды, когда почва еще не замерзла. Если рожь уничтожена, а ее остатки остаются на поверхности почвы в системах почвозащитного земледелия, они могут защищать почву от водной и ветровой эрозии в период формирования товарной культуры, а также от стока питательных веществ и агрохимикатов. Другим преимуществом является возможность выйти в поле весной раньше, чем при использовании традиционной системы обработки со вспашкой. К долгосрочным преимуществам относятся секвестрация углерода и поддержание уровня органического вещества, что способствует повышению плодородия почвы.

Растительные остатки ржи или других мелкозернистых покровных культур, остающиеся на поверхности почвы после остановки роста культуры, могут подавлять всхожесть и биомассу сорняков в последующей культуре, особенно, если не используются гербициды. Если для получения большего количества биомассы остановить рост ржи немного позже, степень подавления сорняков будет еще выше. Однако было отмечено, что рожь и другие мелкозернистые покровные культуры приводят к уменьшению плотности травостоя и урожайности, поскольку мешают высеять семена должным образом, создают более низкие температуры под покровом и выделяют фитотоксины из разлагающихся растительных остатков.

Рожь или другие мелкозернистые культуры, посеянные в междурядье, очень хорошо подавляли сорняки, если высевались непосредственно перед посевом товарной культуры или незадолго до него, но при этом снижали ее урожайность. Методы, приводившие к увеличению уровня подавления сорняков, параллельно увеличивали риск снижения урожайности.

Подавления сорняков только рожью или другими покровными культурами обычно было недостаточно, поэтому для получения максимальной урожайности товарной культуры нужны были программы внесения гербицидов. Это говорит о том, что управление рожью и другими мелкозернистыми покровными культурами должно быть направлено не столько на достижение оптимального уровня подавления сорняков, сколько на улучшение окружающей среды.

Влияние бобовых

Озимые однолетние бобовые виды – еще одна немаловажная группа покровных культур в умеренных климатических условиях. Вика мохнатая – наиболее устойчивая к зимним условиям и надежная однолетняя бобовая культура, которая широко используется, так как может удобрять почву.

Наиболее важным преимуществом является мобилизация азота из зеленой массы, рост которой был остановлен, для последующей товарной культуры, что значительно сокращает затраты на азотные удобрения. Именно по этой причине вику мохнатую используют в качестве предшественника для культур, которым необходимо большое количество азота, например, кукурузы или томатов.

Мульча вики мохнатой на поверхности почвы в системах No-till повышала доступность почвенной влаги летом, увеличивая инфильтрацию осадков и уменьшая испарения влаги из почвы. К тому же она способствовала проявлению генов, отвечающих за отсрочку старения и увеличение сопротивляемости заболеваниям у томатов, а также повышала уровень подавления сорняков, вредителей и патогенов.

Влияние вики мохнатой на засоренность зависит от многих факторов. Если уровень биомассы выше, чем обычно (> 5 т/га сухих растительных остатков), это может замедлять и снижать общее количество всходов большинства однолетних видов сорняков. При нормальных уровнях биомассы (3-5 т/га сухих растительных остатков) засоренность может снижаться, оставаться без изменений или стимулироваться в зависимости от видов сорной группировки и создавшихся условий.

Однако обычно присутствует только временное подавление прорастания, но нет долгосрочного контроля. У растительных остатков бобовых культур низкое соотношение C:N, поэтому они быстро разлагаются, и для подавления сорняков их становится недостаточно по сравнению, например, с остатками ржи. К тому же мобилизация неорганических азотных соединений может ускорять прорастание и стимулировать всхожесть некоторых сорняков, в частности щирицы (Amaranthus spp). Попытки оставить рост вики мохнатой, чтобы получить живую мульчу на период раннего развития товарной культуры, приводили к улучшению контроля сорняков, но при этом присутствие живой покровной культуры пагубно сказывалось на плотности популяции, росте и урожайности товарной культуры.

Как и в случае с рожью, большинство исследований показали, что вика мохнатая не обеспечивает надежной защиты от сорняков в течение всего сезона, поэтому должна использоваться совместно с другими методами, в частности гербицидами, что поможет добиться оптимального уровня контроля засоренности посева товарной культуры.

Другие технологические приемы

Во многих исследованиях при использовании многофакторного анализа влияние покровных культур изучалось наряду с другими технологическими приемами, которые в большинстве случаев влияли на сорняки намного сильнее, чем покровная культура, хотя в низкозатратных системах минимальной обработки почвы эти культуры тоже проявляли свое влияние на состав сообщества сорняков.

Для обеспечения долгосрочного влияния на плотность популяции сорняков и их видовой состав, например, в кукурузе механическая обработка была важнее количества азота или использования ржи в качестве покровной культуры. Аналогичная картина наблюдалась и при контроле засоренности овощных культур.

Технология минимальной обработки почвы может внести важный вклад в сохранение и повышение качества и плодородия почвы. Поэтому управление покровными культурами для улучшения качества почвы и окружающей среды в умеренных климатических условиях становится важнее, чем их роль в подавлении сорняков.

В последние годы системы органического земледелия стали важным сегментом сельского хозяйства. В связи с отсутствием гербицидов и минеральных удобрений в этой системе земледелия покровные культуры играют более существенную роль в управлении сорняками и плодородием, чем при традиционном земледелии. Из-за необходимости производить азот непосредственно на ферме очень важным становится использование бобовых культур (либо самостоятельно, либо в смесях). Бобовые покровные культуры можно успешно применять для подавления сорняков в период пара. В системе севооборота метод органического управления сорняками – это способ снижения производства семян сорняков и увеличения поедания семян насекомыми и грызунами. Использование покровных культур в системах минимальной обработки – хорошая возможность для получения всех преимуществ, связанных с улучшением окружающей среды, однако на органических фермах это может быть достаточно проблематично.

Для остановки роста покровных культур необходимо использовать средства механической обработки, вследствие чего результаты не всегда могут быть положительными. Однако скошенные или обработанные роликом в стадии цветения покровные культуры можно уничтожить эффективнее с помощью других операций, пока покровная культура еще растет.

Как уже говорилось, растительные остатки на поверхности почвы не смогут хорошо контролировать сорняки в течение всего сезона. Механическое удаление сорняков культиватором, оставляющим растительные остатки, оказалось менее эффективным на полях с минимальной обработкой, чем на полях с традиционной. В органических системах земледелия такая тактика снижает эффективность контроля сорняков после всходов культуры. Успех систем, в которых выращиваются покровные культуры с большим количеством растительных остатков, будет зависеть от эффективности управления этими остатками: они должны как можно меньше мешать росту товарной культуры, максимально затрудняя рост сорняков.

Покровные культуры, которые подходят для совместного выращивания – канавалия мечевидная, голубиный горох (Cajanus cajan (L.) Millsp.) и кроталярия видная (Crotalaria spectabilis Roth). Они используются в основном в качестве сидератов, однако обеспечивает хорошее подавление сорняков во время и после уборки кукурузы.

Остатки покровных культур также могут эффективно подавлять сорняки посредством физических механизмов и аллелопатии. Мульча покровных культур, дающих большое количество биомассы с низкой скоростью разложения (высокое соотношение C:N), подавляет сорняки эффективней. Экспериментально доказано, что биомасса сорняков уменьшалась на 2,5 т/га на каждые 1 т/га биомассы растительных остатков на поверхности почвы (рис.).

Рис. Соотношение между сухой биомассой мульчи (кг/га) и свежей биомассой сорняков (т/га) через 85 дней после формирования мульчи

Механическая обработка почвы влияет на плотность сорняков. На 63-й день после подготовки почвы засоренность сорняками при традиционной обработке (вспашка и боронование) была на 187% выше, чем при No-till. Накопительный эффект отсутствия механической обработки и мульчи (физический и аллелопатический эффекты) может стать важной интегрированной стратегией сокращения популяции сорняков.

(Опубликовано в №10, 2008 г.)

Источник http://www.zerno-ua.com