169473 (Экология сорных растений зерновых агрофитоценозов приобской лесостепи), страница 2

В современном понимании агрофитоценозы характеризуются определенным флористическим составом, структурой, взаимоотношениями растительных организмов друг с другом и окружающей средой, саморегуляцией, динамичностью и историчностью, но отличаются от естественных формаций тем, что искусственно создаются и поддерживаются только благодаря постоянным усилиям человека. Поэтому они проще по структуре, более кратковременны в своем существовании, исторические связи в них менее прочны и для поддержания своей устойчивости требуют дополнительных затрат энергии (Одум, 1986). Таким образом, агрофитоценозы представляют собой градацию переходных форм от естественных фитоценозов через растительные сообщества, близкие к ним, к посевам, наиболее отличным от естественных фитоценозов (Воробьев, 1973).

Основными структурными компонентами агрофитоценоза являются популяции культурных и сорных растений. В этой системе сегетальное сообщество наиболее устойчиво и обладает явлением равновесной биологической массы (Марков, 1972). Сорное сообщество, автономно от основной культуры за счет банка семян и банка вегетативных зачатков и проростков, состав которых обусловлен эдафически (Одум, 1986; Работнов, 1987).

Исходные параметры агрофитоценоза в значительной мере формирует человек путем выбора системы обработки почвы и высеваемых культурных растений. Б.М.Миркин (1990) считает, что «…сорняки специализировались... по их устойчивости к используемой системе борьбы с ними». После посева происходит корректировка состава агрофитоценоза в результате появления элементов саморегуляции за счет взаимоотношений растений и фитофагов.

Результаты исследования и их обсуждение

Глава 4. Основные взаимосвязи в зерновом агрофитоценозе

4.1 Установление общей фитотоксичности почвы

В оценке экологического состояния почвы в исследуемом зерновом агрофитоценозе важно определить общий исходный фон пестицидной нагрузки. За комплексный показатель мы приняли фитотоксичность – свойство загрязненной почвы подавлять прорастание семян, рост и развитие высших растений.

Известно, что наиболее восприимчивым к токсическим веществам природного и техногенного происхождения являются растения редиса (Raphanus sativus) из семейства капустных (Brassicaceae) (Вайда, 1992). О характере угнетения проростков R. sativus судили по динамике «ростового индекса» (Ri) корневой системы, гипокотиля и листовых пластинок в сравнении с контролем, (Барахтенова и др.2003).

Обнаружено, что все исследуемые образцы почвы с вариантов полевого мониторинга отличаются друг от друга по показателю ростового индекса R. sativus. Отмечено негативное влияние факторов системы зяблевой обработки почвы, азотных удобрений и системы защиты растений с долями 9.8, 21.5 и 35.6 % соответственно на общий уровень фитотоксичности почвы. При двухфакторном анализе и трехфакторном анализе – зарегистрировали их совместное негативное усиленное действие.

Зафиксированы значительные различия между горизонтами почвы по уровню общей фитотоксичности почвы. Отличия отмечены как по средним значениям ростового индекса редиса, так и по различным предшественникам. Кроме того, на всех вариантах, где применялся полный комплекс средств защиты растений, наблюдалось уменьшение значений ростового индекса и соответственно повышение общей фитотоксичности почвы, выраженное в различных аномальных отклонениях в развитии проростков редиса. Сорные растения разных видов и разных жизненных форм специфично реагируют на фитотоксичность почвы, что изложено в последующих главах.

4.2 Аллелопатическое влияние некоторых сорных растений на развитие проростков пшеницы

В лабораторных исследованиях нами обнаружено негативное прижизненное влияние однодольных и двудольных сорных растений на проростки пшеницы. Установлена достоверная зависимость развития проростков пшеницы от аллелопатического воздействия проростков сорных растений, причем представители двудольных растений, например, вьюнок полевой (Convolvulus arvensis), оказывал более интенсивное воздействие в сравнении с однодольными, такими как щетинник (Setaria viridis) и овсюг (Avena fatua). Количественными показателями этой зависимости являются соотношение числа проростков сорных растений на один проросток пшеницы и величина ростового индекса культурного растения (рис. 1).

Рис. 1. Изменение ростового индекса первичных корешков проростков пшеницы на разном фоне аллелопатических влияний сорных растений

4.3 Флористический состав, обилие и жизненное состояние сорных растений

Исследования сорных растений в зерновом агрофитоценозе показали, что их сообщество включало до 89 видов, принадлежащих к 78 родам из 26 семейств. Сегетальная флора лесостепи Приобья при почвозащитной системе земледелия представлена преимущественно антропохорами (56.7%), на долю апофитов приходится 29.5 % видов Значительная часть сорных растений приходится на покрытосеменные растения (98,9 %). Преобладают виды семейств Asteraceae (22.5 %), Brassicaceae (15.7 %) и Caryophyllaceae (6.7 %). Доминирующие 13 семейств включают в себя 73 вида (84.1 %). На степные и лесостепные особенности флоры указывает высокое положение родов Artemisia, Potentilia, Centaurea, Chenopodium, виды которые в основном свойственны зонам с недостаточным увлажнением. Наиболее крупные 11 родов содержат 25 видов (27.7 %).

Анализ ареалов показывает, что все сорные растения относятся к двум группам: голарктической и космополитной, а в пределах голарктической группы, евразийские виды составляют 45.6 % из общего числа видов, куда относятся представители семейств Asteraceae, Fabaceae, Rosaceae.

Классификация сорных растений разнообразна, наиболее важны классификации жизненных форм, или биоморф, так как знание биоморфы каждого вида позволяет прогнозировать поведение сорного растения при смене зяблевой обработки почвы. По классификации К.Раункиера и Б.Миркина в разных вариантах опыта распределение сорных растений отражает следующую закономерность: при отвальной системе зяблевой обработки преобладают терофиты, при почвозащитной системе – гемикриптофиты. Жизненные группы в исследованном агрофитоценозе представлены четырьмя группами (рис. 2).

Рис. 2. Жизненные формы по К. Раункиеру и Б. Миркину в сравнении с отвальной системой зяблевой обработки почвы

При почвозащитной системе зяблевой обработки почвы почти в 2 раза снижается доля многолетних сорных растений, а двулетних увеличивается в 2,4 раза по сравнению с отвальной системой зяблевой обработки почвы (5 видов). Биологические спектры при разных системах зяблевой обработки сходны по типам жизненных форм, но отличаются в процентном соотношении. При отвальной и почвозащитной системах зяблевой обработки почвы преобладают корневищные растения и стержнекорневые сорные растения.

При переходе к почвозащитной системе обработки почвы уменьшается число видов сорных растений с корнеотпрысковой корневой системой в 4 раза, а число растений с мочковатой корневой системой увеличивается в 2,8 раза. Среди корневищных сорных растений в 4,9 раз возрастает доля длиннокорневищных, а короткокорневищные растения незначительно увеличивают свою долю при переходе от отвальной к почвозащитной системе обработки почвы.

По отношению к увлажнению ведущей является группа мезофитов – 53 вида (59.6 %) Значительную долю в спектре занимают мезоксерофиты – 23 вида, что составляет 25.8 %. Ксерофиты составляют 7.9 % от общего числа видов. Мезогигрофитов ещё меньше – всего 6,7 %.

Проведенный эколого-ценотический анализ позволил выявить происхождение и предпочитаемое размещение сорных растений, что позволяет прогнозировать их пространственное распределение в агрофитоценозе.

Глава 5. Возобновление побегов сорных растений в течение вегетационного периода

Формирование и функционирование побегов наиболее важный период в жизнедеятельности сорных растений. Сопоставление динамики сезонного развития растений одних и тех же видов, произрастающих в зерновом агрофитоценозе в течение одной или нескольких ротаций, позволяет точнее определить их экологическое значение в зависимости от глубины зяблевых обработок.

5.1 Формирование надземных органов

Среди сорных растений при почвозащитной системе земледелия выделены три группы по срокам начала вегетации: ранним, средним и поздним.

Особенно ранним началом вегетации характеризуются Androsace filiformis, Viola arvensis, Artemisia sieversiana, приступающие к формированию вегетативных побегов еще осенью и сразу после таяния снега начинающие вегетировать.

Наиболее обширную группу сорных растений составляют виды, заметная вегетация которых начинается после таяния снега, - в конце апреля – начале мая. К ним относятся некоторые летнезеленые виды Nonea pulla (L.) DC, Sonchus arvensis L., Chenopodium album L. и большинство летне-зимнезеленых видов - Draba nemorosa L., Matricaria perforate Merat , Dracocephalum thymiflorum L., Lamium amplexicaule L.и др.

В следующую группу включаются сорные растения с поздним началом вегетации. Они начинают вегетировать в третьей декаде мая - начале июня. Это - Avena fatua L., Erigeron canadensis L., Echnochloa crusgalli (L.) Beauv., Crepis tectorum L., Convolvulus arvensis L., и др.

5.2 Коротковегетирующие сорняки

Среди коротковегетирующих сорных растений зернового агрофитоценоза выявлено несколько биоморфологических типов, которые определяются продолжительностью вегетации от самой короткой - до более растянутой.

Весенне-раннелетние эфемеры. Это однолетние растения с очень коротким циклом развития. Наиболее распространены озимые формы, начинающие свое развитие с осени предыдущего года и отмирающие обычно в июне. В зерновом агрофитоценозе встречаются два вида - Androsace filiformis Retz. и Draba nemorosa L. Все растения с неглубокой корневой системой.

Малолетние монокарпики. Жизненный цикл этих сорных растений складывается из вегетативной фазы, продолжающейся один или несколько сезонов, и генеративной фазы, после прохождения, которой растения полностью отмирают. В год цветения и плодоношения вегетация генеративных особей продолжается до фазы колошения пшеницы (вторая – третья декада июля), а затем, после плодоношения, они обычно засыхают и отмирают (фаза молочно-восковой спелости пшеницы). К таким сорнякам относятся: Barbarea stricta Andrz., Berteroa incana (L.) D.C., Carduus crispis L. и другие.

Полуэфемероидный тип развития свойственен многим двудольным сорным растениям, теряющим значительную часть листовой поверхности лишь в засушливые годы с коэффициентом увлажнения Ку < 0.58 (1990, 1994 гг.). Это сорные растения Persicaria lapathifolia (L.) S.F Gray, Fagopyum tataricum (L.) Gaertn., Barbarea stricta Andrz., Dracocephalum thymiflorum L. и др. Большинство перечисленных полуэфемероидных сорных растений относится к группе мелкокорневых, отчасти среднекорневых, что и обусловливает характерную реакцию на недостаток влаги в почве в верхних слоях, возникающую часто под покровом основной культуры к моменту её колошения.

5.3 Длительновегетирующие сорные растения

Среди длительновегетирующих сорных растений было выделено несколько групп, различающихся по отношению к основным зяблевым обработкам почвы.

1. Длительновегетирующие сорные растения, обладающие глубокой и средней по глубине корневой системой. Преимущественное обилие имеют в годы с умеренно-увлажненным и умеренно - переувлажненным типом влагообеспеченности. Это сорные растения, произрастающие при почвозащитных зяблевых обработках почвы. Для них характерны крупные, относительно широкие листья, высокие, растущие в первом ярусе побеги. Эти сорняки имеют высокую интенсивность транспирации, обеспеченную глубокой корневой системой, добывающей влагу из горизонта постоянного увлажнения. Сюда относятся: Centaurea scabiosa L., Melilotus officinalis (L.) Pall., Rumex confertus Willd., Lanhyrus tuberosus L., Medicago sativa L., Leonorus cardiaca L. По фитоценотической принадлежности это в основном лесостепные виды.

2. Длительновегетирующие сорные растения с узкими листьями и некоторыми ксероморфными признаками (войлочное опушение, толстая кутикула). К этой группе отнесены несколько сорных растений - Astragalus danicus Retz., Euforbia virgata Waldst.et Kit., Matricaria perforata Merat. Эта группа сорных растений при наличии опушения может иметь более широкие листовые пластинки. Корневая система – от проникающей глубоко в почву до системы средней длины. Преимущества имеют в годы с умеренно-дефицитным типом увлажнения

3. Длинновегетирующие сорные растения с неярко выраженными ксероморфными признаками и мелкой корневой системой. Это сорные растения, преобладающие на минимальных зяблевых обработках почвы, имеющих преимущество в годы с дефицитным (степным) и остро дефицитным типом увлажнения. В этой группе можно выделить более мелкие подразделения: а) сорные растения с войлочным опушением листьев: Nonea pulla, Cardamine pratensis L.; б) мезоморфные розеточные растения с прижимающимися к почве листьями и ползучие растения нижнего яруса агрофитоценоза: Potentilia anserina L., Potentilia paradoxa Nutt. Ex Torr. et Gray, Berteroa incana (L.) DC., Epilobium tetragonum L.; в) узколистные растения: Artemisia vulgaris L., Equisetum arvense L., Linaria vulgaris Mill., Moehringia lateriflora (L.) Fenzl.

5.4 Рост и возобновление побегов сорных растений

В анализе вегетации большое значение для эффективного гербицидного контроля имеет выяснение структуры генеративных побегов: наличие или отсутствие листьев в основании и по длине побегов, а также сроков их формирования. Установлено, что по мере минимизации зяблевой обработки почвы и удаления основной культуры от пара увеличивается количество видов сорных растений, способных в течение сезона вегетации образовывать две генерации побегов и листьев.

Все сорные растения по способности формирования генераций побегов и листьев разделились на 2 группы. Первая из них способна к образованию одной генерации листьев, вторая – двух генераций за вегетационный период. Число генераций листьев зависит от вида растения, его биоморфы. У некоторых видов появление листьев летне-осенней генерации зависит от гидротермических условий сезона вегетации.