За матеріалами статті на тему «Вплив технологій вирощування цукрових буряків на інтенсивність та видову різноманітність бур’янів» («The Influence of Sugar Beet Cultivation Technologies on the Intensity and Species Biodiversity of Weeds») журналу «Agronomy» 2024, 14.

Гербіциди є основним способом боротьби з бур’янами в посівах цукрових буряків, але їх використання створює ряд ризиків. Одним із них є токсичність. Найбільш часто використовувані гербіциди не є безпосередньо токсичними для ґрунтового едафону, порівняно з деякими фунгіцидами та інсектицидами, але дія гербіцидів опосередковано впливає на активність едафону, адже при різкому зниженні щільності бур’янів, живлення едафону стає обмеженим, а ряд організмів втрачають своїх рослин-господарів. Наслідки використання пестицидів є одним із найбільш суперечливих аспектів сучасного сільського господарства на індивідуальному, популяційному та екосистемному рівнях.

Екологічний вплив пестицидів може тривати до кількох років після їх застосування, тому використовуються також інші методи боротьби з бур’янами. Обробіток ґрунту – це ще один спосіб боротьби з бур’янами. При вирощуванні цукрових буряків можливе застосування консерваційного обробітку ґрунту, який включає нульовий (NT) і мінімальний (MT) обробіток ґрунту. Ці методи сприятливо впливають на зниження швидкості мінералізації органічного вуглецю в ґрунті (SOC), утримання води в ґрунті, зменшення водного стоку та ерозії та стабілізацію поглинання поживних речовин.

Активність ґрунтового едафону виграє від консерваційного обробітку ґрунту завдяки утриманню живильних речовин на поверхні ґрунту та зменшенню фізичного порушення ґрунту. Незважаючи на ці переваги, багато фермерів по всьому світу ще не перейняли практику консервативного землеробства. Часто викликають занепокоєння труднощі боротьби з бур’янами, так як технологія нульового обробітку ґрунту забезпечує обмежену можливість прямого контролю бур’янів, особливо там, де переважають стійкі до гербіцидів популяції.

Оранка, як частина традиційного обробітку ґрунту, відіграє ключову роль у створенні сприятливого ґрунтового середовища та сприянні росту культур, а також благотворно впливає на вологість та температуру ґрунту. Залишки орних культур у ґрунт підвищують вміст органічної речовини, що впливає на якість майбутнього врожаю. На врожайність і якість цукрових буряків впливає багато екологічних та агротехнічних факторів; тому ведеться пошук нових способів їх вирощування, які б підтримувати оптимальні умови ґрунтового середовища.

Традиційний обробіток змінюється підкопуванням, розпушуванням і мульчуванням ґрунту. Згідно з дослідженнями, проведеними в США, для цукрових буряків використовується технологія смугового обробітку ґрунту, врожайність при цьому подібна до традиційного обробітку.

Обрана технологія обробітку ґрунту помітно впливає на врожайність цукрових буряків, тоді як на цукристість більше впливає сорт. Проте найбільший вплив як на врожайність, так і на цукристість має рік вирощування.

Ущільнення ґрунту суттєво впливає на врожайність буряків, тому важливо дбати про хороший фізичний стан ґрунту. Ущільнення ґрунту посилюється кількістю проїздів сільськогосподарської техніки. Якщо проїзди техніки обмежені, урожайність цукрових буряків може збільшитися на 10%. Деградація ґрунту, викликана інтенсивним обробітком, впливає на стійкість агроекосистем. Тому велика увага приділяється комплексним стратегіям охорони стану ґрунту, які використовують такі агротехнічні прийоми, як сівозміну, ґрунтозахисні культури та консерваційний обробіток ґрунту.

Сівозміна вважається екологічно чистим підходом, який диверсифікує системи землеробства, зменшує інтенсивність тиску на сільськогосподарську екосистему та запобігає дії специфічних шкідливих організмів, у тому числі бур’янів. Попередні дослідження показали, що сівозміна в більш різноманітних сільськогосподарських системах забезпечує значні переваги для навколишнього середовища і може ефективно зменшувати кількість бур’янів. Деякі культури пригнічують ріст бур'янів краще, ніж інші. Кілька досліджень показали, що системи сівозміни та вибір відповідних культур можуть ефективно регулювати інтенсивність забур’яненості. Сівозміна зменшує стрес посівів, забезпечуючи більшу урожайність, ніж монокультурне виробництво.

Іншими важливими заходами, що впливають на агросистеми, є вирощування ґрунтозахисних культур, які мають потенціал для забезпечення стійкого сільського господарства, підтримки диверсифікації виробництва, зниження тиску шкідників і патогенів, покращення стану ґрунту, оптимізації використання ресурсів і збільшення біорізноманіття на полях. Багатовидові ґрунтозахисні культури максимізують використання землі та збільшують біорізноманіття. Найпоширенішим використанням біомаси ґрунтозахисних культур є зелене удобрення, яке збільшує вміст органічної речовини в ґрунті. Якщо серед ґрунтозахисних культур є зернобобові, то зелене підживлення забезпечує фіксацію азоту. Більшість досліджень, що аналізують вплив систем вирощування сільськогосподарських культур на зараження бур’янами, стосуються зернових культур, включаючи кукурудзу. Також була приділена увага оцінці можливості використання мінімального обробітку ґрунту для бобових, включаючи сою, або олійних культур, таких як ріпак.

Різні структури сівозміни, використання ґрунтозахисних культур, різні технології обробітку ґрунту дають ряд переваг для вирощування цукрових буряків. Агротехніка впливає на умови існування популяцій бур’янів. Відповідно до нашої гіпотези, різні способи обробітку ґрунту, більша частка зернових культур у сівозміні та включення ґрунтозахисних культур збільшують біорізноманіття польових бур’янів.

Підцілі, які підтверджують нашу гіпотезу: (І) визначення впливу частки зернових у сівозміні на інтенсивність та видовий склад бур’янів, (ІІ) визначення впливу включення ґрунтозахисних культур та різних систем обробітку ґрунту на інтенсивність та видовий склад бур’янів та (ІІІ) аналіз видового складу бур’янів, що переважають у посівах цукрових буряків.

Матеріали та методи

Характеристики дослідних ділянок. Експериментальні ділянки були розташовані на території польової випробувальної станції на кадастровій території муніципалітету Івановіце-на-Гане на сході Чеської Республіки. Рельєф місцевості переважно рівнинний або злегка похилий. Середня висота приблизно 230 м над рівнем моря. Середня багаторічна кількість опадів становить 564 мм, середня багаторічна температура — 8,6°С. Дані про багаторічну кількість опадів і температуру для кожного місяця наведено в Таблиці 1. За восьмирічний моніторинг було виявлено 46 видів бур'янів. Середня кількість рослин бур’яну та наявні біологічні групи бур’янів наведені на Рис. 1-4. Результати показали, що сівозміна, використання ґрунтозахисних культур та обробіток ґрунту мали значний вплив на інтенсивність забур’яненості. Варіант оранка, розпушування та ґрунтозахисна культура (IC1T) створює умови для статистично доведеної більшої забур’яненості. Відмінності між іншими варіантами не були статистично значущими. На інтенсивність забур’яненості також істотно впливав рік вирощування. Рівень інтенсивності забур’яненості був більш збалансованим у сівозміні за способом сівби I (частка зернових культур 33,3%). Натомість, більш екстремальні значення інтенсивності забур’яненості були виявлені у сівозміні за варіантом III (66,6% частка зернових).

Таблиця 1. Середні багаторічні температурні дані та середньомісячна кількість опадів для кожного місяця (1961-1990)

Дослідна ділянка утворена ґрунтом чорнозему суглинкового типу і була сильно вилужена. Глибина верхнього шару 0,4 м, рН 7,1, вміст гумусу 4,39%. Доступний вміст поживних речовин — P 177 мг/кг, K 573 мг/кг, Mg 215 мг/кг і Ca 3988 мг/кг.

Опис польового випробування. Цукрові буряки вирощували в 3 варіантах сівозміни з різними частками зернових культур. Перший варіант сівозміни (І) мав частку зернових культур 33,3%. Сівозміна мала таку структуру: люцерна (першого та другого продуктивних років), озима пшениця, кукурудза на силос, цукрові буряки та ярий ячмінь. Другий варіант сівозміни (II) мав частку зернових культур 50%. Вирощували культури в такому порядку: горох, кукурудза на силос, пшениця озима, пшениця озима, буряк цукровий та ячмінь ярий. Третій варіант сівозміни (III) мав 66,6% частку зернових, а посіви вирощувалися в такому порядку: озима пшениця, горох, озима пшениця, ярий ячмінь, цукрові буряки та ярий ячмінь.

Системи обробітку ґрунту були ще одним фактором у польових випробуваннях. Досліджувалися 4 варіанти технологій обробітку ґрунту: (І) традиційний обробіток (NoIC2T), який складався з першої оранки на глибину 0,22 м і другої оранки на глибину 0,28 м; (ІІ) оранка та розпушування (NoIC1T) з глибиною оранки 0,22 м і подальшим розпушуванням; (ІІІ) традиційний обробіток ґрунту з ґрунтозахисною культурою (IC2T), який складався з двох оранок на глибину 0,22 і 0,28 м, подальшого вирівнювання ґрунту та посіву ґрунтозахисної культури; (IV) оранка, розпушування та ґрунтозахисна культура (IC1T) з оранкою на глибину 0,22 м та подальшим розпушуванням і висівом ґрунтозахисної культури. У рамках польового випробування як ґрунтозахисну культуру використовували фацелію пижмолисту (Phacelia tanacetifolia).

Технологія вирощування цукрових буряків була однаковою для всіх варіантів. Весняний передпосівний обробіток проводили комбайном, а для посіву використовувалася сівалка точного висіву. Цукрові буряки висівали з міжряддям 0,45 м з відстанню між рослинами 0,18 м. Навесні перед посівною цукрових буряків вносили 40 т/га гною, 50 кг/га Р і 110 кг/га К. Для підживлення буряків під час вегетації використовували ґрунтовий препарат із 60 кг/га N і 60 кг/га N.

У період із 2013 по 2018 роки у випробуваннях висаджувався сорт Маренка. У 2019 і 2020 роках був висаджений сорт KIPUNJI SMART. У якості пестицидів використовували інсектицид Сумі-альфа (есфенвалерат) у дозі 0,1 л/га та фунгіцид Терн (фенпропідин) у дозі 0,5 л/га. Використані гербіциди наведені в Таблиці 2.

Таблиця 2. Конкретні терміни внесення гербіцидів на посівах цукрових буряків

Визначення забур'яненості. Забур'яненість цукрових буряків визначалася чисельним методом у період із 2013 по 2020 рік. Кількість рослин бур’яну визначалася на площі 1 м² у 12 повторах для кожного варіанту сівозміни, обробітку ґрунту та року дослідження. Визначення забур'яненості проводилося щовесни перед внесенням гербіцидів (Таблиця 3) завжди на одній і тій самій фазі росту цукрових буряків — 2-4 справжніх листочків.

Таблиця 3. Конкретні терміни визначення забур’яненості цукрових буряків

Виявлені види бур’янів були розділені на біологічні групи. Перша група, яка називається ярими бур’янами, проростає переважно на початку або в кінці весни. Проростаючі бур'яни можуть короткочасно витримувати температуру нижче 0°C і лише в окремих випадках виживають у зимовий період. Друга група відома як ярі бур'яни, які проростають переважно з весни до літа, коли є достатня кількість вологи, оскільки вони не витримують температур нижче 0°C. Третя група — озимі бур'яни; вони проростають восени, а також з весни до літа, якщо є достатньо вологи, і виживають при температурах нижче 0°C та здатні перезимовувати. Четверта група називається багаторічними та іншими бур'янами. Багаторічні види мають більше періодів вегетації, а небажані культури були включені до інших бур’янів.

Результати

За восьмирічний моніторинг було виявлено 46 видів бур'янів. Середня кількість рослин бур’яну та представленість біологічних груп бур’янів наведені на Рис. 1-4. Результати показали, що сівозміна, використання ґрунтозахисної культури та обробіток ґрунту мали значний вплив на інтенсивність забур’яненості. Варіант оранка, розпушування та ґрунтозахисна культура (IC1T) створює умови для статистично доведеної більшої забур’яненості. Відмінності між іншими варіантами не були статистично значущими. На інтенсивність забур’яненості також істотно впливав рік вирощування. Рівень інтенсивності забур’яненості був більш збалансованим у варіанті I (традиційний обробіток (NoIC2T)). Натомість, більш екстремальні значення інтенсивності забур’яненості були виявлені у сівозміні за варіантом III (традиційний обробіток ґрунту з ґрунтозахисною культурою (IC2T)).

Рис. 1. Представленість видів бур’янів (ярих бур’янів) в окремих варіантах польових випробувань в досліджувані роки

Рис. 2. Наявні види бур’янів (ярі) в окремих варіантах польових випробувань в досліджувані роки

Рис. 3. Наявні види бур’янів (озимі) в окремих варіантах польових випробувань в досліджувані роки

Рис. 4. Наявні види бур’янів (багаторічні та інші бур’яни) в окремих варіантах польових випробувань в досліджувані роки

Обговорення

Найпоширенішим способом боротьби з бур'янами є широке застосування гербіцидів, які викликають занепокоєння щодо їх впливу на навколишнє середовище. Щоб зменшити кількість застосованих гербіцидів та забур’яненості культурних рослин, розробляються принципи інтегрованого захисту рослин із застосуванням інших методів вирощування (сівозміна, вирощування ґрунтозахисних культур, обробіток ґрунту). Метою інтегрованого захисту рослин є зменшення популяції бур’янів до прийнятного рівня та обмеження впливу гербіцидів на якість ґрунту, води та інших нецільових організмів.

Незважаючи на використання всіх методів боротьби, як не дивно, але частота появи бур’янів у середньому зросла. Наприклад, у Данії спостерігалося збільшення бур’янів на 25% у посівах цукрових буряків, якщо порівнювати два періоди з 1987 по 1989 рік і з 2001 по 2004 рік. Основною причиною цього, швидше за все, була зміна спектру гербіцидів, що використовуються. Незважаючи на те, що середня частота бур’янів збільшилася, суттєві зміни відбулися в основному в окремих домінуючих видах бур’янів. Таким чином, бур’яни залишаються важливим чинником, що обмежує врожайність і ускладнює вирощування цукрових буряків.

У досліджуваних посівах цукрових буряків переважно були присутні бур’яни групи ярових, особливо вид Chenopodium album. Вони становили 29,7% від усіх рослин бур’янів. Були також види Echinochloa crus-galli (10,7%) та Amaranthus retroflexus (8,8%). У групі ярих бур’янів найбільшу частку мав вид Fallopia convolvulus (9,4%), а в групі озимих найбільшу чисельність мали види Lamium amplexicaule (5,3%) та Veronica polita (4,7%). Посіви цукрових буряків створюють умови, які дають змогу прижитися видам бур’янів із подібними вимогами (Chenopodium spp.). Ці види займають домінуюче положення і становлять основну конкуренцію цукровим бурякам. Chenopodium album є одним із найпоширеніших видів бур'янів у всіх системах обробітку ґрунту. Тенденція появи домінуючого виду бур’янів проявляється в забур’яненості цукрових буряків, тобто видів із помітною більшою представленістю, порівняно з іншими. У Чехії цим видом також є Chenopodium album, який уражає посіви, оброблені гербіцидами.

Згідно з отриманими результатами, сівозміна – це втручання у вирощування з найбільшим впливом. Важливість сівозміни в сучасному сільському господарстві полягає в гармонізації взаємозв’язків між діяльністю людини та екосистемами, які нас забезпечують. За допомогою відповідної комбінації сівозміни та обробітку ґрунту можна зменшити густоту бур’янів та обмежити внесення гербіцидів. Однак неможливо повністю виключити використання гербіцидів як домінуючого контролю бур’янів, так як цим самим можна запобігти сильному забур’яненню, яке викликає великі втрати врожайності.

Більша частка зернових у сівозміні (50% та 66,6%) свідчить про наявність видів із групи літніх бур’янів та більшу представленість домінуючого виду Chenopodium album. Однакові строки застосування гербіцидів, проведення посіву та збирання сприятливі для появи домінантних видів бур’янів. Сівозміни з однаковими вегетаційними періодами підтримували домінування певних видів бур’янів. При обмеженні сівозміни зафіксовано більш екстремальну інтенсивність забур’яненості.

Більша частка зернових, ймовірно, збільшила неоднорідність забур’яненості цукрових буряків, які вирощувалися після них. Ця висока гетерогенність може бути відображена в надзвичайних відмінностях у забур’яненості цукрових буряків. Роки, коли посіви цукрових буряків були піддані надзвичайно високій інтенсивності забур’яненості, негативно вплинули на подальшу боротьбу з бур’янами, що може призвести до збільшення застосування гербіцидів. Гербіциди залишаються важливим інструментом у боротьбі з бур’янами та застосовуються відповідно до стратегій, які відображають склад місцевої популяції бур’янів. Ефективність гербіцидних стратегій має фундаментальне значення для боротьби з бур’янами на посівах цукрових буряків.

Технологія обробітку ґрунту та включення ґрунтозахисних культур суттєво не вплинули на інтенсивність забур’яненості та видовий спектр бур’янів. Лише варіант з оранкою та розпушуванням із посівною ґрунтозахисних культур (IC1T) створив умови для більшої забур’яненості. Відмінності між іншими варіантами не були статистично значущими. Ці результати узгоджуються з низкою досліджень, які повідомляють про непереконливий вплив різних систем обробітку ґрунту на бур’яни. Незважаючи на це, багато досліджень зосереджено на тому факті, що системи обробітку ґрунту впливають на рослини бур’янів, фрагментацію кореневищ та вегетативних репродуктивних органів і розподіл насіння бур’янів у профілі ґрунту, а також на ґрунтове середовище, наприклад на аерацію ґрунту.

Обробка ґрунту та включення ґрунтозахисних культур, ймовірно, буде більш важливим для посівів цукрових буряків з точки зору впливу на фізичні, хімічні та біологічні властивості ґрунту, які безпосередньо впливають на ріст і розвиток посівів, обсяг і якість врожаю. Правильно виконана обробка ґрунту в першу чергу запобігає його ущільненню. На ріст коренеплодів цукрових буряків впливає структура ґрунту. Більше ущільнення ґрунту зменшує ріст волокнистих коренів, що обмежує швидкість появи сходів і зменшує площу листового покрову цукрових буряків. Наслідками вищезазначеного є зниження врожайності та цукристості буряків. Обробіток ґрунту впливає на стан ґрунтового середовища, водну ерозію, коливання температури і вмісту органічної речовини в ґрунті. Це є вирішальними факторами для застосування різних технологій обробітку ґрунту в практичних умовах.

Використання ґрунтозахисних культур є екологічно прийнятною практикою боротьби з бур’янами, оскільки вони підвищують конкурентоспроможність основних культур проти бур’янів. Вони використовуються в органічному та малозатратному сільському господарстві. Ґрунтозахисні культури здатні пригнічувати бур’яни, але ступінь регулювання залежить від вибору видів цих культур, їх частки та густоти стояння. Проміжні пожнивні залишки можуть безпосередньо регулювати проростання та ріст бур’янів в основній культурі. Проте за отриманими результатами видно, що регуляторна здатність ґрунтозахисних культур не проявляється на подальшому вирощуваних цукрових буряках.

Ґрунтозахисні культури забезпечують різноманітні екосистемні «послуги», які підтримують і покращують якість ґрунту та води, зменшують ерозію та збільшують вміст органічної речовини у ґрунті. Ґрунтозахисні культури зменшують вимивання азоту та використання інших дороговартісних та шкідливих агентів. У довгостроковій перспективі багато екосистемних «послуг», що забезпечуються використанням ґрунтозахисних культур, можуть підвищити стійкість основної культури завдяки позитивному зворотному зв’язку щодо стабільності врожайності та зменшення вимог до зовнішнього ресурсу. За результатами багатофакторного аналізу можна стверджувати, що в окремі роки видовий склад бур’янів був подібним. Метеорологічні умови в досліджувані роки мали статистично достовірний вплив на появу бур’янів. Реакція окремих видів бур’янів на зміну метеорологічних умов була різною. З огляду на літературні дані видно, що вологість і низькі температури, що супроводжуються процесом стратифікації, впливають на проростання та появу сходів бур’янів. Довгостроковий збір детальних метеорологічних даних і моніторинг зараження бур'янами в певному регіоні можна використовувати для прогнозування зараження бур'янами в наступному вегетаційному періоді.

Сучасні технології виробництва сільськогосподарських культур взаємодіють із бур’янами, які є основними рушійними силами їх розвитку. Історія еволюції та екологічна динаміка бур'янів нерозривно пов'язані з діяльністю людини (сільським господарством). Через короткий життєвий цикл і відносно простий геном види бур’янів можуть дуже швидко змінювати свою реакцію на технологічні заходи, а отже, і свою шкідливість.

Функцію бур’янів в агроекосистемах можна розглядати з різних точок зору. Домінуючою є шкідливість бур'янів, оскільки вони конкурують з основними культурними рослинами. Шкода від бур’янів позначається на економіці сільськогосподарського виробництва та врожайності. Нинішня глобалізація економіки, зміна клімату та збільшення населення тільки посилять тиск на боротьбу з бур'янами.

У поточних стратегіях боротьби з бур'янами повністю виключається можливість прогнозування зараження бур'янами на основі зміни погоди. Дослідження впливу погоди на бур'яни може привести до формулювання конкретних зв'язків і відносин між перебігом погоди і появою бур'янів.

Це питання стикається з кількома науковими бар’єрами, такими як відсутність постійного моніторингу появи бур’янів і перебігу погоди під час довготривалих експериментів. Іншою серйозною складністю є висока мінливість популяцій бур’янів, що обмежує статистичну оцінку їх популяцій. Створення моделі для прогнозування майбутнього зараження бур’янами дозволить фермерам зробити боротьбу з бур’янами ефективнішою, що сприятиме кращому та більш своєчасному механічному контролю бур’янів. Це може призвести до зменшення використання гербіцидів. В умовах сталої інтенсифікації сільського господарства необхідно впроваджувати нові методи контролю бур’янів.

Висновки

Технології вирощування цукрових буряків впливають на інтенсивність та видовий склад забур’яненості. Chenopodium album був домінуючим видом бур'янів у всіх досліджуваних зразках. Серед бур’янів поширені літні та озимі види. Урізноманітнення сівозміни підвищує інтенсивність забур’яненості та помножує групу озимих бур’янів. Навпаки, більша частка зернових у структурі посівів сприяє більшій наявності літніх бур’янів та домінуючого виду Chenopodium album. Розподіл видів бур'янів на групи призводить до деяких узагальнень, які можуть приховати деякі їх характеристики. З цієї точки зору необхідно більш детально дослідити біологію бур'янів та їх особливості. Особливе значення має температура проростання насіння бур'янів, а також їх здатність переживати заморозки. На основі нових фактів можна скорегувати класифікацію бур'янів на модифіковані біологічні групи.

Техніка обробітку ґрунту та включення ґрунтозахисної культури суттєво не впливали на інтенсивність забур’яненості та видовий спектр бур’янів у посівах цукрових буряків. Ці результати узгоджуються з попередніми дослідженнями. Обробіток ґрунту та використання ґрунтозахисних культур необхідно оцінювати насамперед з точки зору їхнього впливу на ґрунтове середовище та функції екосистеми. Розуміння зв’язку між технологіями вирощування цукрових буряків і популяціями бур’янів дозволить нам краще використовувати потенціал індивідуальних методів вирощування культур для боротьби з бур’янами.