Введение
Ботанический компонент защиты растений от вредителей
Борьба с сорняками – это вид борьбы с вредителями, направленный на остановку или подавление роста сорных растений, особенно злостных, с целью снижения их конкуренции с желаемыми растениями и животными, включая культурные растения и сельскохозяйственных животных, а также предотвращения вытеснения местных видов интродуцированными видами в естественных условиях. Борьба с сорняками имеет важное значение в сельском хозяйстве. Методы включают ручную прополку мотыгой, механизированную обработку культиваторами, подавление мульчей, уничтожение высокой температурой, выжигание и химическую обработку гербицидами (средствами для уничтожения сорняков).
Необходимость контроля
Сорняки конкурируют с продуктивными сельскохозяйственными культурами или пастбищами, могут быть ядовитыми, неприятными на вкус, образовывать репейники, шипы или иным образом затруднять использование и уход за желаемыми растениями, загрязняя урожай или мешая животноводству. Сорняки конкурируют с культурами за пространство, питательные вещества, воду и свет. Меньшие, медленно растущие сеянцы более уязвимы, чем более крупные и энергичные. Лук – один из наиболее восприимчивых видов, поскольку он медленно прорастает и образует тонкие, прямостоячие стебли. В отличие от него, бобы широколистные дают крупные сеянцы и страдают значительно меньше, за исключением периодов нехватки воды в критический момент налива стручков. Культуры, выращенные через рассаду в стерильной почве или в горшечном субстрате, получают преимущество перед прорастающими сорняками. Конкурентоспособность сорняков также варьируется в зависимости от условий и времени года. Высокорослые, энергичные сорняки, такие как лебеда (Chenopodium album), могут оказывать наиболее заметное влияние на соседние культуры, хотя сеянцы лебеды, появляющиеся в конце лета, образуют лишь небольшие растения. Куриная гречишка (Stellaria media), низкорослое растение, может мирно сосуществовать с высокими культурами в течение лета, но растения, перезимовавшие, быстро растут ранней весной и могут подавлять такие культуры, как лук или листовая зелень. Само по себе наличие сорняков не обязательно означает, что они наносят вред урожаю, особенно на ранних стадиях роста, когда и сорняки, и культуры могут расти без помех. Однако по мере роста каждому из них требуется все больше воды и питательных веществ. По оценкам, сорняки и культуры могут гармонично сосуществовать около трех недель, прежде чем конкуренция станет существенной. Одно исследование показало, что после начала конкуренции конечный урожай луковиц снижался почти на 4% в день. Многолетние сорняки с клубнелуковицами, такие как очиток малый и кислица, или с устойчивыми подземными стеблями, такие как пырей ползучий (Agropyron repens) или лютик ползучий (Ranunculus repens), запасают питательные вещества и, таким образом, способны пережить засуху или зиму. Некоторые многолетние растения, такие как пырей ползучий, выделяют аллелопатические вещества, подавляющие рост других близлежащих растений. Сорняки также могут быть резервуаром для вредителей и болезней, которые могут распространяться на возделываемые культуры. Капустная кефаль может переноситься сурепицей, куриная гречишка и сурепица могут быть местом обитания нематоды, а вирус мозаики огурца, который может погубить семейство тыквенных, переносится различными сорняками, включая куриную гречишку и крестовник. Вредители, такие как совки, могут сначала атаковать сорняки, а затем переходить на возделываемые культуры. Некоторые растения одни фермеры считают сорняками, а другие – культурами. Сурепица, распространенный сорняк на юго-востоке США, считается сорняком для фермеров, выращивающих пропашные культуры, но ценится пчеловодами, которые ищут места, где она цветет всю зиму, обеспечивая таким образом пыльцу для медоносных пчел и других опылителей. Ее цветение выдерживает все, кроме очень сильных заморозков, и восстанавливается после их окончания.
Семена
Однолетние и двухлетние сорняки, такие как звездчатка средняя, однолетнее мятликовое растение, пастушья сумка, крестовник обыкновенный, лебеда, горчица полевая, незабудка и смолка обыкновенная, размножаются семенами. Многие производят огромное количество семян несколько раз за сезон, некоторые – круглый год. Крестовник обыкновенный может дать 1000 семян и способен продолжать это делать даже в мягкую зиму, в то время как белая ромашка производит более 30 000 семян с одного растения. Не все семена прорастают сразу, многие остаются в почве в состоянии покоя несколько сезонов, а иногда и лет, пока не попадут на свет. Семена мака могут сохранять жизнеспособность 80–100 лет, а щавель – 50 и более. На квадратном футе или квадратном метре земли может содержаться множество тысяч семян, поэтому любое нарушение почвенного покрова приводит к массовому появлению новых всходов сорняков.
Подповерхность/поверхность
Самые живучие многолетники распространяются подземными ползучими корневищами, способными отрастать даже из крошечного фрагмента. К ним относятся пырей ползучий, вьюнок полевой, горчак ползучий, крапива, кипрей узколистный, борщевик японский, хвощ полевой и папоротник обыкновенный, а также чертополох ползучий, чьи стержневые корни выпускают боковые корни. Другие многолетники выпускают побеги, которые распространяются по поверхности почвы. По мере роста они укореняются, что позволяет им быстро колонизировать открытые участки земли. К ним относятся лютик ползучий и плющ обыкновенный. Еще одна группа многолетников размножается столонами – стеблями, которые изгибаются к земле и укореняются. Самый известный из них – ежевика.
Методы
Планы борьбы с сорняками обычно включают в себя множество методов, которые подразделяются на биологические, химические, агротехнические и физико-механические.
Покрытия
В домашних садах методы борьбы с сорняками включают покрытие участка земли материалом, создающим неблагоприятную среду для роста сорняков, известным как укрывная ткань от сорняков. Например, несколько слоев мокрой газеты блокируют доступ света к растениям под ними, что приводит к их гибели. В случае с черной полиэтиленовой пленкой, парниковый эффект убивает растения. Хотя черная полиэтиленовая пленка эффективно предотвращает рост сорняков на покрытой ею площади, добиться полного покрытия бывает сложно. Для уничтожения стойких многолетних сорняков может потребоваться оставить пленку на месте как минимум на два сезона. Некоторые растения, как утверждается, выделяют корневые эксудаты, подавляющие однолетние сорняки. Считается, что Tagetes minuta эффективна против пырея ползучего и звездчатки дубравной, а посадка вдоль границ из окопника также, как говорят, служит барьером против распространения некоторых сорняков, включая пырей. Слой мульчи из древесной щепы препятствует прорастанию некоторых сорняков. Гравий может использоваться в качестве неорганической мульчи. Ирригация иногда применяется в качестве средства борьбы с сорняками, например, на рисовых полях для уничтожения всех растений, кроме влаголюбивого риса.
Ручное удаление
Многие садоводы до сих пор удаляют сорняки, вырывая их из земли вручную, стараясь вытащить корни, иначе они могут снова прорасти. Прополка листьев и стеблей сорняков сразу после их появления может со временем ослабить и уничтожить многолетние растения, хотя для таких растений, как вьюнок полевой, потребуется настойчивость. С крапивой можно бороться, регулярно скашивая ее не менее трех раз в год в течение трех лет. Аналогичным образом поступают и с ежевикой. Высокоэффективной, преимущественно ручной программой борьбы с сорняками на естественных зарослях стала ликвидация молочая песчаного группами Sea Spurge Remote Area Teams в Тасмании.
Урожай
Обработка почвы включает в себя вспашку, междурядную обработку и летнюю вспашку. Вспашка выкорчевывает сорняки, приводя к их гибели. Летняя вспашка также способствует уничтожению вредителей. Механическая обработка почвы различными типами культиваторов позволяет удалять сорняки вокруг сельскохозяйственных растений на разных этапах роста. Аквамог может использоваться для удаления сорняков, покрывающих водную поверхность.
Тепловой
Несколько тепловых методов могут использоваться для борьбы с сорняками. Пропаривание пламенем предполагает использование пламени на расстоянии нескольких сантиметров от сорняков для их опаливания, обеспечивая резкое и сильное нагревание. Цель пропаривания пламенем – не обязательно сжечь растение, а скорее вызвать смертельное увядание путем денатурации белков в сорняке. Аналогично, устройства для обработки горячим воздухом могут нагревать семена до температуры, при которой они уничтожаются. Пропаривание пламенем можно комбинировать с такими приемами, как подготовка «старых» грядок (ранняя подготовка и полив грядки, затем уничтожение появившихся всходов сорняков, а затем посев семян культуры) и обработка пламенем до появления всходов (проведение пламенем по всходам сорняков после посева семян культуры, но до того, как эти всходы появятся из почвы – период, который может длиться от нескольких дней до нескольких недель). Горячая пена вызывает разрыв клеточных стенок, что приводит к гибели растения. Уничтожители сорняков быстро нагревают почву и уничтожают надземные части растений. Семена сорняков часто устойчивы к нагреванию и даже могут реагировать на сухое тепло увеличением роста. С XIX века для полного удаления сорняков из почвы используется стерилизация почвы паром. Многочисленные результаты исследований подтверждают высокую эффективность влажного тепла против сорняков и их семян. В определенных условиях солнечная стерилизация почвы очень эффективна для уничтожения сорняков, сохраняя при этом траву. Посаженная трава, как правило, обладает большей устойчивостью к теплу и влаге, чем нежелательные сорняки.
Лазеры
В точном сельском хозяйстве новые сельскохозяйственные роботы и машины могут использовать лазеры для борьбы с сорняками, что называется "лазерной прополкой". К их преимуществам можно отнести "более здоровые культуры и почву, снижение использования гербицидов, а также сокращение затрат на химикаты и рабочую силу".
Смена посевов
Чередование культур с растениями, подавляющими сорняки, такими как конопля, Mucuna pruriens и другие подобные культуры, может быть очень эффективным методом борьбы с сорняками. Это позволяет избежать использования гербицидов и воспользоваться преимуществами севооборота.
Биологические методы
Биологический контроль сорняков может включать в себя использование агентов биологического контроля, биогербицидов, выпас животных и защиту естественных врагов. После распространения, хищники семян сорняков, такие как жужелицы и мелкие позвоночные, могут существенно способствовать регулированию численности сорняков, удаляя семена с поверхности почвы и тем самым сокращая размер запаса семян. Ряд исследований подтверждают роль беспозвоночных в биологическом контроле сорняков.
Выпас скота
На западе Америки появилось множество компаний, использующих коз для контроля и искоренения широколистного спорыша, чертополоха и других ядовитых сорняков.
Гербициды
В описанных выше методах борьбы с сорняками используются либо совсем небольшое количество, либо полное отсутствие химических веществ. Их предпочитают органические садоводы или фермеры. Однако борьба с сорняками также может быть достигнута с помощью гербицидов. Селективные гербициды уничтожают определенные виды сорняков, практически не повреждая целевую культуру. Некоторые из них действуют, вмешиваясь в процессы роста сорняков, и часто основаны на растительных гормонах. Гербициды обычно классифицируются следующим образом:
Контактные гербициды разрушают только ту часть растения, с которой они непосредственно контактируют. Как правило, это самые быстродействующие гербициды. Они неэффективны против многолетних растений, способных отрастать из корней или клубней. Системные гербициды наносятся на листья и распространяются по всему растению, уничтожая большее количество тканей. В настоящее время глифосат является наиболее широко используемым системным гербицидом. Почвенные гербициды вносятся в почву и поглощаются корнями целевых растений. Гербициды предпосевного применения наносятся на почву и предотвращают прорастание или начальный рост семян сорняков. В сельском хозяйстве обычно требуются масштабные и систематические процедуры, часто с использованием техники, такой как большие опрыскиватели-разбрасыватели жидких гербицидов или авиационное применение. Считается, что они могут оказывать ряд значительных негативных воздействий (например, на почву, здоровье и насекомых), что может частично объяснить разработку альтернативных методов, описанных здесь. Существуют также систематические методы применения гербицидов с меньшим воздействием, например, использование роботов и машин, которые вносят небольшие дозы с высокой точностью.
Органические подходы
Органический контроль сорняков подразумевает любые методы, кроме применения синтетических химикатов. Как правило, для достижения удовлетворительного результата используется сочетание различных подходов. В определенных условиях сера допускается согласно стандартам Британской почвенной ассоциации.
Метод Брэдли
Метод регенерации кустарников Брэдли использует экологические процессы для выполнения большей части работы. Многолетние сорняки также размножаются семенами; семена одуванчика и иволиста розового, переносимые ветром, разносятся далеко и широко. Одуванчик и щирица также пускают глубокий стержневой корень, который, хотя и не распространяется под землей, способен отрастать из любого оставшегося в земле фрагмента.
Гибридный
Один из способов поддержания эффективности отдельных стратегий – комбинировать их с другими, работающими принципиально иным образом. Так, целевое воздействие на семена сочетается с применением гербицидов. В Австралии эффективным является сочетание управления семенами с трифлуралином и клетодимом. Растущее во всем мире число сорняков, устойчивых к гербицидам, привело к предупреждениям о необходимости сокращения частого использования гербицидов с одинаковым или схожим механизмом действия и комбинирования химических средств с другими методами борьбы с сорняками; этот подход называется «интегрированной защитой растений от сорняков».
Сельскохозяйственные практики
Устойчивость к гербицидам недавно стала критической проблемой, поскольку многие австралийские овцеводы в 1970-х годах перешли на выращивание исключительно пшеницы на своих пастбищах. Интродуцированные сорта райграса, хотя и полезны для выпаса овец, являются сильными конкурентами для пшеницы. Райграс производит так много семян, что при отсутствии контроля может полностью подавить поле. Гербициды обеспечивали отличный контроль, одновременно снижая нарушение структуры почвы из-за уменьшения потребности в вспашке. В течение чуть более десяти лет райграс и другие сорняки начали развивать устойчивость. Австралийские фермеры адаптировались и начали диверсифицировать свои методы. В 1983 году отдельные участки райграса стали невосприимчивы к Hoegrass – семейству гербицидов, ингибирующих фермент, называемый ацетилкоэнзим А карбоксилазой. Главный журнал этого общества – «Weed Research» (Исследование сорняков). Кроме того, Совет Австралазийского общества по борьбе с сорняками (CAWS) служит центром информации об австралийских сорняках, а Новозеландское общество защиты растений (NZPPS) способствует обмену информацией в Новой Зеландии. Стратегическое управление сорняками – это процесс управления сорняками в масштабе района, региона или страны. В Австралии первые опубликованные стратегии управления сорняками были разработаны в Тасмании, Новом Южном Уэльсе и Южной Австралии в 1999 году, за которыми последовала Национальная стратегия борьбы с сорняками в 1999 году.