Видовое разнообразие сорной растительности в пределах единичного угодья и его связь со свойствами почвы

УДК 631.41:632.51

ВИДОВОЕ РАЗНООБРАЗИЕ СОРНОЙ РАСТИТЕЛЬНОСТИ В ПРЕДЕЛАХ ЕДИНИЧНОГО УГОДЬЯ И ЕГО СВЯЗЬ СО СВОЙСТВАМИ ПОЧВЫ*

М.И. Кондрашкина, А.В. Зоткина

В полевом опыте изучали сорный компонент агроценоза в присутствии и без овса. Установлено, что наличие либо отсутствие злака не влияет на видовой состав сорняков. Индекс разнообразия Шеннона указывает на их высокую численность на площадках. Независимо от вариантов опыта пырей ползучий — Agropyron repens (L.) Beauv., марь белая — Chenopodium album L., осот полевой — Cirsium arvense (L.) Scop., ромашник непахучий — Tripleurospermum inodorum (L.) Sch. Bip. и дымянка лекарственная — Fumaria officinalis L. являются часто встречающимися видами.

В условиях засушливого вегетационного периода обнаруживаются значимые отрицательные связи между численностью F. officinalis, мяты полевой — Mentha arvensis L. и значениями рН почвы.

Ключевые слова: встречаемость и численность сорных видов, индекс разнообразия Шеннона, связь между численностью сорных видов и питательными элементами почвы.

Введение

Распространение сорняков в пределах агроценоза зависит прежде всего от численности и длительности сохранения вегетативных и всхожести генеративных диаспор сорных видов в почве, от способа их распространения. При систематической обработке почвы происходит их перемещение в пахотном слое. Кроме запаса семян сорняков из собственного банка, общую картину засоренности дополняет занос диаспор с соседних территорий, с посевным материалом, органическими удобрениями и т.д.

Некоторые сорняки реагируют на отдельные почвенные свойства либо позитивно, либо негативно. Например, Ch. album положительно отзывается на повышенное содержание в почве азота и калия [1], а дефицит фосфора не является лимитирующим фактором ее распространения в посевах [11]. Фиалка полевая — Viola arvensis Murr. отрицательно реагирует на повышение содержания калия в почве [8]. Численность V. arvensis, хвоща полевого — Equisetum arvense L., редьки дикой — Raphanus raphanistrum L. обратно пропорциональна кислотности почвы [3, 4]. Отмечены и другие случаи влияния почвенных свойств на численность сорняков [1, 7—11 и др.]. Зависимость между видовым составом сорняков и почвенными свойствами может быть использована для индикации качества почвы сельскохозяйственных угодий, особенно с использованием таких статистических методов, как байесовские оценки [5].

Изучение связи почвенных условий с растительностью агроценоза проводится обычно в присутствии обоих компонентов ценоза — культурного и сор-

ного. Возникает вопрос о том, насколько культурная составляющая агроценоза является сдерживающим фактором изменения видового состава и численности сорняков в данном посеве.

Цель работы — на примере угодья на дерново-подзолистой почве оценить возможное влияние почвенных свойств на численность сорняков в присутствии культурных растений и без них.

Объекты и методы исследования

Исследования проводили на территории УОПЭЦ МГУ «Чашниково» (Московская обл.) на дерново-подзолистой почве, в посевах овса, сильно засоренного пыреем. 10 июня 2010 г. был заложен полевой опыт, цель которого — моделирование ситуации вегетации сорного компонента агроценоза в отсутствие культуры.

Две полосы длиной по 10 м и шириной 0,5 м были разбиты на 20 площадок размером 0,5 х 0,5 м. Ширина защитных полос между вариантами и вокруг них составляла 0,5 м. На площадках варианта 1 произрастали овес и сорняки, варианта 2 — овес в фазе 2—3-го листа был удален.

Почвенные образцы отбирали в два срока (10 июня и 9 июля) буром ^ 4 см) с двух глубин пахотного горизонта (0—10 и 10—20 см). В них определяли влажность (термостатно-весовой метод), рН^съ содержание подвижных форм фосфора и обменного калия (по Кирсанову) [2, 6].

В связи с экстремальными погодными условиями лета 2010 г. срок проведения опыта сократили. Среднемесячная температура июня и июля превыша-

* Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант № 13-04-00-480).

ла среднюю многолетнюю на 1,8° и 8° соответственно. Общее количество осадков в июле было меньше среднемноголетних — 13 мм против 86. Растения овса испытывали острый дефицит влаги в период кущения — выхода в трубку, что сказалось на их конечной биомассе. В фазе выхода в трубку (7 июля) был проведен учет сорной растительности и взяты укосы зеленой массы на обоих вариантах опыта. Они были разобраны по группам сорняков и взвешены.

Результаты и их обсуждение

В течение месяца влажность в слое 0—10 см уменьшилась почти в три, 10—20 см — в два раза. Увеличение коэффициента вариации ко второму сроку может свидетельствовать о неравномерном иссушении почвы. Такие резкие изменения отрицательно сказались на состоянии как овса, так и сорных видов.

По показателям рН (табл. 1) почва опыта может быть отнесена к слабокислым [2]. За время вегетации этот показатель не изменялся. Содержание подвижного фосфора говорит о высоком обеспечении этим элементом [2]. За время вегетации его количество несколько снизилось, однако почва осталась в той же категории. Тенденция уменьшения значений в верхней части пахотного горизонта на обоих вариантах опыта одинакова независимо от видового состава растительности.

По количеству подвижного калия почва может быть отнесена к среднеобеспеченной, однако в начале вегетации этот показатель находился на нижней границе градации обеспеченности, поэтому его небольшое снижение перевело почву в категорию низкообеспеченных [2]. Тенденция изменения такая же, как и для подвижного фосфора. Высокие значения

коэффициента вариации для данных признаков свидетельствуют о неоднородности почв.

Несмотря на экстремальные погодные условия вегетационного периода, сорный компонент агроце-ноза развивался достаточно активно, и к моменту учета его средняя масса по площадкам составляла 98 г/м2 в варианте с культурой и 147 г/м2 — без таковой. Средняя масса овса при его средней численности 160 шт/м2 составляла 110 г/м2, что соответствует 1,1 т/га зеленой массы.

При близкой численности сорных видов по вариантам доля числа стеблей многолетних сорняков от числа стеблей всех сорняков составляла 64,2% на варианте 1 и 82,6% на варианте 2, что допустимо считать статистически одинаковым (гипотеза о равенстве долей не отвергается при а = 0,05).

Всего на площадках было обнаружено 30 видов сорняков, из них на варианте 1 — 27, на варианте 2 — 28. Среднее число стеблей отдельных видов колеблется по площадкам от 0,2 до 14 шт/м2. Исключение составляет пырей ползучий, число стеблей которого по вариантам превышает 40 шт/м2 (табл. 2).

Результаты по встречаемости сорных видов (отношение площадок с данным видом к общему их числу) по вариантам опыта практически одинаковы. Различия встречаемости на разных вариантах опыта не достоверны, кроме чистеца болотного. Увеличение встречаемости проростков одуванчика лекарственного и фиалки полевой на площадках без овса может быть связано с пятнистостью распределения семян.

Значения индекса разнообразия Шеннона по вариантам опыта близки. Его достаточно высокое значение свидетельствует о большом разнообразии сорного сообщества, что согласуется с литературными данными [12].

Статистические характеристики некоторых свойств почвы

Таблица 1

Вариант Срок Характеристика Влажность, % рН Р2О5, мг/кг почвы К2О, мг/кг почвы

0—10 см 10—20 см 0—10 см 10—20 см 0—10 см 10—20 см 0—10 см 10—20 см

Овес + сорные виды I *ср 23,02 22,70 5,43 5,49 237,1 245,5 89,9 80,0

СУ, % 5,59 5,32 4,10 3,16 25,8 31,8 40,0 42,1

1,29 1,21 0,22 0,17 61,3 78,0 36,0 33,6

II *ср 8,73 10,89 5,36 5,46 214,9 217,2 75,8 79,3

СУ, % 16,69 11,85 2,54 2,91 11,6 19,0 35,2 55,1

1,46 1,29 0,14 0,16 25,0 41,2 26,7 43,7

Сорные виды I *ср 22,90 22,26 5,39 5,48 230,8 228,1 94,9 87,0

СУ, % 5,43 6,36 3,65 3,66 31,0 31,4 35,7 40,5

5 1,24 1,42 0,20 0,20 71,5 71,6 33,9 35,3

II *ср 8,70 11,37 5,33 5,46 205,2 211,4 87,0 70,8

СУ, % 13,33 15,20 2,86 2,51 12,4 17,2 46,4 47,7

5 1,16 1,73 0,15 0,14 25,5 36,4 40,4 33,8

Таблица 2

Встречаемость и средняя численность сорных видов по вариантам опыта

Вид сорных растений Встречаемость Среднее, шт/м2

вариант 1 вариант 2 вариант 1 вариант 2

Пырей ползучий — Agropyron repens (L.) Beauv 1,00 1,00 48 32

Марь белая — Chenopodium album L. 0,90 0,90 14 14

Бодяк полевой — Cirsium arvense (L.) Scop. 0,85 0,85 10 9

Ромашник непахучий — Tripleurospermum inodorum (L.) Sch. Bip 0,85 0,80 10 9

Дымянка лекарственная — Fumaria officinalis L. 0,85 0,80 8 6

Подорожник большой — Plantago major L. 0,70 0,80 8 11

Одуванчик лекарственный — Taraxacum officinale Wigg. 0,65 0,90 9 11

Фиалка полевая — Viola arvensis Murr. 0,60 0,75 5 6

Мята полевая — Mentha arvensis L. 0,60 0,60 7 7

Мать-и-мачеха — Tussilago farfara L. 0,60 0,55 8 5

Незабудка полевая — Myosotis arvensis Hill. 0,60 0,55 3 4

Чистец болотный — Stachys palustris L. 0,55 0,25 5 2

Крестовник обыкновенный — Senecio vulgaris L. 0,50 0,55 4 4

Горец шероховатый — Polygonum scabrum Moench. 0,50 0,30 3 2

Осот полевой — Sonchus arvensis L. 0,45 0,40 6 6

Хвощ полевой — Equisetum arvense L. 0,40 0,55 9 15

Редька дикая — Raphanus raphanistrum L. 0,35 0,60 2 6

Индекс Шеннона 2,7 2,8

Примерно половина отмеченных на площадках видов имеет редкую и единичную встречаемость. Численность их невелика, однако они вносят свой вклад в состав изученных сообществ. Единичные виды могут встречаться либо на обоих вариантах, либо на одном из них: горец почечуйный — Polygonum persi-karia L., торичник красный — Spergularia rubra (L.) J. et C. Prest, кипрей мелкоцветковый — Epilobium parviflorum Schreb., горошек мышиный — Vicia crac-ca L., мшанка лежачая — Sagina procumbens L., лю-

тик ползучий — Ranunculus repens L., чертополох курчавый — Carduus crispus L.

Исследования показали, что количество устойчивых связей между численностью часто- и средневстре-чающихся видов сорняков и свойствами почв невелико (табл. 3). Не обнаружены они и в случае с овсом, что может быть связано со слабой доступностью элементов питания при низкой влажности почвы.

Несмотря на экстремальные погодные условия, на численность сорных видов отрицательное влияние

Таблица 3

Коэффициент корреляции Спирмена

Глубина, см Свойство Chenopodium al. Fumaria of. Viola arv. Raphanus raf. Mentha arv. Plantago m. Ovena sativa L.

вариант 1 вариант 2 вариант 1 вариант 2 вариант 1 вариант 2 вариант 1 вариант 2 вариант 1 вариант 2 вариант 1 вариант 2

0—10 10—20 рН -0,06 0,03 -0,65 -0,48 0,11 -0,48 0,14 -0,21 -0,48 -0,52 0,22 -0,16 -0,19

-0,47 -0,01 -0,48 -0,34 -0,06 -0,27 0,20 -0,13 -0,19 -0,43 0,20 -0,58 -0,20

0—10 10—20 Р2О5 -0,15 0,31 -0,26 0,18 0,03 -0,11 0,31 0,07 -0,32 -0,18 -0,13 -0,46 -0,25

-0,28 0,55 -0,04 0,16 0,16 0,10 0,26 0,39 -0,26 0,19 0,08 -0,34 -0,27

0—10 10—20 К2О 0,03 0,15 -0,02 -0,07 -0,17 0,26 0,37 0,62 -0,10 0,09 -0,13 -0,27 -0,18

0,08 0,05 -0,05 0,43 -0,08 0,37 0,29 0,46 -0,36 0,37 0,15 -0,16 -0,27

Примечание. Значим для а = 0,05 (выделено полужирным шрифтом).

чаще оказывает кислотность почвы. Так, численность F. officinalis и M. arvensis имеет устойчивую отрицательную связь с кислотностью почвы независимо от наличия или отсутствия растений овса. Влияния этого фактора на численность R. raphanistrum в данных условиях не обнаружено. Для C. album, V. arvensis и подорожника болотного — Plantago major L. обратную зависимость от кислотности почвы можно обозначить как намечающуюся тенденцию.

Обратная зависимость между содержанием подвижного фосфора обнаружена для численности P. major, а прямая — для C. album. Примером устойчивой положительной связи с содержанием обменного калия может быть увеличение численности R. raphanistrum. Указанные значимые корреляционные связи существуют в варианте без овса. В отличие от литературных данных устойчивой связи между этими свойствами и численностью Ch. album не обнаруживается.

Выводы

На небольшой территории видовое разнообразие сорного компонента агроценоза не зависит от наличия либо отсутствия культурных растений. Биомасса сорных видов без конкуренции с овсом выше. Для

видов высокой встречаемости отмечается их более высокая численность.

Обнаружена устойчивая отрицательная зависимость между численностью F. officinalis и M. arvensis и кислотностью почвы, о чем нет сведений в литературе.

При анализе наличия значимых связей между отдельными свойствами почвы и численностью сорных видов отмечено, что полученные результаты не всегда совпадают с имеющимися литературными данными, что может быть объяснено нехарактерными для Московской обл. погодными условиями лета 2010 г. Экстремально сухая погода внесла коррективы в полевые работы, которые были ограничены 30 днями. Более длительные наблюдения могли дать значимые результаты по изменению содержания подвижного фосфора и обменного калия в почве и по определению более тесных связей между свойствами почвы и численностью отдельных видов сорных растений.

При анализе засоренности сельскохозяйственных посевов необходимо учитывать не только погодные условия. Существуют и другие факторы, влияющие на воспроизводство сорного компонента, например диаспоры в почве, качество ее обработки, история угодья.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Баздырев Г.И. Сорные растения и меры борьбы с ними в современном земледелии: Учеб. пос. для студентов вузов по агроном. спец. Изд. 2-е, переработ. и дополн. М., 1995.

2. Минеев В.Г. Агрохимия. М., 1990.

3. Пфайффер Э. Что могут рассказать сорняки. М., 1992.

4. Смирнова Н.А., Родионова А.Е. Влияние условий произрастания на урожайность и засоренность овса // Науч. обеспечение нац. проекта «Развитие АПК». Тверь, 2006.

5. Шагиев Б.Р., Рогова Т.В., Савельев А.А. Использование вегетационных индексов для разработки региональной экологической шкалы // Вестн. Удмурт. ун-та. 21. Биол. Науки о земле. 2011. Вып. 4.

6. Шеин Е.В. Курс физики почв. М., 2005.

7. Albrecht H, Bachthaler G. Unkrautsamengehalte und Bodeneigenschaften von Ackerflächen in Bayern // Weed Res. 1990. Vol. 30, N 2. P. 101 — 108.

8. Andreasen С. et al. Soil properties and plant nutriens affecting the occurrence of Poa annua, Stellaria media and

Viola arvensis on arable land (Brighton crop protection conference) // Weed Res. 1991. Vol. 1. P. 395—403.

9. Borowiec S, Kuszelewski L, Kutyna I. Wplyw zrozni-cowanego wieloletniego nawozenia na wlasciwosci gleby i za-chwaszczenie lanow zyta, jeczmienia jarego, gorczycy i ziemni-akow. Cz. 2. Wplyw zroznicowanego nawozenia na zachwaszc-zenie poszczegolnych roslin uprawnych Zeszyty nauk // Akad. Roln. Szczecin. 1986. Т. 116. S. 71—86.

10. Ervio L.-R, Salonen J. Changes in the weed population of spring cereals in Finland // Ann. agr. Fenn. 1987. Vol. 26, N 3. P. 201—226.

11. Freyman S, Kowalenko C.G., Hall J.W.Effect of nitrogen, phosphorus and potassium on weed emergence and subsequent weed communities in south coastal British Columbia // Canad. J. Plant Sci. 1989. Vol. 69, N 3. P. 1001—1010.

12. Wesolowski M. Fenologia owocowania niektorych ga-tunkow chwastow w zasiewach wybranych roslin uprawnych: Acta agrobotanica// Soc. botanicorum poloniae. 2006. Vol. 59, z. 2. P. 335—344.

Поступила в редакцию 13.01.2014

SPECIES DIVERSITY OF WEEDS AT THE FIELD SCALE AND ITS RELATION WITH SOIL PROPERTIES

M.I. Kondrashkina, A.V. Zotkina

Weed ability was studied under field condition with the presence of oat and without it. Shannon index demonstrate high species divercit. Species composition didn't depend on the presence of oat. Agropyron repens (L.) Beauv., Chenopodium album L., Cirsium arvense (L.) Scop., Tripleuro-

spermum inodorum (L.) Sch. Bip. and Fumaria officinalis L. were the most abundant weeds in all experimental plots. Relationship between soil pH and ability of F. officinalis and Mentha arvensis L. were detected under dry conditions.

Key words: weed species abundans and ability, Shannon index, relationship between weed abundance and soil properties.

Сведения об авторах

Кондрашкина Марина Иосифовна, канд. биол. наук, доцент каф. общего земледелия и агроэкологии ф-та почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова. Тел.: 8(495) 939-33-52; e-mail: kondra_mar@mail.ru. Зоткина Анастасия Владиславовна, аспирант каф. общего земледелия и агроэкологии ф-та почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова. E-mail: zontik1504@mail.ru.