Современная методология фитосанитарного мониторинга сорных растений

УДК 632.5.01/.08

Современная методология фитосанитарного мониторинга сорных растений

Н.Н. ЛУНЕВА,

руководитель лаборатории гербологии ВИЗР

Для оптимизации фитосанитарного мониторинга необходимы достоверные данные о тенденциях распространения видов сорных растений на территории РФ и влиянии основных экологических факторов на динамику их численности.

Значительное число видов сорных растений попало в свое время на территорию нашей страны из Европы. Зона их основного распространения (территория, где вид является обычным, но не вредоносным) различна: одни из них не заходят за Уральский хребет, другие достигают Дальнего Востока, но вредят, в основном, в западной части страны. Среди них щавель курчавый Rumex crispus L., пупавка полевая Anthemis arvensis L., сурепка обыкновенная Barbarea vulgaris R.Br., дымянка лекарственная Fumaria officinalis L., метлица обыкновенная Apera spica-venti (L.) Beauv., череда трехраздельная Bidens tripartita L., капуста полевая Brassica campestris L., дес-курения Софии Descurainia Sophya (L.) Webb. et Prantl. и др.

Ряд видов сорных растений, произрастающих, главным образом, на территории Северного Кавказа (например, хориспора нежная Cho-rispora tenella (PaN.)DC, молочай солнцегляд Euphorbia helioscopia L., бифора лучистая Bifora radians Bieb. и др.), распространены также в югозападных и южных областях европейской части РФ. Пути их заноса на территорию России проходят, в основном, через Закавказье.

Некоторые виды попали в нашу страну как через Закавказье, так и Среднюю Азию. Они произрастают в основном в южных областях РФ и,

хотя некоторые из них к настоящему времени распространились достаточно широко, их зоны вредоносности сосредоточены на юге: канатник Теофраста Abutilon theophrastii Medik., гибискус тройчатый Hibiscus trionum L., лебеда татарская Artiplex tatarica L., сердечница крупковая Cardaria draba (L.) Desv. и др.

Есть виды вредоносные в южных областях Восточной и, отчасти, Западной Сибири. Зона основного их распространения простирается к востоку и северу от этих регионов, и лишь у некоторых достигает южных областей европейской части РФ. В эту группу входят просо сорное Panicum miliaceum subsp. ruderale (Kitag.) Tzvel., капуста сизая Brassica juncea (L.) Czern., солянка холмовая Salsola collina Pall. и др.

На Дальнем Востоке вредоносна небольшая группа видов сорняков, зона основного распространения которых невелика и расположена, главным образом, в Восточной Сибири. Это мята канадская Mentha canadensis L., аметистка голубая Ametistka caerulea L., акалифа южная Acalipha australis L., дурнишник сибирский Xanthium sibiricum Patrin et Widd. и др.

Есть виды, произрастающие на всей территории РФ, их зоны вредоносности также довольно обширны и расположены во всех регионах. Эти виды-космополиты широко распространены в северном полушарии, например, вьюнок полевой Convolvulusarvensis L., мятлик однолетний Poa annua L. и др.

Ареал любого вида не имеет четко очерченных границ. При удалении от центра ареала к периферии частота встречаемости падает, и зона основного распространения плавно переходит в зону спорадического распространения, где экземпляры вида встречаются очень редко.

Таким образом, видовой состав сорных растений в разных регионах РФ может быть различным по составу обычных, вредоносных и спорадически распространенных видов. Наибольшее количество обычных и вредоносных видов произрастает на территории европейской части РФ, в Западной и Восточной Сибири, количество и тех и других плавно снижается, а на территории Дальнего Востока вновь увеличивается. Количество же спорадически распространенных видов возрастает по направлению с запада на восток и достигает максимума на Дальнем Востоке. Следовательно, посевы на территории европейской части РФ, где и расположена основная часть пахотных земель, подвергаются риску засорения гораздо большим количеством видов сорных растений (в том числе и вредоносных), чем другие регионы РФ, и, следовательно, меры борьбы надо разрабатывать против большего числа объектов.

Коэффициент флористического сходства Чекановского-Съеренсена между сегетальными элементами флор всех регионов довольно высок. Это свидетельствует о том, что во всех регионах большое количество одинаковых видов. Наибольшее сходство видового состава сорных растений отмечено между Западной и Восточной Сибирью, Восточной Сибирью и Дальним Востоком, то есть в сегетальных флорах граничащих друг с другом регионов.

По коэффициенту флористического сходства между регионами с учетом только вредоносных видов сорных растений больше всего одинаковых вредоносных видов в сегетальных флорах европейской части РФ и Западной Сибири, а также Западной и Восточной Сибири, то есть в соседних регионах, исключая Дальний Восток: зоны основного распространения, а тем более зоны вредоносности многих видов не достигают территории Дальнего Востока, зато там вредоносны виды, распространенные только на Дальнем Востоке и изредка в Восточной Сибири. Таким образом, для каждого крупного регио-

на можно выявить комплекс видов сорных растений, подразделенный на обычные, вредоносные и спорадические виды, причем между пограничными регионами обнаруживается значительное флористическое сходство.

Несмотря на то, что распространение сорных растений обусловлено многими факторами, в том числе и антропогенными, основополагающей является тепло- и влагообеспе-ченность. Все изменения видового состава и численности видов в агроценозе происходят на базе сформировавшихся в течение длительного времени устойчивых видовых комплексов. В процессе расселения, поддерживаемого регулярным заносом в несвойственные для них регионы, виды сорных растений закрепляются в новых местообитаниях только при наличии подходящих условий. Распространение вида внутри границ его ареала (в зонах как основного распространения, так и вредоносности) неоднородно, но в настоящее время информация о пространственной динамике численности видов сорных растений фрагментарна. Вместе с тем, создание региональных зональных систем защиты растений нуждается в точных данных о распространении видов сорных растений в конкретных областях.

Современная технология фитосанитарного мониторинга сорных растений должна базироваться на комплексном использовании методов, позволяющих получать информацию о распространении видов сорных растений на территории РФ, и зависимости пространственной динамики их численности от влияния основных экологических факторов; отслеживать многолетнюю динамику и тенденции процесса засорения посевов в регионах; выявлять современные региональные устойчивые комплексы сорных растений в посевах различных культур и разрабатывать достоверный прогноз развития видов сорных растений с учетом региональных вариаций экологических факторов и региональных систем земледелия.

Методология мониторинга сорных растений основана в первую очередь на подходе к виду сорного растения, как к биологическому виду, представленному на пространстве своего ареала системой многочисленных популяций, причем не только в агроценозах. Этим обусловливается использование эколого-гео-графического подхода при изучении влияния экологических факторов на распространение видов сорных растений и регионального подхода -при составлении региональных комплексов сорных растений и прогнозировании их развития.

Предлагаемый нами комплекс методов фитосанитарного мониторинга базируется на анализе ареалов видов сорных растений и зон их вредоносности, пространственном моделировании прогностических зон различной численности объектов, конструировании базы данных для хранения и анализа информации и использовании современной электронной техники (цифровые камеры, ноутбуки с беспроводным выходом в Интернет, ОРБ-навигаторы). При этом используют: метод сбора, хранения и анализа информации научных публикаций и гербарных этикеток с использованием базы данных «Сорные растения во флоре России». Выполнение любой научной задачи начинается с изучения данных научных публикаций по рассматриваемому вопросу. При выполнении задач в одной области исследования приходится неоднократно обращаться к одним и тем же литературным источникам и анализировать одну и ту же информацию сточки зрения поставленных задач. Блок «Сбор информации о распространении видов сорных растений на территории России», являющийся частью указанной БД, предназначен для формализованного ввода информации из научных публикаций и гербарных этикеток и последующего многократного обращения к сохраненным данным и их анализа путем формирования выборок информационных массивов по разным запросам;

метод анализа многолетних данных областных филиалов Россель-хозцентра (бывшие станции защиты растений) по засоренности посевов и посадок сельскохозяйственных культур. Анализ таких данных позволяет отследить многолетнюю динамику и выявить тенденции процесса засорения посевов сельскохозяйственных культур в области, выявить сформировавшиеся за много лет современные региональные устойчивые комплексы сорных растений, определить доминирующие виды сорных растений и их плотность как в каждой сельскохозяйственной культуре, так и в области в целом;

метод учета и анализа засоренности посевов и посадок сельскохозяйственных культур с использованием базы данных «Сорные растения во флоре России». Метод направлен на изучение засоренности посевов в текущем полевом сезоне на территории сельскохозяйственных предприятий обследуемого региона. Формализация полевыхданных обеспечивается использованием для описания агроценозов разработанного в лаборатории гербо-логии «Бланка описания поля». На этапе систематизации данных осуществляется ввод информации бланка в формализованное аналогичным образом пространство блока «Описание» полей - в БД «Сорные растения во флоре России». В режиме анализа информации по запросам формируются массивы данных, по которым осуществляются автоматическое формирование таблиц и вывод их из базы данных в электронную оболочку Excel для последующего осмысления, а также для печати. В режиме поиска возможно получить ответы по следующим позициям: средняя встречаемость и проективное покрытие всех видов на поле; встречаемость и обилие доминирующих видов сорных растений на поле; видовой состав сорных растений в посевах отдельной культуры в регионе (области, районе); видовой состав сорных растений в посевах отдельной культуры после различных

предшественников, при разных способах обработки почвы; общий видовой состав сорных растений в регионе (области, районе);

метод маршрутного обследования территории для изучения влияния экологических факторов на распространение видов сорных растений. С его помощью изучается динамика численности видов сорных растений на территории регионов РФ в зависимости от влияния основных экологических факторов. В результате проведенного анализа выявляются региональный видовой комплекс сорных растений и их встречаемость и обилие в разных участках региона (области) в зависимости от действия основных экологических факторов. Строятся прогностические карты динамики численности отдельных видов сорных растений. На основе этих данных разрабатывается прогноз распространения видов в условиях региональных вариаций экологических факторов.

Последовательность действий, выполняемых с помощью указанных методов: описание динамики и тенденций процесса засорения посевов сельскохозяйственных культур в изучаемом регионе по многолетним данным Россельхозцентра. Выявление устойчивого в данной области комплекса видов сорных растений с перечнем доминирующих видов в посевах различных сельскохозяйственных культур. Дополнение и подтверждение данных Россельхозцентра литературными и гербарны-ми данными;

выявление тенденций распространения видов сорных растений по территории области в зависимости от воздействия основных экологических факторов. Построение прогностических картдинамики численности видов сорных растений на территории изучаемой области. Выявление видов, для которых экологические условия региона являются оптимальными, подходящими или недостаточными;

выявление особенностей засоренности посевов сельскохозяй-

ственных культур на территории области в настоящее время: засоренные площади, доминирующие виды, плотность доминирующих видов в посевах, особенности засоренности в зависимости от культуры-предшественника и способа обработки почвы в случаях использования химических средств защиты от сорняков и т. п. Сопоставление полученных результатов с многолетними данными. Подразделение списков видов сорных растений, распространенных в целом по области и в посевах отдельных культур, на доминирующие, обычные и спорадически распространенные;

анализ списка видов, разработка прогноза дальнейшего развития каждого вида с учетом региональных вариаций экологических факторов и с учетом региональных систем земледелия.

Остановимся подробно на предлагаемом нами методе изучения динамики численности видов сорных растений. Он основан на использовании баз данных показателей экологических факторов в интерактивном «Агроатласе» (www.agroatlas.ru). Исследования по предложенной выше методике позволяют не только выявить пространственную динамику численности вида, но и определить экологические ниши местообитаний видов. Так, распространение двух видов сорных растений - щетинни-

ков сизого Setaria pumila (Poir.) Schult. и зеленого S. viridis (L.) Beauv. - на обследованной нами территории от Тверской области до Южного Зауралья обусловлено следующими сочетаниями показателей тепло- и влаго-обеспеченности (см. таблицу).

Территория от Приокской низменности до Приволжской возвышенности (территория 1) характеризуется теплым и сухим климатом. Высота над уровнем моря колеблется от менее 100 м в долинах рек до высоты значительно более 200 м над уровнем моря. Щетинник зеленый встречается здесь как в долинах рек, так и на возвышенностях, но изредка. Для произрастания щетинника сизого эта зона является оптимальной. Причем пределы значений высоты, тепло- и влагообспеченности в местообитаниях щетинника сизого заметно шире, чем у щетинника зеленого. То есть щетинник сизый встречается здесь на более сухих и более влажных, более теплых и более прохладных, более низких и более высоких местообитаниях, чем щетинник зеленый.

Далее от высокого Правобережья Волги через долинное Левобережье до предгорий Урала (территория 2) рельеф очень разнообразен, местообитания обоих видов характеризуются как более низкими высотами над уровнем моря, так и значительно более высокими, чем на предыдущей территории. Амплитуда зна-

Показатели тепло- и влагообеспеченности, а также высоты над уровнем моря местообитаний щетинников зеленого и сизого

т Н о е р р s р Вид щетинника Высота над уровнем моря

і Зеленый 264-197 (67) 447-434 (394) 2497-2758 (3109) 10,71

Сизый 118-276 334-514 2433-3109 67,9

2 Зеленый 74-332 379-468 2325-3036 30,55

Сизый 62-286 379-468 2376-3049 50

3 Зеленый 156-165 438-455 2505-2701 17,64

Сизый 114-178 412-549 2377-2878 41,2

4 Зеленый 280-422 9 4 4 - 4 8 3 2078-2277 28,57

Сизый 280-351 6 3 4 -4 8 3 2146-2277 21,4

5 Зеленый 238-529 312-416 2143-2536 70,58

Сизый 237-238 357-364 2290-2317 11,8

6 Зеленый 49-184 320-418 2661-2852 68,18

Сизый 114-178 335-386 2696-2852 40,9

* См. в тексте.

чений показателей теплообеспечен-ности и влажности в местообитаниях щетинника зеленого возрастает одновременно возрастает в 3 раза и его встречаемость. Пределы значений показателя влагообеспечен-ности местообитаний щетинника сизого сужаются, а теплообеспечен-ность в целом несколько понижается. Хотя встречаемость этого вида заметно снижается по сравнению с предыдущей территорией, однако очевидно, что для произрастания щетинника сизого эта территория более благоприятна, чем для щетинника зеленого.

К северу, по направлению к Московской возвышенности, рельеф становится заметно ниже, климат влажнее и прохладнее (территория 3). Встречаемость обоих видов понижается по сравнению с предыдущей территорией. Однако щетинник сизый встречается в более разнообразных по влаго- и теплообеспечен-ности местообитаниях, и встречаемость его здесь в 2 раза выше, чем щетинника зеленого.

За Уральским хребтом, на севере Челябинской области (территория 4), рельеф становится гораздо выше, влагообеспеченность практически такая же, как в предгорьях Южного Урала, а теплообеспеченность -ниже. Хотя здесь и холоднее, встречаемость щетинника зеленого практически такая же, как и в Предуралье, то есть фактор теплообеспеченнос-ти меньше влияет на его распространение. Разнообразие местообитаний щетинника сизого по факторам высоты, тепла и влажности на этой территории и его встречаемость гораздо ниже, чем у зеленого.

На территории Южного Урала (территория 5) перепады высоты над уровнем моря больше, чем на севере Челябинской области, и здесь самые высокие местообитания щетинника зеленого. Климат на этой территории сухой и теплый. Встречаемость щетинника зеленого достигает своего максимума, а щетинника сизого - минимума, последний не поднимается на большие высоты, а пределы значений тепло- и влагоо-

беспечивающих факторов для него гораздо уже, чем у первого вида.

От Южного Урала, по предгорьям, в направлении Общего Сырта, территория 6 характеризуется сложным рельефом с перепадами высот, но в целом местность понижена. Климат сухой и жаркий. Встречаемость щетинника зеленого здесь также очень высока, а сизого, хотя повышается (по сравнению с Южным Уралом почти в 4 раза), но заметно ниже, чем у зеленого.

В целом можно констатировать, что распространение щетинника зеленого обусловлено в большей мере тепло- и влагообеспеченностью, чем показателем высоты. Этот вид предпочитает сухой и очень теплый климат. Сравнение встречаемости вида в зонах, близких по теплообес-печенности, показало, что ведущая роль принадлежит фактору низкой влагообеспеченности - чем суше, тем благоприятнее условия произрастания. Щетинник сизый предпочитает зону, не только обеспеченную теплом, но и достаточно увлажненную, причем зависимость от влаго-обеспеченности имеет для этого вида обратное значение: чем суше, тем менее благоприятны условия для произрастания этого вида. Этим и обусловлен тот факт, что зона вредоносности щетинника сизого не продвигается за Уральский хребет, несмотря на то, что вид распространяется далее на восток.

Сопоставление динамики численности видов сорных растений в зависимости от показателей экологических факторов на территории отдельной области с биологическими особенностями этих видов, данными обследования засоренности посевов сельскохозяйственных культур области и многолетними данными формирования засоренности посевов не только облегчает дальнейший прогноз развития сорных растений в посевах на данной территории, но и обеспечивает высокий уровень его достоверности. Так, использование этих методов натерритории Курганской области позволило получить следующие результаты.

Уровень увлажнения, а также показатели плодородия и засоленности почв благоприятствуют произрастанию бодяка щетинистого Cirsium setosum (Willd.) Bess, вьюнка полевого, осота полевого Sonchus arven-sis L., овсюга пустого Avena fatua L., проса сорного и щетинника зеленого на всей территории Курганской области, которая является частью зоны вредоносности каждого из этих видов. В посевах пшеницы яровой эти виды сорных растений ежегодно являются доминирующими и требуют применения мер борьбы.

Природные условия области также оптимальны еще для довольно большой группы видов (марь белая Chenopodium album L., щирица запрокинутая Amaranthus retroflexus L., мелколепестник канадский Conyza canadensis (L.) Cronq., капуста полевая Brassica campestris L., редька дикая Raphanus raphanistrum L., марь остистая Teloxys aristata (L.) Mog., гречишка вьюнковая Fallopia convolvulus (L.) A.Love, василек синий Centaurea cyanus L., пастушья сумка обыкновенная Capsella bursa-pastoris (L.) Mtdic., липучка оттопыренная Lappula squarrosa (Retz.) Dumort, марь сизая Chenopodium glaucum L., горец развесистый Persicaria lapathifolia (L.) S.F. Gray, гречиха татарская Fagopyrum tataricum (L.) Gaertn, ярутка полевая Thlaspi arvense L.), которые регулярно засоряют посевы пшеницы яровой, но на протяжении последнего десятилетия не вышли в число доминирующих видов. Это однолетние ранние яровые сорные растения, успешно подавляемые гербицидами, что снижает их обилие и встречаемость в посевах пшеницы яровой. К тому же они эво-люционно приспособлены к оптимальным для них условиям ежегодной вспашки почвы, поэтому широкое применение в последнее десятилетие прямого сева (по стерне), мало нарушающего пахотный горизонт почвы, приводит к ее уплотнению, что также снижает обилие однолетних видов. В современных сложившихся условиях выращивания пшеницы яровой в Южном Зауралье эти виды

контролируются, но при изменении режима обработки почвы (например, в пропашных культурах) и снижении уровня химической защиты посевов можно прогнозировать их выход в число доминирующих сорных растений. Для их подавления можно рекомендовать севообороты с пропашными культурами, а на пропашных культурах - своевременную междурядную обработку почвы.

Природные условия Курганской области не оптимальны для произрастания таких видов, как пырей ползучий Elytrigia repens (L.) Nenski, чина клубневая Lathyrus tuberosus L., горец птичий Polygonum aviculare L., горошек мышиный Vicia cracca L., подмаренник Вайланта Galium vailanthii DC. В поисках влаги, которой им здесь недостает, они тяготеют к понижениям рельефа (канавам, балкам, поймам рек) и входят в Южном Зауралье в группу опушечно-луговых, лугово-степных и рудераль-ных видов. В посевах яровой пшеницы либо не встречаются, либо встречаются редко и в небольшом количестве, так как повсеместное применение прямого сева пшеницы (по стерне) не способствует сохранению необходимого для этих видов количества влаги (по сравнению со вспаханным полем). По нашим наблюдениям, в условиях достаточного увлажнения чина клубневая и подмаренник Вайланта достигают заметного обилия на полях пшеницы яровой. В пропашных культурах, где применяется весенняя вспашка и рыхление междурядий, влага задерживается лучше, поэтому можно прогнозировать более обильное произрастание таких видов в пропашных культурах, особенно во влажные годы.

Многолетние латук татарский Lactuca tatarica (L.) C.A. Mey., полынь обыкновенная Artemisia vulgaris L., одуванчик лекарственный Taraxacum officinale Wigg., молочай лозный Euphorbia virgata Waldst. & Kit., а также однолетний (иногда - двулетний) латук компасный Lactuca serriola L. встречаются на полях пшеницы яровой. Несмотря на то, что почвенноклиматические условия для произра-

стания этих видов в Курганской области благоприятны, ни один из них в течение последнего десятилетия, по данным Курганского филиала Рос-сельхозцентра, не вошел в группу видов доминирующих в посевах яровой пшеницы. Эти виды предпочитают более уплотненные рудеральные местообитания, поэтому обильно произрастают по окраинам полей и обочинам полевых дорог По нашим наблюдениям, на уплотненных почвах в прямых посевах (по стерне) молочай лозный и латук татарский могут расселяться значительными по размерам очагами по всей территории поля. Успешно подавить развитие этих видов в посевах яровой пшеницы можно, соблюдая севооборот с включением пропашных культур.

Для таких однолетних видов, как щетинник сизый, ежовник обыкновенный Echinochloa crusgalli (L.) Beauv., трехреберник непахучий Tripleurospermum perforatum (Murat) M. Lainz. и марь многосемянная Chenopodium polyspermum L., почвенно-климатические условия здесь не оптимальны по влагообеспечен-ности, поэтому, хотя Курганская область включена в зону основного распространения этих видов, они не вошли в группу доминирующих сорняков в посевах зерновых культур. Однако позднеяровые сорняки ще-

тинниксизый и ежовникобыкновенный в условиях достаточного увлажнения в середине лета достигают заметного обилия. особенно в посевах пропашных культур.

Еще в большей степени это относится к многолетним чистецу болотному Stachys palustris L. и мать-и-мачехе обыкновенной Tussilago farfara L., которым значительно недостает влаги, и хотя эта территория является зоной их основного распространения, они расселяются по понижениям рельефа (балкам, оврагам, поймам рек) и редко заходят в поля, поэтому не представляют на территории Южного Зауралья проблемы в посевах.

Щирица белая Amaranthusalbus L., щирица жминдовидная A. blitoides S. Wats., аистник цикутовый Erodium cicutarium (L.) L’Her, дымянка лекарственная, пикульники двунадрезан-ный Galeopsis bifida Boenn. и красивый G. speciosa Mill. распространены на территории Курганской области спорадически, почвенно-климатические условия области значительно отличаются от оптимальных для их произрастания, поэтому в полях встречаются очень редко.

Таким образом, предлагаемый подход позволяет более достоверно прогнозировать дальнейшее развитие видов сорных растений на изучаемой территории.

Аннотация. Предлагаемая технология мониторинга сорных растений базируется на комплексном использовании таких методов и приемов работы, которые позволяют получать информацию о распространении видов сорных растений на территории РФ, а также о влиянии основных экологических факторов на пространственную динамику численности видов сорняков; отслеживать многолетнюю динамику и тенденции процесса засорения посевов в регионах; выявлять современные региональные устойчивые комплексы сорных растений в посевах различных культур и разрабатывать достоверный прогноз развития видов сорных растений в условиях региональных вариаций экологических факторов и с учетом региональных систем земледелия.

Ключевые слова. Сорные растения, распространение, экологические факторы, динамика численности, методы и технологии мониторинга.

Abstract. The offered technology of monitoring of weed plants is based on complex use of such methods and working methods which allow to receive the information on distribution of species of weed plants in territory of the Russian Federation, and also about influence of the basic ecological factors on spatial changes of number of kinds of weeds; to trace long-term changes and tendencies of process of a contamination of crops in regions; to reveal regional steady complexes of weed plants in crops of various cultures and to develop the authentic forecast of development of species of weed plants in conditions of regional variations of ecological factors and in view of regional systems of agriculture.

Keywords. Weed plants, distribution, ecological factors, changes of number, methods and technologies of monitoring.