Екологічні засоби боротьби з бур’янами

Нові підходи до планування сівозміни в сучасних господарствах степового регіону США зумовлені насамперед удосконаленням технології використання пожнивних решток і підвищенням вимог щодо екологічного захисту водоймищ. Популярними сівозмінними культурами є кукурудза (Zea Mays), просо (Panicum miliaceum), сорго (Sorghum bicolor) і соняшник (Helianthus annuus), а також озима пшениця, культивація яких може чергуватися з витримуванням ділянок під паром. Розширення асортименту сівозмінних культур, а також упровадження передових технологій обробітку грунту дає змогу скоротити рівень внесення гербіцидів на 50%. Екологічний підхід до господарювання сприяє зменшенню щільності популяції рослин бур’яну без масованого використання хімічних засобів боротьби з ними.
Практика свідчить, що, хоча спектр сівозмінних культур і технології обробітку грунту можуть істотно змінюватися залежно від локальних кліматичних та економічних обставин, зважений підхід до засобів боротьби з бур’янами дає змогу значно зменшити залежність від використання хімікатів.
Основну загрозу господарствам степових регіонів США становлять однорічні бур’яни. Найпоширеніші з них:  столокос (Bromus tectorum), кохія (Kochia scoparia), курай (Salsola iberica), мишій зелений (Setaria viridis), ценхрус (Cenchrus longispinis) і щириця звичайна (Amaranthus retroflexus). Найважливішою компонентою популяційної динаміки однорічних бур’янів є процес розповсюдження насіння; отже, екологічний підхід до боротьби з ними фокусується на засобах зменшення життєздатності насіння, а також засобах запобігання проростанню паростків і засобах зменшення кількості насіння, що формується зрілими рослинами. Всі ці засоби можна умовно згрупувати в п’ять категорій: оптимізація плану сівозміни; розширення асортименту сівозмінних культур; використання переваг безорної технології обробітку грунту; використання пожнивних решток на грунтовій поверхні;  підвищення конкурентоспроможності культурних рослин у боротьбі з бур’янами (рис. 1). Розглянемо заходи, що належать до кожної з названих категорій, приділяючи особливу увагу екології їхнього впливу на розвиток бур’янів.

Планування сівозміни:
чергування холодостійких і теплолюбних культур
Оптимізація порядку чергування холодостійких і теплолюбних культур може ефективно сприяти зменшенню популяції бур’янів. Зміна дат висівання та збирання дає можливість запобігати формуванню паростків бур’янів і насіння. Наприклад, паростки мишію зеленого з’являються із середини травня до початку червня, а розквітають на початку серпня. Отже, збирання озимої пшениці на початку липня дає можливість знищити паростки мишію зеленого до появи насіння. Такий самий принцип можна застосовувати й проти тих шкідливих рослин, чиї активні фази розвитку припадають на холодні місяці; ці бур’яни особливо вразливі в період, що передує висіванню соняшнику або інших теплолюбних культур. У США впровадження цього принципу планування сівозміни виявилося особливо корисним у центральному регіоні Великих рівнин, де виробництво як теплолюбних, так і холодостійких культур є прибутковим.

Принцип дії цієї стратегії планування сівозміни полягає в її впливі на живучість насіння, наявність якого в грунті є основним джерелом ураження ділянки бур’янами. Кожна окрема насінина може прорости, виявитися безплідною через несприятливі природні умови або ж загинути, ставши їжею для тварин чи мікроорганізмів, що з плином часу призводить до поступового зменшення життєздатного насіння. Наприклад, протягом року після потрапляння на грунт кількість життєздатного насіння мишію зеленого скорочується до 20% а через два роки — не перевищує 5%. Таке стрімке скорочення рівня життєздатності насіння є характерною ознакою однорічних бур’янів.
Чергування культур із різними циклами розвитку дає змогу виробникам використати цю природну вразливість бур’яневого насіння сої собі на користь. Слід зазначити, що довготривалі експерименти в степовій агрокліматичній зоні США допомогли дослідникам зробити дещо несподіваний висновок: дотримання сівозміни зі щорічним чергуванням таких теплолюбних і холодостійких культур, як озима пшениця та просо, спричиняє підвищення щільності популяції бур’янів. Натомість, зменшення щільності популяції бур’янів досягалося плануванням сівозмін із чотирирічними циклами, в рамках яких протягом двох років на ділянці вирощували холодостійкі культури, а протягом наступних двох років — теплолюбні. Аналіз стану трьох дослідних ділянок свідчить, що впровадження чотирирічного циклу сівозміни дає восьмиразовий виграш порівняно з дворічним циклом. У деяких випадках, замість висівання тієї чи іншої культури, дослідні ділянки тримали під паром.

Розширення асортименту сівозмінних культур
Дальші експерименти з чотирирічним циклом сівозміни виявили небажаність висівання однієї культури два роки поспіль. Наприклад, висівання кукурудзи як теплолюбної культури протягом двох років супроводжувалося підвищенням щільності популяції бур’янів порівняно з тими ділянками, де кукурудзу чергували із соняшником. Ця закономірність пояснюється регіональними особливостями календарного циклу проростання  паростків бур’янів (рис. 2). Появу паростків холодостійких бур’янів відображено в першому піці графіка, тоді як другий пік складається переважно з теплолюбних  бур’янистих паростків. Висівають кукурудзу зазвичай рано у травні, тоді як соняшник прийнято саджати трьома-чотирма тижнями пізніше; це відстрочення дає виробникам можливість винищити від 35 до 50%  паростків бур’янів, що створюють потенційну загрозу  соняшнику. В разі висівання кукурудзи ці паростки довелося б винищувати після посівної.
Схожі тенденції спостерігаються також у виробництві озимої пшениці, висівання якої два роки поспіль загострює проблему бур’янів. Отже, урізноманітнення теплолюбних культур та уникнення висівання озимої пшениці упродовж двох років сівозміни дає змогу повною мірою скористатися перевагами чотирирічного сівозмінного циклу. Цей цикл зручно вважати складеним із пари дворічних інтервалів, що їх використовують для вирощування теплолюбних і холодостійких культур. Сьогодні найбільшого поширення в регіоні набули два сівозмінні плани: озима пшениця — кукурудза — просо — пар та озима пшениця — кукурудза — соняшник — пар. Як і соняшник, просо висівають через три-чотири тижні після кукурудзи.

Оранка зменшує ефективність боротьби з бур’янами
Виробники, які періодично зорюють грунт задля внесення добрив на основі безводного аміаку, часто стикаються із загостренням проблеми бур’янів, оскільки закладення  насіння бур’янів у грунт підвищує довгострокові перспективи збереження його життєздатності. Насіння, що залишається на поверхні грунту, перебуває в агресивнішому природному оточенні, й безорне рослинництво дає можливість повною мірою скористатися цим у боротьбі з бур’янами.
Довгострокове збереження життєздатності насіння бур’янів є важливим чинником підвищення щільності популяції бур’янів. Цю тезу довела, зокрема, серія польових досліджень, спрямованих на вивчення можливостей боротьби з бур’янами в рамках орної та безорної технологій обробітку грунту. Після висівання  рослин бур’янів експериментатори протягом трьох років спостерігали за динамікою їхнього розвитку, перешкоджаючи потраплянню нового насіння в грунт дослідних ділянок. У перший рік щільність популяцій бур’янів на обох дослідних ділянках виявилася майже однаковою, але на другий рік уже спостерігалася приблизно подвійна відносна розбіжність (рис. 3). Третього року цей параметр сягнув 8; отже, переваги безорної технології в боротьбі з бур’янами проявляються з часом.

Упровадження безорного обробітку грунту з чотирирічним сівозмінним циклом можна розглядати як ефективну комплексну програму боротьби з бур’янами. Наприклад, протягом двох суміжних років, відведених теплолюбним культурам, холодостійкі бур’яни втрачають змогу виробляти насіння, внаслідок чого кількість їх паростків, яким вдалося прорости, значно зменшується протягом дальшого періоду, коли ростуть холодостійкі культури.
Важливість взаємодії між технологією обробітку грунту та плануванням сівозміни для контролю бур’янів було продемонстровано серією досліджень на ділянках, розміщених у регіоні Великих рівнин. Одну з ділянок обробляли за безорною технологією, тоді як іншу щороку орали плугом з V-подібними лемешами, призначеними для руйнування коренів на глибині від 5 до 8 см. Конструктивною особливістю цього плуга є мінімізація впливу на цілісність структури грунту, а також невелика ефективність загортання пожнивних решток, що становить 10%. Заходи боротьби з бур’янами на другій ділянці відповідали загальноприйнятій практиці. У 2001 році після дворазового повторення найдовшого з досліджуваних сівозмінних циклів ми підрахували кількість  паростків бур’янів,  що проросли на ділянках, де не застосовували гербіциди. Щільність популяцій бур’янів, більш як на 85% складених з кохії, столокосу, щириці звичайної, мишію зеленого та полевички (Eragrotis cilianensis), виявилася майже однаковою на ораних і неораних ділянках.
Під час дослідження ми порівнювали два сівозмінні плани, один з яких (у табл. 1 умовно позначено як 1:1) передбачав щорічне чергування холодостійких і теплолюбних культур, а інший складався з пари дворічних циклів, протягом яких висівали холодостійкі або теплолюбні культури (див. 2:2 у табл. 1). Згідно із зазначеним вище, найбільшою щільністю бур’янів на обох ділянках характеризувався сівозмінний план 1:1. Однак важливо відзначити, що, незалежно від застосованого сівозмінного плану, оранка посилювала проблему ураження бур’янами. Крім того, було встановлено, що різниця між щільністю бур’янів на ділянках, які обробляли згідно з дворічним і чотирирічним сівозмінними планами, значно зростає, якщо обробку здійснювати за безорною технологією. Так, на ораних ділянках, оброблених за циклом 1:1, щільність популяції бур’янів виявилася вп’ятеро вищою, ніж на ораних ділянках, оброблених за чотирирічним циклом, тоді як для неораних ділянок відповідний показник сягнув 13. Розбіжність пояснюється тим, що закладення  насіння бур’яну в грунт створює сприятливі умови для довготривалого збереження його життєздатності.
Навіть за умов застосування гербіцидів дотримання вимог безорної технології дає змогу досягати кращих результатів у боротьбі з бу’рянами. Це стимулює рослинників відмовлятися від традиційних хімікатів на основі безводного аміаку на користь рідких добрив, що не потребують оранки.

Пожнивні рештки як засіб придушення бур’янових паростків
Початковий досвід упровадження технології безорного обробітку грунту в регіоні Великих рівнин продемонстрував, що процес проростання бур’янових паростків відчутно стримувався на ділянках зі значною кількістю пожнивних решток. Було з’ясовано, що пожнивні рештки формують несприятливе оточення для розвинення паростка як у фізичному, так і в алелопатичному сенсі. Кожні додаткові 1000 кг пожнивних решток озимої пшениці в перерахунку на гектар площі зменшують інтенсивність проростання бур’янових паростків на 14%.
Задля підвищення ефективності використання пожнивних решток для боротьби з бур’янами виробники вдаються до збільшення щільності висівання озимої пшениці та використовують високорослі сорти. Ці заходи дають змогу збільшити масу решток на 2000–2500 кг/га порівняно з традиційною практикою. Використання пожнивних решток проса для боротьби з бур’янами дає аналогічні результати.

Конкурентне витиснення бур’янів культурними рослинами
Будь-який спосіб боротьби з бур’янами не є абсолютним: завжди слід припускати, що, попри всі запобіжні заходи, певна кількість бур’янів проросте і вступить у конкурентну боротьбу з культурними рослинами. Отже, важливо створити умови, за яких останні матимуть у цій боротьбі якнайбільше конкурентних переваг. Такою перевагою може бути, приміром, висока щільність висівання, здатна значною мірою позбавити паростки бур’янів потрібної для їхнього розвитку енергії сонячного випромінювання. Однак запорукою перемоги в боротьбі з бур’янами на цій стадії є оптимальне комбінування кількох агротехнологічних заходів. Наприклад, конкурентоспроможність соняшнику в боротьбі з бур’янами залежить від щільності висівання, використання високорослих сортів і відстрочення сівби. Упровадження одного з цих заходів може зменшити біомасу бур’янів на 5–10% порівняно з традиційною практикою (рис. 4). Комбінація двох заходів дає виграш у 29–25%. А вдавшись до трьох заходів водночас, виробник може довести цей показник майже до 90%. Синергетичне сполучення кількох чинників кількісного характеру дає можливість отримати якісну перевагу не лише у виробництві соняшнику. Наприклад, кукурудза виграє в боротьбі з бур’янами завдяки зменшенню міжрядкової відстані, збільшенню щільності висівання та адресному використанню добрив (рис. 4).
Синергетичне сполучення кількох чинників можливе також для озимої пшениці та проса. Виробники проса можуть позбутися близько 90% щириці звичайної у перерахунку на біомасу завдяки ущільненому висіванню та відстроченій сівбі.
Важливо пам’ятати, що збитки від рослин, які не вдалося знищити в такий спосіб, можна мінімізувати за допомогою інших заходів, наприклад, завдяки впровадженню повністю безорної технології. Як згадувалося вище, у рослинницьких господарствах поширюється практика використання рідких добрив, що дають можливість відмовитися від оранки, а також обмежити площу внесення шириною рядка.

Переваги екологічних заходів боротьби з бур’янами
Запровадження безорної технології обробітку грунту та розширення асортименту сівозмінних культур у сучасних рослинницьких фермах США робить їх учетверо прибутковішими порівняно з традиційними господарствами, де сівозмінний цикл обмежується озимою пшеницею та паром. Основне джерело економічних переваг завдяки модернізації — підвищення продуктивності та зменшення витрат на обробіток ділянок.
Зокрема, вартість витрат на заходи боротьби з бур’янами зменшується на 50%, оскільки природне зменшення щільності популяції бур’янів знижує потребу використання гербіцидів. Застосування циклу озима пшениця — кукурудза — просо — пар звільняє виробників від потреби обробляти гербіцидами поля з озимою пшеницею та просом, оскільки мала щільність популяції бур’янів не впливає на показники родючості цих культур. Ефективність обох класів гербіцидів, які можна призначати для обробітку грунтової поверхні або листовиння, характеризується зворотною залежністю від щільності популяції бур’янів; отже, застосування природних заходів боротьби з бур’янами сприяє зменшенню рівня внесення агрохімікатів. Потреби щодо агрохімічної обробки ділянок під паром також скорочуються: зазвичай, виробники задовольняються дво- або триразовим внесенням гербіцидів, що значно зменшує виробничі витрати порівняно з традиційною практикою п’яти- або семиразового внесення. Виробники, які запровадили технологію безорного обробітку грунту та практику сівозміни з використанням розширеного асортименту культур, вважають витрати на боротьбу з бур’янами одним із незначних пунктів своїх накладних витрат.
Слід зауважити, що модернізація рослинницького виробництва потребує розуміння комплексної взаємодії численних агротехнологічних чинників. Застережливим прикладом може слугувати досвід деяких виробників, що практикують сівозміну за схемою озима пшениця — кукурудза — просо, складену з двох теплолюбних та однієї холодостійкої культури. Незважаючи на безорний обробіток грунту, розширення асортименту сівозмінних культур, консервативне вживання пожнивних решток і здійснення заходів для підвищення конкурентоспроможності культур у боротьбі зі шкідливими рослинами, їхні ділянки страждають від холодостійких бур’янів. Аналогічна проблема спостерігається в господарствах, де практикується п’ятирічна сівозмінна схема озима пшениця — кукурудза — просо — кукурудза — пар: щільність тамтешньої популяції теплолюбних бур’янів із плином часу зростає. Відмова від безорного обробітку грунту теж може зумовити небажані наслідки, пов’язані зі створенням сприятливих умов для підвищення життєздатності бур’янистого насіння, а також із непродуктивними втратами пожнивних решток.