Особенности распространения Ambrosia artemisiifolia L. в период засухи
При организации интенсивной системы земледелия существенной проблемой являются сорные растения, среди которых особого внимания заслуживает амброзия полыннолистная (Ambrosia artemisiifolia L.). Она принадлежит к числу карантинных растений Российской Федерации и широко распространена на территории Донбасса. Кроме того, засоряя посевы сельскохозяйственных культур, она снижает рентабельность их производства, ее пыльца вызывает аллергию у 10–20% людей. Поэтому анализ факторов, влияющих на распространение A. Artemisiifolia, представляет интерес для землепользователей во всём мире.
В Россию A. artemisiifolia попала из западной части Северной Америки, причем обнаружили свидетельства ее многократного завоза, и это объясняет причину ее значительного полиморфизма. Согласно исследованиям Pinke et al., (2011), A. artemisiifolia растет на всех типах почв, но предпочитает песчаные и кислые, а ее распространению способствуют среднее количество осадков в апреле (более 39 мм), среднее годовое количество осадков (более 592 мм) и средняя температура в мае (менее 15,5 °C).
К числу основных факторов, лимитирующих распространение A. Artemisiifolia, принадлежат недостаток влаги в период вегетации и дефицит тепла в период созревания семян. Вторичный ареал распространения A. artemisiifolia обусловлен сочетанием уровня влажности и температуры, поэтому тенденция к повышению температуры благоприятствует ее продвижению на север. Ambrosia artemisiifolia зацветает при 15-часовом световом дне и является поздним яровым сорняком. Обычно растет на полях и на недавно расчищенных участках. По мнению Laaidi et al. (2003), распространению A. artemisiifolia способствовала общая сельскохозяйственная политика в Европе, которая требовала от производителей сельскохозяйственной продукции оставлять часть своих земель под паром, являющимся потенциальным источником для ее распространения. Кроме того, по мнению Oswalt и Marshall (2008), увеличение посевных площадей подсолнечника (Helianthus annuus) предрасполагало распространению A. artemisiifolia, потому что оба вида относятся к семейству астровых, а в таком случае ряд гербицидов нельзя использовать. Концептуально как механические, так и химические агротехнические приемы способствуют повышению конкурентоспособности возделываемой культуры.
В числе наиболее эффективных приемов по борьбе с A. artemisiifolia рекомендованы соблюдение севооборота, мульчирование, механическая прополка, биологический контроль. Гербициды являются наиболее эффективным методом борьбы с A. artemisiifolia, но их чрезмерное использование приводит к проблемам экологического характера, может негативно влиять на развитие сельскохозяйственных культур. К тому же они не могут применяться возле жилых массивов, детских и школьных учреждений, в которых для ограничения распространения A. artemisiifolia рекомендовано применять обкашивание.
К сожалению, распространение A. artemisiifolia продолжается, несмотря на все активно применяемые агротехнические приемы по ее ограничению.
Согласно эколого-географическому анализу распространения A. artemisiifolia, европейская часть России до 48–50° северной широты может считаться зоной ее повсеместной натурализации, поэтому поиск способов, эффективно ограничивающих распространение A. Artemisiifolia, продолжается. Для решения этой задачи производители сельскохозяйственной продукции заинтересованы в выяснении факторов, лимитирующих распространение A. artemisiifolia.
Цель работы — выяснить особенности влияния агротехнических приемов (обкашивания, подсева злаков, применения гербицидов) и факторов окружающей среды на распространение A. artemisiifoliа в Донбассе.
Материалы и методы исследования
Анализ распространения A. artemisiifolia на сельскохозяйственных угодьях и местах искусственного озеленения проводили методом пробных площадок ежемесячно (с мая по сентябрь) в 2023 г. и в 2024 г.
Исследования проводили на территории ФГБОУ ВО «Луганский государственный аграрный университет им. К.Е. Ворошилова» (Луганский ГАУ) (участки № 1–4) в окрестностях Луганского ГАУ и по территории г. Луганска (Россия) (участки № 5, 6), по территории Учебно-научно-производственного аграрного комплекса «Колос» Луганского ГАУ (поле № 1–4, участки № 7, 8) (рис. 1).
Посевы сельскохозяйственных культур (поле № 1–3) осенью 2022 г. и 2023 г. обрабатывали бороной дисковой тяжелой (БДВП 6.3) «Краснянка» (ООО «Агроуниверсал», Россия) в 2 следа (на глубину 10–12 см) и культиватором (КПМ 12) производства ОАО «Слуцкий агросервис» (Белоруссия) на глубину 5–7 см).
Гербициды применяли путем опрыскивания баковой смесью «Рефери» (дикамба 35 г/л, 200 г/га) и «Гренадер» (3 бипуран-метил 750 г/кг) (ООО «Торговый дом “Кирово-Чепецкая химическая компания”», Россия) в дозе 20 г/га весной 2023 г. на полях № 1–3, а весной 2024 г. — только на полях № 1, 2. На поле № 4 были кормовые угодья с Medicago sativa L., но после 2019 г. его не обрабатывали, и к 2023 г. оно превратилось в залежь.
Участки искусственного озеленения № 1–4 находятся на территории Луганского ГАУ.
Посевы сельскохозяйственных культур (поле № 1–3) осенью 2022 г. и 2023 г. обрабатывали бороной дисковой тяжелой (БДВП 6.3) «Краснянка» (ООО «Агроуниверсал», Россия) в 2 следа (на глубину 10–12 см) и культиватором (КПМ 12) производства ОАО «Слуцкий агросервис» (Белоруссия) на глубину 5–7 см).
Гербициды применяли путем опрыскивания баковой смесью «Рефери» (дикамба 35 г/л, 200 г/га) и «Гренадер» (3 бипуран-метил 750 г/кг) (ООО «Торговый дом “Кирово-Чепецкая химическая компания”», Россия) в дозе 20 г/га весной 2023 г. на полях № 1–3, а весной 2024 г. — только на полях № 1, 2. На поле № 4 были кормовые угодья с Medicago sativa L., но после 2019 г. его не обрабатывали, и к 2023 г. оно превратилось в залежь.
Участки искусственного озеленения № 1–4 находятся на территории Луганского ГАУ.
На участке № 1 был посеян Poa bulbosa L. в 1979 г. На участке № 2 посеяны Bromus hordeaceus L. и Poa pratensis L. в 2012 г. Оба участка имеют многочисленные проплешины. Участок № 3 — парк ЛГАУ с дубами, в нижнем ярусе растут Bromus hordeaceus L. и Poa pratensis L. Участок № 4 — питомник древесных растений, на котором были посеяны луговые травы Lolium perene L. и Festuca rubra L. в 2002 г. Все участки без полива.
Участки № 5, 6 расположены вокруг детских учреждений, на них в 2010 г. посеяны Bromus hordeaceus L., Bromopsis inermis (Leyss.) Holub. Полив проводили периодически, а покосы — регулярно. Участок № 7 — обочина дороги вокруг сельскохозяйственных угодий, на которых проводили обследования, а участок № 8 — фитоценозы по их контуру.
В качестве контроля использовали участки местной флоры — разнотравно-типчаково-ковыльную степь (окрестности пос. Ивановка Антрацитового р-на, пос. Лозовское Славяносербского р-на и пос. Провалье Свердловского р-на Луганской Народной Республики, Россия).
Все участки обследования находятся на северном склоне Донецкого кряжа, в степной природной зоне с континентальным климатом, для которого характерны жаркое и сухое лето и малоснежная зима с оттепелями.
Наблюдения за распространением A. artemisiifolia в Донбассе проводили с 2004 по 2024 г. Интенсивность атмосферных засух определяли по методике Селянинова.
2024 год оказался очень засушливым (с ГТКV-VIII = 0,16). Для сравнения использовали данные 2023 г. (ГТКIV-VIII = 0,99) (рис. 2).
Данные о ходе температур и осадков были взяты на Луганской метеорологической станции (Луганская Народная Республика, Россия) с 1838 по 2024 г.г.
Во всех вариантах исследования почвы были представлены черноземами луговыми тяжелосуглинистыми с содержанием 3,4–4% гумуса в пахотном слое. С бонитетом — 58, pH около 7.
Влажность почвы определяли по методике, указанной в ГОСТ 28268-89, плотность почвы — по ГОСТ 5180-2015, твердость почвы — по методике, указанной в ГОСТ 20915-2011.
Анализ плотности почвы проводили по традиционной методике.
Для определения твердости почвы использовали тестер DICKEY-john (США).
Эффективность обкосов A. artemisiifolia анализировали на основании сопоставления потенциальной семенной продуктивности растений до обкоса и после. Обкосы проводили бензокосой «Минск БГ-3500» (Белоруссия).
Потенциальную семенную продуктивность рассчитывали, исходя из произведения среднего числа женских цветков на растении и среднего числа семязачатков в цветке, согласно методике, традиционно применимой в семеноводстве. Учитывая, что у A. artemisiifolia в одном цветке формируется только один семязачаток, ее потенциальная семенная продуктивность соответствуетчислу женских цветков.
Математическую обработку данных, полученных в ходе исследований с помощью программы Microsoft Excel 7.0. (США).
Результаты и обсуждение
По многолетним наблюдениям (с 2004 по 2024 г.), A. artemisiifolia не встречалась в степных фитоценозах Донбасса. На обследованных авторами сельскохозяйственных угодьях и местах искусственного озеленения г. Луганска (Россия) она имеет избирательное распространение, разную жизнеспособность и плотность популяций. В частности, ее высота в среднем 38±35 см (CV = 92%), плотность популяций в среднем составляла 235±298 шт/м2 (CV = 132%) иварьировала от 0 до 756 шт/м2, в зависимости от условий произрастания.
После применения гербицидов на полях она не встречалась (рис. 3A), а без применения гербицидов на полях (рис. 3Б) и на обочинах дорог (рис. 3В) имела высокую жизнеспособность(высота растений доходила до 99 см), на участках искусственного озеленения имела разную жизнеспособность с поливом (рис. 3Г) и без полива, в годы с разным количеством атмосферных осадков (рис. 3Д, 3Е).
Так как в разных условиях произрастания жизнеспособность и распространение A. artemisiifolia существенно отличались, авторы предположили, что разница обусловлена сочетанием факторов, поэтому проанализировали частоту встречаемости, среднюю высоту растений и плотность популяций в условиях засухи (2024 г.) и без (2023 г.) на фоне проведения разных агротехнических мероприятий (табл. 1, рис. 4).
Согласно проведенному анализу (табл. 1, рис. 4), было установлено, что в посевах сельскохозяйственных культур A. artemisiifolia не встречалась на полях № 1–3 в 2023 г. и № 1, 2 в 2024 г., потому что на них вместе с механической обработкой применяли гербициды. Однако по контуру полей и на обочинах дорог A. artemisiifolia сохранилась.
Поэтому без применения гербицидов на поле № 4 в 2023 г. и на полях № 3, 4 в 2024 г. она встречалась. Полученные результаты свидетельствуют о том, что в посевах сельскохозяйственных культур избавиться от A. artemisiifolia позволяет только применение комплекса агротехнических мероприятий, включающих механическую и химическую обработку почвы (с использованием гербицидов).
В 2023 году на участках с искусственным озеленением A. artemisiifolia встречалась повсеместно, за исключением участков с высоким проективным покрытием злаков. На участке № 4 проективное покрытие злаков составляло 100% Lolium perene L. (плотность популяции 287±76 шт/м2) и Festuca pratensis Huds. (430±265 шт/м2), а на участке № 3 — 66±10% (мятлик луговой Poa pratеnsis (99±18 шт/м2) и костер мягкий Bromus hordeaceus (85±35 шт/м2), при этом доля сорных растений в них составляла 34±10%. Была выявлена обратная корреляция между долевым содержанием злаков и распространением A. artemisiifolia (r = -0.8, p < 0,000). Таким образом, причиной отсутствия A. artemisiifolia на участках № 3, 4 была высокая доля злаков., несмотря на то что в 2023 г. A. artemisiifolia была распространена на участках № 1, 2, 5, 6 на обочинах дорог и по контуру полей (табл. 1, рис. 2).
В 2024 году она присутствовала только на участках № 5, 6 на обочинах дорог и по контуру полей (рис. 2, табл. 1), но на участках № 1, 2 полностью отсутствовала, несмотря на запас ее семян в плодородном слое, который доходил до 11 шт. на 100 г почвы. При анализе полученных результатов (табл. 1, рис. 2) возникает вопрос: почему в 2024 г. A. artemisiifolia была распространена на сельскохозяйственных угодьях, но полностью отсутствовала на некоторых участках искусственного озеленения?
Для уничтожения A. artemisiifolia на участках искусственного озеленения (№ 1–6) проводили обкашивание, поэтому авторы проанализировали его эффективность на основании анализа потенциальной семенной продуктивности, исходя из числа женских цветков до и после обкоса (рис. 5).
Выяснилось, что на момент обкоса средняя высота A. artemisiifolia составляла 37±20 см, при этом на растениях формировались в среднем 179±37 женских цветков и 4464±507 — мужских. После обкоса высота растений A. artemisiifolia составляла 5±2 см., на растениях формировались 108±21 шт. женских цветков и 2203±53 шт. — мужских.
До и после обкоса разница по числу мужских цветков высокодостоверна (F (1,28) = 18,6, p = 0,001 и Критерий Уилкоксона (1,30) = 17,1, p = 0,001), а по числу женских цветков достоверна только по первому уровню значимости по критерию F (1,28) = 2,1 (p = 0,16) и недостоверна по критерию Уилкоксона (1,30) = 0,1 (p = 0,75), несмотря на то что потенциальная семенная продуктивность (соответствующая у A. artemisiifolia числу женских цветков) этих растений сократилась на 60%. Таким образом,полученные результаты дают основание сомневаться в эффективности обкосов для снижения семенной продуктивности A. artemisiifolia.
Важно отметить, что семенная продуктивность одного растения на сельскохозяйственных угодьях по контуру полей и обочинам дорог в среднем составляла 6837±3219 шт., то есть была в 87 раз выше, чем на газонах. Поэтому, учитывая высокий уровень урбанизации в Донбассе (до 93,8%) [22] и близость дорожных магистралей, прилегающих к сельскохозяйственным угодьям, в случае если не были примененыгербициды, A. artemisiifolia попадает на поля с прилегающих территорий.
Так как температура и влажность были одинаковыми для всех вариантов обследования, авторы предположили, что существенная разница по жизнеспособности и распространению A. artemisiifolia была обусловлена модифицирующим влиянием агротехнических мероприятий на состояние почв во времясильной засухи (2024 г.). Выяснили, что на изучаемых участках влажность почвы (66,7±5,4%) и ее плотность (1,1±0,3 г/см3) существенно не отличались (F (1,28) = 0,8, p > 0,1). Однако твердость почвы сильно варьировала (от 1,67 до 8,0 Мпа) (cv = 77%) и в среднем составляла 4,4±2,8 МПа.
Оказалось, чтона изреженных участках газонов (№ 1, 2) в 2024 г. твердость верхнего почвенного слоя в среднем составляла 7,75±0,4 МПа (79±4,2 кг/см2), то есть в 4,4 раза выше, чем на полях, — 1,77±0,14 МПа (18±1,4 кг/см2), где проводили механическую обработку почвы, и в 2,2 раза выше, чем на задернованных участках, — 3,5±2,9 МПа (36±29,7 кг/см2).
Ambrosis artemisiifolia не встречалась на участках с твердой почвой, на которых твердомер DICKEY-john проникал на глубину 3,3±0,4 см, и на задернованных участках, где он проникал на глубину 8,5±3,5 см. На полях твердомер проникал на глубину 17,0±2,8 см. Полученные результаты свидетельствуют о том, что при твердости почвы выше 7 МПа (76±4,2 кгс/см2) семена A. artemisiifolia не прорастают даже при их существенном запасе в почве.
Анализ обилия A. artemisiifolia свидетельствовал о взаимосвязи с твердостью почвы (r = 0,8, p > 0,000). Так как эти результаты могут быть рекомендованы для практического использования, при выборе агротехнических мероприятий была разработана система балльной оценки и составлена таблица взаимосвязи частоты встречаемости A. artemisiifolia, твердости почвы и глубины проникновения твердомера DICKEY-john (табл. 2).
Засуха имеет существенное влияние на урожайность растений, но понимание механизма ее влияния на развитие растительных сообществ пока еще мало изучено.
Проведенные исследования показали, что высокая твердость почвы выше 7 Мпа, свидетельствующая о деградации почвы, препятствует прорастанию семян A. Artemisiifolia, иэто лимитирует ее распространение.
В новом периоде вегетации (уже в апреле 2025 г.) на участке № 1твердость почвы снизилась в 8 раз (до 64,6±72,2 Мпа), и A. artemisiifolia встречалась только там, где целостность почвы была нарушена механическим воздействием (человеком, муравьями, кротами и пр.). На остальных участках ее не было, но широкое распространение получил Verbascum lychnitis L. (Scrophulariaceae), который является типичным представителем степей Донбасса и имеет мощный стержневой корень.
Полученные результаты свидетельствуют о том, что изучение тенденций распространения A. artemisiifolia под влиянием засухи в долгосрочной перспективе осложняется тем, что они обусловлены сочетанием множества факторов природного и антропогенного происхождения, которые постоянно меняются.
Увеличение твердости почвы приводит к существенному снижению продуктивности сельского хозяйства, поэтому является большой проблемой для фермеров. Несмотря на значимость твердости почвы для земледелия и агрономической практики, этот показатель пока еще не нашел широкого применения.
Полученные результаты являются поводом для дальнейшего изучения взаимосвязи твердости почвы и состава растительных сообществ.
Авторыобнаружили, что деградация почв, возникающая из-за ее высокой твердости (выше 7 МПа), может наступить под влиянием сильной засухи и нарушения агротехники в течение одного периода вегетации. Так как Донбасс представляет собой полицентрическую городскую агломерацию, а газоны составляют до 80% озеленяемых территорий,то площадь подстилающей поверхности с потенциальной предрасположенностью к деградации почвы предполагает территорию, которая может оказать существенное влияние на формирование климата в регионе, и последствия этого нельзя недооценивать. Поэтому этот вопрос требует проведения дальнейших исследований.
Выводы
Проведенные исследования показали, что A. artemisiifolia не встречается в степных фитоценозах, а на сельскохозяйственных угодьях и участках искусственного озеленения частота ее встречаемости, жизнеспособность и плотность популяций зависят от взаимодействия почвенно-климатических факторов и агротехнических мероприятий.
Комплекс механических и химических мероприятий, включающих применение гербицидов, позволяет избавиться от A. artemisiifolia в посевах сельскохозяйственных культур, но только на протяжении периода вегетации, в котором они применялись, потому что растения A. artemisiifolia, распространенные на прилегающих территориях, обладают высоким семенным потенциалом (одно растение формирует в среднем 6837±3219 шт. семян).
Настоящие исследования показали, что обкашивание A. artemisiifolia неэффективно, потому что потенциальная семенная продуктивность растений снижается достоверно только по первому уровню значимости по критерию F (1,28) = 2,1 (p = 0,16) и недостоверно — по критерию Уилкоксона (1,30) = 0,1 (p = 0,75).
Установлено, что в периоды засухи при низком долевом содержании злаков (ниже 66%) на участках без полива твердость почвы существенно возрастает и при ее показателях выше 7 МПа A. artemisiifolia не развивается, несмотря на существенный запас ее семян в почве.
Механическая обработка почвы на сельскохозяйственных угодьях снижает твердость почвы (до 2 МПа) и таким образом нивелирует негативное влияние засухи, но это способствует распространению A. artemisiifolia.
Полученные результаты являются поводом для пересмотра рекомендуемых агротехнических мероприятий по локализации распространения A. artemisiifolia, в частности, помимо укосов, целесообразно рекомендовать посев злаковых трав и поддерживать его плотность на озеленяемых участках не ниже 300 шт/м2.
Об авторах
Виктория Евгеньевна Харченко, кандидат биологических наук, доцент кафедры биологии растений
viktoriakharchenko@rambler.ru https: //orcid. оrd/ 0000-0001-8800-2470
Валерия Васильевна Жуковская, аспирант кафедры биологии растений
zhukovskiikonstantin@mail.ru https://orcid.оrd/0009-0000-6095
Наталья Александровна Черская, старший преподаватель кафедры биологии растений
cherskaya.natali@yandex.ru https://orcid.оrd/0000-0002-4455-7564
Наталья Александровна Мельник, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры биологии растений
mna0114@mail.ru https: //orcid. оrd/ 0000-0009-7299-0793
Константин Сергеевич Жуковский, аспирант кафедры земледелия и растениеводства
zhukovskiikonstantin@mail.ru https://orcid.оrd/0009-0007-2161-7818
Луганский государственный аграрный университет им. К.Е. Ворошилова, территория ЛНАУ, 1, р-н Артемовский, г. о. Луганск, Луганская Народная Республика, 291008, Россия
УДК 632.51: 631.4
DOI: 10.32634/0869-8155-2025-398-09-106-114
