Zvyšování konkurenceschopnosti studentů oboru botanika a učitelství biologie CZ.1.07/2.2.00/15.0316
zimní semestr 2011/2012
Aplikovaná botanika BOT/ABP Téma: Herbologie – obecná část
Herbologie – obecná část 1. 2. 3.
4. 5.
Základní pojmy Zaplevelující rostliny, příčiny jejich výskytu Polní plevele 3.1. Charakteristika plevelů a plevelných společenstev 3.2. Význam polních plevelů 3.3. Rozmnožování plevelů 3.4. Význam prostředí 3.5. Regulace polních plevelů Luční plevele Vodní plevele
Planě rostoucí rostliny – plevele – pěstované rostliny Domestikace Předzemědělské období (8000 let př.Kr.) Primární plodiny
Plané druhy
Zemědělské období
Sekundární plodiny
Primární plevele Sekundární plevele
Industrializace (po r.1900) Genetická eroze Vymírání
Genetická eroze Zplaňování
Genetická eroze Vymizení
Genová centra vzniku kulturních rostlin
Nejstarší kulturní rostliny pocházejí z původních planých druhů. Člověk svou činností (sklizní rostlin, postupnou částečnou péčí o plané rostliny tj. výběrem, doséváním, odstraňováním konkurenčních rostlin) plané druhy a pozdější polokultury ovlivňoval. Vznik kulturních rostlin je spjat s vývojem člověka zemědělce, tj. člověka usídleného v blízkosti využívaných kultur. Zemědělská revoluce umožnila vznik sídlišť, měst, států a následně moderní kultury.
Mechanismy evoluce zemědělských plodin
Introgrese Vnesení genů jednoho druhu do genomu jiného mezidruhovým a následným zpětným křížením, periodicky se opakující spontánní pronikání genetického materiálu z jednoho druhu do druhého přes úplnou izolační bariéru. Genetický drift Neřízené změny v četnosti alel určité populace. Mohou se projevit u menší populace poklesem velikosti nebo rozložením populace v menší. Působil při introdukci kulturních rostlin. Týká se i nových vlastností vzniklých mutací (ředkvička, růžičková kapusta). Primitivní zemědělská kultura a s tím související nepatrná nebo žádná selekce člověkem. Další mechanismy evoluce pěst. plodin: selekce, hybridizace, šlechtění
1. Základní pojmy herbologie (herba) – před asi 50 lety Bürgermeister (1838): „...plevele jsou všechny rostliny, které proti úmyslu zemědělcovu rostou na kultivované půdě“ Kubát et al. (2002): plevelná flora = „segetální rostliny“ vyskytující se na stanovištích vzniklých lidskou činností a pravidelně obhospodařovaných (seges = půda) spolu s choroboplodnými organismy a škůdci: biotičtí škodliví činitelé pěstovaných rostlin škodlivost: zhoršování životního prostředí rostlin odčerpáváním vegetačních faktorů, event. ovlivněním půdního prostředí produkty metabolismu v ČR je na regulaci plevelů vynakládáno více než 72% všech nákladů v ochraně rostlin (Mikulka, Chodová, 2000) plevelné rostliny: vlastní plevele - nebyly kultivovány člověkem zaplevelující rostliny (plevelné plodiny) – pěstované rostliny rostoucí v nevhodnou dobu na nevhodném místě pro porozumění problematice: nejen základní informace o agrotechnice, ale také např. o fyziologii rostlin (např, otázka dormance semen, reakce plevelů k chemickým látkám)
2. Zaplevelující rostliny (plevelné plodiny)
stejná škodlivost jako u plevelů, vysoké náklady na likvidaci příčiny výskytu: - sklizňové ztráty: výdrol ozimých obilnin v pšenici ozimé, řepce ozimé; výdrol řepky ozimé při opětovném pěstování řepky na stejném místě: není primární dormance, je sekundární dormance, klíčivost v půdě až 24 let (výskyt méně kvalitních odrůd v nových kvalitnějších) výdrol ostatních plodin - např. slunečnice v obilninách a luskovinách, proso seté (primární dormance, postupné vzcházení během několika let), pěstované léčivé rostliny (Matricaria recutita, Sibyllum marianum) malé hlízy brambor v ozimé pšenici (ta se herbicidně ošetřuje před vytvořením listů brambor) omezení sklizňových ztrát: technika sklizně, mělká podmítka pro rychlé vzejití rostlin, úprava sledu plodin
2. Zaplevelující rostliny (plevelné plodiny)
příčiny výskytu: - nekvalitní likvidace předplodiny: po víceletých pícninách (vojtěška v obilninách) - nežádoucí formy plodiny v plodině optimálních vlastností: při hustém výsevu - řepka, která netvoří semena (ale zabírá místo v porostu) „vyběhlice“ řepy v porostu cukrovky formy vzniklé hybridizací kulturních a planých druhů, mutací, GMO „plevelná řepa“ – jednoletá, pravděpodobně z Beta vulgaris x B. macrocarpa x B. maritima (šíří se při pěstování semenačky z podzimních výsevů), nažky přetrvávají v půdě klíčivé až 25 let; účinně odstranit z porostu – pouze ručně
3. Plevele divoce (planě) rostoucí rostliny: polní – osvětlená stanoviště, méně souvislé porosty, přiměřeně zkypřená a živinami zásobená půda luční – osvětlená stanoviště s trvalým, převážně travním porostem, vodní – vodní nádrže (v ČR málo sledované) lesní – škodí zejména stromům po výsadbě
4. Luční plevele nepříznivě ovlivňují trvalé travní porosty pratocenózy – dlouhodobější vývoj, může se přiblížit až klimaxovému stadiu plevelné druhy: trávy (smilka tuhá, metlice trsnatá, třtina křovištní) andělika lékařská, bršlice kozí noha, kerblík lesní, kopretina bílá, kakost luční, širokolisté šťovíky, Ranunculaceae atd., ostatní byliny (např. jedovaté, ostnité) regulace plevelů: sečení (před vysemeněním 1letých plevelů), spásání (pravidelné sešlapávání, průběžné hnojení; je potřeba nízko kosit např. jehlici trnitou, čičorku pestrou, janovec metlatý) provzdušňování drnu (vláčení, prořezávání drnu, odvodňování – ostřice Carex, skřípiny-Scripus, sítiny-Juncus) harmonické hnojení herbicidy
5. Vodní plevele snížení produkční plochy vod, zhoršení průtoků odvodňovacích koryt, hygienické problémy, zhoršení přístupu k vod. tokům 1. plovoucí: okřehek menší, závitka mnohokořenná 2. ponořené: rdest vzplývavý, r. kadeřavý, vláknité zelené řasy 3. vnořené (na rozhraní souše a vodní hladiny): rákos obecný, orobinec širokolistý, o. úzkolistý 4. pobřežní (na bahnu mimo dosah vodní hladiny) blatouch bahenní, kyprej vrbice, vrbovka chlupatá, vrby použití herbicidů (Reglone, Roundup biaktiv) – pozor – při rozkladu rostlinných zbytků může nastat kyslíkový deficit ve vodě a ohrožení vodních organismů
3. Polní plevele 3.1. Původ polních plevelů
iniciální stadium fytocenózy: malé plochy, krátkodobé trvání: např. vysýchající náplavy vodních toků, lokality po sesuvech půdy, okolím zvířecích doupat polní hospodaření – agrofytocenóza – iniciální stadium fytocenózy udržované agrotechnikou různé druhy s různou dobou výskytu a různého původu: apofyty (idiochorofyty) – původní plevelné druhy (merlík bílý, pýr plazivý, podběl lékařský, svízel přítula, rdesno blešník) archeofyty – druhy zavlečené do Evropy v počátečním období zemědělství (do poč. středověku) – oves hluchý, mák vlčí, hořčice polní, kokoška pastuší tobolka (některé ustoupily – hlaváček letní, koukol polní) neofyty (neoadventivy) – druhy z Ameriky a Asie – laskavec ohnutý, pěťour maloúborný, turanka kanadská
invaze: nepůvodní druh postupně překonával překážky v šíření introdukce: přesun prostřednictvím člověka druhy přechodně zavlečené: opakovaný přísun rozmnožovacích částic druhy naturalizované: v novém prostředí se šíří bez přímého přispění člověka (řada polních plevelů a ruderálních rostlin) invazivní druhy: šíření na větší vzdálenosti, pronikání na nová stanoviště, vytlačování původních druhů (bolševník velkolepý, netýkavka malokvětá) expanzivní druhy: masivní šíření
Vývoj plevelných společenstev (v podmínkách Evropy) vazba na systémy obdělávání zem. půdy přílohová soustava (část pozemku se zatravní a na 1012 let se používá jen k pastvě) – víceleté přílohy – plevelné druhy současných travních porostů úhorová soustava (úhor – 1-3 roky, neosetý pozemek se ponechal 1 rok ladem) – druhy iniciálního stadia čtyřhonný systém (jetel, ozim, okopanina, jařina) – biologicky vyvážené střídání plodin, dostatek pracovních sil, čistota osiva, intenzivní hnojení, pokles zaplevelení, ale široké spektrum plevelů po 2. svět. válce – pokles prac. sil, zjednodušení osevních sledů, specializace, technika, chemizace (hnojiva, pesticidy), snížení druhového spektra, nárůst zaplevelení
Vývoj plevelných společenstev (v podmínkách Evropy) floristická pestrost ČR - geomorfologicko- klimatické podmínky: oceanita (55% - 50%), členitost terénu, geologické podmínky, půdní druhy a typy, vliv zemědělské činnosti (výrobní typy: kukuřičný, řepařský, bramborářský, horský) období 1950 – 1970: 550 položek (druhů, poddruhů, forem) cévnatých rostlin s charakterem polních plevelů (frekvence přes 50% - opletka obecná, merlík bílý, truskavec ptačí), asi 120 druhů ve všech výrobních typech (Kühn 1972) v letech 1950 – 1985 vymizelo z polí asi 100 druhů (poddruhů), rychlejší úbytek v nižší nadmořské výšce (Kühn 1987) pokles biodiverzity vede k poklesu resilience (návratu společenstev k původnímu stavu po následcích změněných podmínek) příčiny poklesu druhové pestrosti plevelných společenstev (Kropáč 1982) - čištění osiv, úbytek tzv. mimolesní zeleně, hnojení a úprava fyzikálních vlastností půdy (sjednocení půdních podmínek), aplikace herbicidů (Mikulka 1996)
„Červený seznam cévnatých rostlin“ (Holub, Procházka 2000) – 32 plevelných druhů: vymřelé A1 (EX) (50 let neznámý taxon) – kokotice lnová nezvěstné A2 (?EX) (20 let neznámý taxon) – lnice rolní, jílek oddálený kriticky ohrožené C1 (CR) (ústup na 10% dřívějšího výskytu) – jílek mámivý, koukol polní, sveřep stoklasa silně ohrožené C2 (EN) (ústup okolo 50% - 80% dřívějšího stavu) – černucha rolní, hořinka východní ohrožené (ústup výskytu 20% - 50%) – rozrazil trojklanný, hlaváček letní, černýš rolní, myší ocásek nejmenší, drchnička modrá, čistec roční
zaplevelení orných půd – relativně malý počet dominantních druhů: pýr plazivý (73% stanovišť), heřmánkovité plevele (Anthemis sp., Matricaria sp.) (70%, svízel přítula (68%), merlík bílý (49%), pcháč oset (47%), rdesna (Polygonum sp.) (45%), chundelka metlice (40%) agrofytocenóza: společenství pěstovaných plodin a plevelů konkurence (kompetice) – prostor, živiny, voda synergie význam agroklimatických podmínek stanoviště – nepříznivé podmínky většina plevelů lépe překoná
3.2. Význam polních plevelů Škodlivost přímá škodlivost: konkurence lepší odolnost vůči suchu (mohutný kořenový systém), zamokření (např. kostival lékařský), mrazu, rychlé klíčení a počáteční růst větší potřeba transpirační vody - snížení dostupnosti vody v půdě, snížení teploty půdy odčerpávání živin (dočasná nebo opakovaná biosorpce) sladění životního rytmu s plodinou zhoršení kvality produktu (vyšší vlhkost zrna obilí, prorůstání oddenků pýru bramborovými hlízami)
nepřímá škodlivost: podpora šíření chorob a škůdců (hlenka kapustová, plíseň šedá, rez hrachová – pryšec chvojka, virové choroby, dřepčíci, mšice, atd.) úkryt pro polní obratlovce ztěžování polních prací (obdělávání půdy, poléhání porostů) produkce alergenů (pyl) – pelyněk, šťovík, ambrozie, merlík, trávy
Užitečnost plevelů přímo na stanovišti: přesun živin do větší hloubky v půdě zastínění půdy chrání půdní garé v širokořádkových plodinách – ochrana před erozí zpevňování náspů, hrází (medyněk měkký, troskut prstnatý) rekultivace navážek léčivé rostliny pastva pro včely (podběl lékařský, čistec roční, hluchavky) hostitelé pro predátory škůdců (např. pro střevlíkovité) mimo stanoviště (v závislosti na schopnostech člověka tento potenciál využít): šlechtění pěstovaných druhů alternativní energetické plodiny alternativní plodiny ke konzumaci (zelenina, obilniny) únosná míra zaplevelenosti – pozitivní vliv – udržení biologické rovnováhy porostu plodiny (Michal 1992)
3.3. Rozmnožování plevelů 3.3.1. Generativní naše polní plevele (s výjimkou přesličky rolní) – krytosemenné rostliny „semeno“ – semena, plody, skupiny plodů v porovnání s pěstovanými plodinami – větší reprodukční potenciál – kvantitativně i kvalitativně kvantitativní aspekt – vlastnost druhu, vliv prostředí velká schopnost adaptace (např. na sucho) obvykle – nepřímá úměra mezi hmotností semen a jejich počtem na jedné rostlině (např svízel přítula HTS 7,25g a 500 ks; merlík bílý HTS 0,56g a 500 000 ks)
Rozšiřování semen autochorie (vymrštění semen, poléhavé lodyhy, hygroskopické osiny) barochorie (batychorie) – samovolný výpad pod mateřskou rostlinu anemochorie (malá váha, chmýr, opěrné plochy) hydrochorie zoochorie – epi – exo – endo – myrmeko – ornito antropochorie – speirochorie (osivem) – agestochorie (dopravou) – ergaziochorie (zem. nářadím) – rypochorie (odpady) – etelochorie (záměrné vysazování do parků, zahrad, volné přírody) (Mikulka et al 1999)
Dormance období snížené metabolické aktivity organismů (včetně semen) – komplex příčin (strukturální, fyziologické, biochemické vlivy) v určitém časovém úseku (Kohout 1996) příčiny dočasné neklíčivosti živých semen: tvrdé semenné obaly (Fabaceae), nedostatečně vyvinuté embryo (Ranunculaceae), inhibiční látky v semenech (ABA, deriváty kys. benzoové, silice), inhib. látky v pluchách (oves hluchý – dormance v plně vyvinutém stadiu), v plevách (medyněk měkký), šešulích (hořčice polní - semena klíčí až po úplném rozkladu šešulí) Ukončení dormance: obvykle specifické vlhkostní a teplotní podmínky např. semena klíčící na jaře – nutné období prochlazení (nabobtnalá semena po dobu 1-3 měsíců v teplotě 0 – 15 °C)
mechanismus dormance – umožňuje klíčení a růst rostlin v optimálních podmínkách (podzim – jaro) primární dormance: semena neklíčí ihned po dozrání ( u semen klíčících na jaře – působení nižších teplot na nabobtnaná semena po dobu i několika měsíců sekundární dormance: změnou vnějších podmínek (komplex příčin); geneticky fixovaná periodicita, druhově specifická: 1. vnucená dormance: nevhodné podmínky prostředí pro klíčení (sucho, nízká teplota) 2. indukovaná dormance: stav fyziologicky podobný primární dormanci, např. u druhů vzcházejících na jaře je sek. dormance indukována při vyšší teplotě půdy v létě a trvá zpravidla do poloviny léta až do zimy, u druhů vzcházejících na podzim je sek. dormance indukována v podmínkách nízkých teplot v zimě a trvá od konce zimy až do léta
Etapové klíčení uniformní semena (např. trávy) – přibližně stejná doba dormance, vzejití v jedné významné etapě heterokarpie (velikost, barva – Atriplex) nebo anatomické rozdíly (Fabaceae), nebo fyziologické rozdíly – obvykle rozdílná dormance, klíčení v různých časech – etapové klíčení endogenní roční periodicita – u rostlin i u semen, nezávislá na vnějším prostředí (nepravidelné vzcházení semen z půdní zásoby) půdní zásoba semen – potenciální zaplevelení – akutní zaplevelení nejvíce semen ve vrstvě do 10 cm, aktivní vrstva – do 5 cm (z ní vzchází 1/4 – 1/3 přítomných životaschopných semen)
Délka života semen druhově specifická (několik měsíců – např. podběl obecný, dlouhá životnost – ředkev ohnice, hořčice polní, penízek rolní, merlík bílý, šťovík kadeřavý) vliv podmínek prostředí (vlhkost, teplota, kyslík, mikrobiální aktivita v půdě – samočisticí schopnost půdy), stupeň zralosti semen obecně: v biologicky činné ornici – malý podíl živých semen dlouhověkých druhů asi 10 let
3.3. Rozmnožování plevelů 3.3.2. Vegetativní oddenky, kořenové výběžky, hlízy atd. výhody (oproti generativnímu rozmnožování): rychlejší růst odolnější vůči vnějším podmínkám lepší fixace vlastností (někdy by to mohla být nevýhoda) mohou na stanovišti přetrvávat i za zhoršených podmínek prostředí většinou u vytrvalých plevelů, ale např. ptačinec prostřední – zakořeňující jednoleté lodyhy někdy ustává generativní rozmnožování (např. na úrodných půdách – pýr plazivý)
hloubka uložení orgánů vegetativního rozmnožování: šťovík menší 15 cm medyněk měkký do 20 cm psineček výběžkatý až 25 cm pýr plazivý až 30 cm podběl lékařský až 1 m pcháč oset, vesnovka obecná až 2 m svlačec rolní několik metrů potenciální zaplevelení – délka oddenků, počet hlíz, množství pupenů útlum regenerace pupenů – obvykle v létě (např. medyněk měkký) pýr plazivý – dormance na oddencích nastává po odkvětu v tomto stavu jsou oddenky odolné vůči vnějším vlivům, nereagují ani na herbicidní látky
3.4. Význam prostředí (dlouhodobé přizpůsobování) Vliv stanoviště v současné době jsou tyto vztahy málo zřetelné hydrologické poměry: většina našich plevelů – mezofilní druhy reakce půdy: většina našich plevelů nemá vyhraněné nároky; na extrémně kyselých půdách – kolenec rolní, chmerek roční, medyněk měkký; zásadité půdy – dejvorec velkoplodý, ostrožka stračka, hlaváček letní půdní typ: v současné době ho nelze identifikovat podle výskytu plevelů, naše plevele značně tolerantní půdní druh: ovlivňuje četnost výskytu některých druhů (např. rmen rolní na lehkých půdách)
Vliv: pěstované plodiny – změny agrofytocenózy během vegetace systém zpracování půdy: trend slučování operací – zvýšení konkurenčního tlaku plevelů (např. na jaře – smykování, vláčení, kypření současně – vzešlé plevele nejsou ničeny před setím, ale až během vegetace; snížení hloubky setí – větší kumulace semen, ale také větší samočistící schopnost půdy (předmět studií), rozvoj vegetativně se množících plevelů (nejsou zaklopeny ornicí, nevyschnou) bezorebné setí – zásadní změna ekologických podmínek: neklíčí semena ve větších hloubkách ornice, menší zaplevelení 1-letými pleveli (hořčice rolní, oves hluchý), ale naopak vhodnější podmínky např. pro mléč drsný, turanku kanadskou, chundelku metlici, svízel přítulu, heřmánkovec nevonný, hluchavky, sveřepy (sveřep jalový, s. střešní), pýr plazivý živiny – N – hluchavky, fialka, svízele, P – lilek černý K – svízel přítula, žabinec prostřední, heřmánkovec prostřední, naopak negativně působí na drchničku rolní, lilek černý, pcháč oset, opletku obecnou herbicidy – změna agrofytocenózy
3.5. Regulace polních plevelů od 2. pol. 19. století – střídání plodin, důsledné zpracování půdy, nové odrůdy, dostatek pracovních sil – zaplevelení prakticky nebylo známo po 2. svět. válce – podcenění situace (F. Hron, ČZU v Praze) komplexní opatření: - diagnóza (určení druhů a forem ve všech růstových fázích), - prognóza (znalost biologie jednotlivých druhů), - regulace (potlačit pod práh škodlivosti, nikoliv vyhubit), - prevence a přímé plevelohubné zásahy
Preventivní opatření Zabránění šíření plevelů osivem: semenářské porosty v bezplevelném stavu, čištění osiva (vyhláška MZe ČR 191/96 Sb. – stanovení povolených příměsí; ÚKZÚZ – odbor osiva a sadby), význam zejména u jetelovin a travin – šťovíky, kokotice, silenka širolistá výhradně osivem chlévský hnůj – semena se v hnoji rozkládají, jsou předtím natrávena dobytkem, příměsi v hnoji – nejčastěji na jeho povrch z okolí, částečně také z podestýlky
Význam správně provedené sklizně: kombajnová sklizeň probíhá v plné zralosti, o několik dnů dříve než dříve, dochází tak k většímu vysemenění plevelů, např. ovsa hluchého, který vypadává s plevami na pole) okopaniny – při sklizni se plevele vysemeňují na pole Regulace plevelů na nezemědělské půdě rumiště, skládky, manipulační prostory, svahy, náspy podél komunikací Zabránění šíření cizích expanzivních plevelů - mezinárodně koordinovaná ochrana (European and Mediterranean Plant Protection Organization) ČR – výzkum dynamiky zavlečených taxonů: taxon vnější karantény: taxon je mimo obdělávanou půdu taxon vnitřní karantény: taxon se pravidelně vyskytuje na obdělávané půdě nutná znalost biologie rostl. druhů, znalost zasažených lokalit příprava a pravidelná aktualizace seznamů škodlivých činitelů (včetně plevelů): druhy vnější karantény: např. Amaranthuis viridis, Ambrosia trifida, Helianthus annuus, Lactuca tatarica, Panicum capillare druhy vnitřní karantény: např. Artemisia annua, Setaria faberi, Sorghum halepense, Cuscuta campestris, Erigeron annuus
Vytváření vhodných agroekologických podmínek - osevní postupy, vhodné odrůdy, zdravé osivo a sadba, meliorace (zamokřené neprovzdušněné půdy – mochna husí, máta rolní, čistec bahenní), optimální velikost pozemků, zpracování půdy (podmítka, orba, vláčení, plečkování, mulčování slámou, rašelinou apod. – brání růstu jednoletých plevelů; netkané textilie, fólie) - biologické prostředky: pokusy s fytopatogenními houbami (např. Alternaria crasse na durmanu) v našich podmínkách – nosatčík suříkový (Apion miniatum) na šťovících, krytonosci na pcháči osetu mikrobiální herbicidy – např. biolafos (peptid – produkt působení enzymů půdních mikroorganismů Streptomyces hygroscopius, S. viridichromogenes) narušuje metabolismus nitrátů v buňkách
Alelopatie rostlin
alelopatie – inhibice i stimulace specifický vliv donora na recipienta většinou inhibiční někdy stimulační účinek působí komplex chemických látek vylučovaných do prostředí (steroidy, kumariny, silice, fenoly, alkaloidy, barviva, atd.) rozdíl mezi laboratorními pokusy a v reakci v terénu (vazba látek na půdní koloidy) směsné – smíšené kultury – snížení podílu plevelů, omezení škůdců
Shrnutí – hlavní příčiny růstu zaplevelenosti našich polí
8.
časné jarní setí všech plodin a podcenění regulace zaplevelené postupnou předseťovou přípravou pozemků (vláčení), podcenění kultivace pozemků během vegetace vzrůst zastoupení ozimů a ozimé řepky – mělké zpracování půdy, válení hladkými válci (hromadné vzcházení 1-letých přezimujících plevelů – chundelka metlice, svízel přítula, heřmánkovec přímořský, hluchavky, atd.) zjednodušení osevních postupů, menší množství plodin kombajnová sklizeň – vysemenění plně dozrálých semen plevelů posklizňové ztráty používání nevyzrálého hnoje rozšíření nevyužívaných ploch, ruderalizace nedostatečná péče o nezemědělské plochy (okraje silnic)
9.
herbicidní přípravky – problém rezistence plevelů
1.
2.
3. 4. 5. 6. 7.
