The influence of agricultural land use on weed flora diversity
No Thumbnail Available
Date
2013
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa – Państwowy Instytut Badawczy w Puławach
Abstract
Description
The study was conducted in the Experimental Station of IUNG-PIB at Osiny [N:51°28, E:22°4], as a long-term experiment with different farming systems and plants cultivated for energy purposes.
The study showed that long-term management in organic system increased the diversity of weed flora accompanying crops. During 16 years of research the changes in weed communities in winter wheat cultivated in this farming system were found, especially involving the decreasing abundance of nitrophilous species: Chenopodium album and Galium aparine and the increasing density of more sensitive to herbicides taxa: Stellaria media, Capsella bursa - pastoris, Fallopia convolvulus and species of the Vicia genus.
Weed communities in winter wheat cultivated in the organic system were characterized with a high qualitative and quantitative similarity in years, which was confirmed by the results of the hierarchical classification and ordination analysis.
Simplifying the crop rotation from the integrated system, through the conventional system to monoculture of winter wheat, associated with the increased use of herbicides, led to the depletion of the species composition in weed communities. The average number of weed species in wheat in these systems was approximately 3.5-times lower than in the organic system. Aditionally, the weed communities were characterized with high variability in species composition and density of weeds in years, which was mainly due to the selection and effectiveness of used herbicides, modified by weather conditions.
The changes in weed communities were also confirmed by the values of Shannon's diversity index, declining with the intensification of production methods and arranged in the following order: organic system > integrated system > conventional system > winter wheat monoculture and Simpson's dominance index, arranged in reversed order. High values of dominance index in wheat monoculture and conventional system were connected with the large share of Viola arvensis and Apera spica-venti in weed communities. The agricultural practices applied in the compared farming systems: organic, integrated, conventional and monoculture of winter wheat differentiated the density of flora more than species composition, which was confirmed by the values of Sorensen’s similarity indices.
Among the crops cultivated for energy purposes, the greatest diversity and density of weed flora were recorded in willow harvested annually, poplar and false acacia as well as in perennial grasses with C4 photosynthesis: miscanthus, prairie corgrass, big bluestem and switchgrass weed. Weed flora associated with perennial dicotyledonous plants: virginia mallow and Jerusalem artichoke as well as reed canary grass was poorer in number of species and their density.
Biodiversity of flora in willow depended on the age of plantation. The willow harvested annually had the greatest diversity and abundance of accompanying flora, with a predominance of annual and biennial species, typical for arable lands. Along with the age of plantation the share of short-lived species such as was decreasing as they were replaced by perennials, including typical for forests, meadows and ruderal species such as: Geum urbanum, Aegopodium podagraria, Epilobium parviflorum, Campanula patula, Leontodon hispidus and Hieracium pilosella.
Weed species diversity and abundance in energy crops from the group of trees and bushes and perennial grasses, with the exception of reed canary grass, were similar to the weed infestation in the annual crops in organic system.
In the 3-year study, 81 species of weed flora associated with the energy and typical agricultural crops were determined, of which 41 species were common for both types of land use, 27 taxa occurred only on the plantations of plants grown for energy purposes, and 13 only in the typical agricultural crops. Weed communities plantation of in plants cultivated for energy purposes, compared to the agricultural crops, included more perennial and ruderal plant species, as well as those typical for meadows and forests.
In perennial crops cultivated for energy purposes the bigger share of apophytes (60%) was observed in comparison with annual crops (45%). Stronger anthropopressure in agricultural crops on arable lands led to increase a share of archaeophytes in weed communities. Kenophytes represented 9% of the species composition in plant communities, regardless of land use, but on the plantation of energy crops a greater share of Conyza canadensis and Solidago gigantea were marked (11,4 and 1,9 plants·m–2 on average), which are invasive species and their spread should be monitored.
The methods of hierarchical classification and ordination analysis used in this work proved to be useful for grouping weed communities in terms of their similarities, regardless of land use. These methods appeared to be less useful for separating specific weed communities, characteristic for compared land use, due to the presence of a large number of common species.
Badania przeprowadzono w Stacji Doświadczalnej IUNG-PIB w Osinach [N: 51°28', E: 22°4'], na wieloletnim doświadczeniu z różnymi systemami produkcji rolnej oraz plantacjach roślin uprawianych na cele energetyczne. Badania wykazały, że wieloletnie gospodarowanie ekologiczne zwiększyło różnorodność flory segetalnej towarzyszącej roślinom uprawnym. W okresie 16 lat badań stwierdzono zmiany w zbiorowiskach chwastów w uprawie pszenicy ozimej wysiewanej w tym systemie polegające na zmniejszeniu liczebności gatunków nitrofilnych: Chenopodium album i Galium aparine oraz wzroście liczebności taksonów bardziej wrażliwych na herbicydy: Stellaria media, Capsella-bursa pastoris, Fallopia convolvulus i gatunków z rodzaju Vicia. Zbiorowiska chwastów w łanie pszenicy ozimej uprawianej w systemie ekologicznym cechowały się dużym podobieństwem jakościowym i ilościowym w latach, co potwierdziły wyniki klasyfikacji hierarchicznej i analizy ordynacyjnej. Upraszczanie zmianowania od systemu integrowanego, poprzez system konwencjonalny do monokultury pszenicy ozimej i związane z tym stosowanie zwiększonych ilości herbicydów prowadziło do zubożenia składu gatunkowego flory segetalnej. Średnia liczba gatunków chwastów w łanie pszenicy w tych systemach gospodarowania była około 3,5-krotnie mniejsza niż w systemie ekologicznym. Dodatkowo zbiorowiska cechowały się dużą zmiennością składu gatunkowego i liczebności chwastów w latach, co było uwarunkowane głównie doborem i skutecznością stosowanych herbicydów, modyfikowaną przebiegiem pogody. Zmiany w zbiorowiskach chwastów potwierdzają również wartości wskaźnika różnorodności Shannona układające się w kolejności: system ekologiczny > integrowany > konwencjonalny > monokultura oraz indeksu dominacji Simpsona układające się odwrotnie. Wysokie wartości wskaźnika dominacji w monokulturze pszenicy ozimej i systemie konwencjonalnym wynikały z dużego udziału gatunków Viola arvensis i Apera spica-venti w zbiorowiskach chwastów. Całokształt agrotechniki stosowanej w porównywanych systemach gospodarowania: ekologicznym, integrowanym, konwencjonalnym i monokulturze pszenicy ozimej w większym stopniu różnicował liczebność niż skład gatunkowy flory segetalnej, co potwierdziły wartości wskaźników podobieństwa Sorensena. Spośród roślin uprawianych na cele energetyczne największe bogactwo flory zarejestrowano w uprawie wierzby zbieranej co roku, topoli i robinii akacjowej oraz traw wieloletnich o szlaku fotosyntezy typu C4: miskanta, spartiny preriowej, palczatki Gerarda i prosa rózgowatego. Uboższe pod względem składu gatunkowego oraz liczebności były zbiorowiska chwastów towarzyszące uprawom bylin: ślazowca pensylwańskiego i tobinambura oraz mozgi trzcinowatej. Bioróżnorodność flory na plantacjach wierzby zależała od długości okresu użytkowania. W uprawie wierzby zbieranej co roku stwierdzono największą różnorodność i liczebność flory towarzyszącej, z przewagą gatunków jednorocznych i dwuletnich, typowych dla gruntów ornych, natomiast wraz z wiekiem plantacji malał udział gatunków krótkotrwałych na rzecz wieloletnich, w tym typowych dla zbiorowisk leśnych, ruderalnych i łąkowych, m.in. Geum urbanum, Aegopodium podagraria, Epilobium parviflorum, Campanula patula, Leontodon hispidus i Hieracium pilosella. Różnorodność gatunkowa i liczebność chwastów występujących w uprawach z grupy drzew i krzewów oraz traw wieloletnich, z wyjątkiem mozgi trzcinowatej, była zbliżona do zachwaszczenia w jednorocznych uprawach rolniczych w systemie ekologicznym. W 3-letnim okresie badań flory towarzyszącej uprawom na cele energetyczne oraz roślinom rolniczym oznaczono ogółem 81 gatunków, z czego 41 gatunków było wspólnych dla obu sposobów użytkowania gruntów, 27 taksonów wystąpiło tylko na plantacjach roślin uprawianych na cele energetyczne, a 13 tylko w jednorocznych uprawach rolniczych. Zbiorowiska chwastów w roślinach uprawianych na cele energetyczne zawierały więcej gatunków wieloletnich, ruderalnych, łąkowych i leśnych w porównaniu z uprawami rolniczymi. W wieloletnich roślinach uprawianych na cele energetyczne stwierdzono większy udział apofitów (60%) w porównaniu z jednorocznymi uprawami rolniczymi (45%). Silniejsza coroczna antropopresja w roślinach uprawianych na gruntach ornych powodowała zwiększenie udziału archeofitów we florze. Kenofity stanowiły około 9% składu gatunkowego zbiorowisk, niezależnie od sposobu użytkowania, ale na plantacjach roślin uprawianych na cele energetyczne zaznaczył się większy udział Conyza canadensis (średnio 11,4 roślin·m–2) i Solidago gigantea (średnio 1,9 roślin·m–2), które zaliczane są do gatunków inwazyjnych i ich rozprzestrzenianie się powinno być monitorowane. Zastosowane w pracy metody klasyfikacji hierarchicznej kumulującej i analizy ordynacyjnej okazały się przydatne do grupowania zbiorowisk chwastów pod względem ich podobieństwa, niezależnie od sposobu użytkowania gruntów. Metody te okazały się natomiast mniej użyteczne do wydzielania zbiorowisk charakterystycznych dla porównywanych sposobów zagospodarowania gruntów, z uwagi na występowanie dużej liczby gatunków wspólnych.
Badania przeprowadzono w Stacji Doświadczalnej IUNG-PIB w Osinach [N: 51°28', E: 22°4'], na wieloletnim doświadczeniu z różnymi systemami produkcji rolnej oraz plantacjach roślin uprawianych na cele energetyczne. Badania wykazały, że wieloletnie gospodarowanie ekologiczne zwiększyło różnorodność flory segetalnej towarzyszącej roślinom uprawnym. W okresie 16 lat badań stwierdzono zmiany w zbiorowiskach chwastów w uprawie pszenicy ozimej wysiewanej w tym systemie polegające na zmniejszeniu liczebności gatunków nitrofilnych: Chenopodium album i Galium aparine oraz wzroście liczebności taksonów bardziej wrażliwych na herbicydy: Stellaria media, Capsella-bursa pastoris, Fallopia convolvulus i gatunków z rodzaju Vicia. Zbiorowiska chwastów w łanie pszenicy ozimej uprawianej w systemie ekologicznym cechowały się dużym podobieństwem jakościowym i ilościowym w latach, co potwierdziły wyniki klasyfikacji hierarchicznej i analizy ordynacyjnej. Upraszczanie zmianowania od systemu integrowanego, poprzez system konwencjonalny do monokultury pszenicy ozimej i związane z tym stosowanie zwiększonych ilości herbicydów prowadziło do zubożenia składu gatunkowego flory segetalnej. Średnia liczba gatunków chwastów w łanie pszenicy w tych systemach gospodarowania była około 3,5-krotnie mniejsza niż w systemie ekologicznym. Dodatkowo zbiorowiska cechowały się dużą zmiennością składu gatunkowego i liczebności chwastów w latach, co było uwarunkowane głównie doborem i skutecznością stosowanych herbicydów, modyfikowaną przebiegiem pogody. Zmiany w zbiorowiskach chwastów potwierdzają również wartości wskaźnika różnorodności Shannona układające się w kolejności: system ekologiczny > integrowany > konwencjonalny > monokultura oraz indeksu dominacji Simpsona układające się odwrotnie. Wysokie wartości wskaźnika dominacji w monokulturze pszenicy ozimej i systemie konwencjonalnym wynikały z dużego udziału gatunków Viola arvensis i Apera spica-venti w zbiorowiskach chwastów. Całokształt agrotechniki stosowanej w porównywanych systemach gospodarowania: ekologicznym, integrowanym, konwencjonalnym i monokulturze pszenicy ozimej w większym stopniu różnicował liczebność niż skład gatunkowy flory segetalnej, co potwierdziły wartości wskaźników podobieństwa Sorensena. Spośród roślin uprawianych na cele energetyczne największe bogactwo flory zarejestrowano w uprawie wierzby zbieranej co roku, topoli i robinii akacjowej oraz traw wieloletnich o szlaku fotosyntezy typu C4: miskanta, spartiny preriowej, palczatki Gerarda i prosa rózgowatego. Uboższe pod względem składu gatunkowego oraz liczebności były zbiorowiska chwastów towarzyszące uprawom bylin: ślazowca pensylwańskiego i tobinambura oraz mozgi trzcinowatej. Bioróżnorodność flory na plantacjach wierzby zależała od długości okresu użytkowania. W uprawie wierzby zbieranej co roku stwierdzono największą różnorodność i liczebność flory towarzyszącej, z przewagą gatunków jednorocznych i dwuletnich, typowych dla gruntów ornych, natomiast wraz z wiekiem plantacji malał udział gatunków krótkotrwałych na rzecz wieloletnich, w tym typowych dla zbiorowisk leśnych, ruderalnych i łąkowych, m.in. Geum urbanum, Aegopodium podagraria, Epilobium parviflorum, Campanula patula, Leontodon hispidus i Hieracium pilosella. Różnorodność gatunkowa i liczebność chwastów występujących w uprawach z grupy drzew i krzewów oraz traw wieloletnich, z wyjątkiem mozgi trzcinowatej, była zbliżona do zachwaszczenia w jednorocznych uprawach rolniczych w systemie ekologicznym. W 3-letnim okresie badań flory towarzyszącej uprawom na cele energetyczne oraz roślinom rolniczym oznaczono ogółem 81 gatunków, z czego 41 gatunków było wspólnych dla obu sposobów użytkowania gruntów, 27 taksonów wystąpiło tylko na plantacjach roślin uprawianych na cele energetyczne, a 13 tylko w jednorocznych uprawach rolniczych. Zbiorowiska chwastów w roślinach uprawianych na cele energetyczne zawierały więcej gatunków wieloletnich, ruderalnych, łąkowych i leśnych w porównaniu z uprawami rolniczymi. W wieloletnich roślinach uprawianych na cele energetyczne stwierdzono większy udział apofitów (60%) w porównaniu z jednorocznymi uprawami rolniczymi (45%). Silniejsza coroczna antropopresja w roślinach uprawianych na gruntach ornych powodowała zwiększenie udziału archeofitów we florze. Kenofity stanowiły około 9% składu gatunkowego zbiorowisk, niezależnie od sposobu użytkowania, ale na plantacjach roślin uprawianych na cele energetyczne zaznaczył się większy udział Conyza canadensis (średnio 11,4 roślin·m–2) i Solidago gigantea (średnio 1,9 roślin·m–2), które zaliczane są do gatunków inwazyjnych i ich rozprzestrzenianie się powinno być monitorowane. Zastosowane w pracy metody klasyfikacji hierarchicznej kumulującej i analizy ordynacyjnej okazały się przydatne do grupowania zbiorowisk chwastów pod względem ich podobieństwa, niezależnie od sposobu użytkowania gruntów. Metody te okazały się natomiast mniej użyteczne do wydzielania zbiorowisk charakterystycznych dla porównywanych sposobów zagospodarowania gruntów, z uwagi na występowanie dużej liczby gatunków wspólnych.
Keywords
biodiversity, weeds, farming systems, plants cultivated for energy purposes, bioróżnorodność, chwasty, systemy gospodarowania, rośliny uprawiane na cele energetyczne
Citation
Monografie i Rozprawy Naukowe, 36, ss. 181