Ekosystémové služby v zemědělství (2): Regulace plevelů ekosystémovými službami

13. 12. 2021 Ing. Hana Foffová, RNDr. Jiří Skuhrovec, Ph.D., Doc. RNDr. Pavel Saska, Ph.D.; Výzkumný ústav rostlinné výroby, v.v.i. Praha-Ruzyně Plevele Zobrazeno 1839x

Boj proti plevelům představuje jeden z ekonomicky nejnáročnějších aspektů rostlinné produkce. Plevele nejvíce snižují potencionální výnos, a to v průměru až o 10 %. Ke snižování výnosů plevely dochází především následkem konkurence plevelů s plodinou o prostor, živiny, světlo a další faktory potřebné k růstu. Kromě snížení výnosu také plevele znehodnocují kvalitu sklizeného zrna. Některé druhy plevelů včetně jejich semen jsou pro lidi či zvířata nejedlé nebo dokonce jedovaté. Plevele způsobují ošklivé alergie dýchacích cest (např. pyly z ambrozií (např. Ambrosia artemisiifolia)) i kožní alergie (např. bolševník velkolepý Heracleum mantegazzianum).

Plevele však nejsou jen nebezpečné a škodlivé. Některé druhy plevelů jsou léčivé a řada z nich je významná pro udržení biodiverzity bezobratlých i ptáků v porostech plodin i okolních biotopech. Plevele mohou snižovat erozi na místech s holou půdou, pomáhají se zadržováním vody v krajině, zvyšují obsah organické hmoty v půdě i na povrchu atd. Proto je potřebné, aby se k regulaci plevelů přistupovalo s rozvahou.

Regulace plevelů

S dnešním tlakem na snižování počtu aktivních látek herbicidních prostředků a zákazem některých účinných látek je čím dál tím obtížnější plevele udržet pod ekonomickým prahem škodlivosti. Kromě chemické, mechanické a fyzikální ochrany mohou při jejich regulaci pomoci i přirození nepřátelé plevelů.

Přirozená regulace plevelů jako ekosystémová služba může nabývat různých podob. Zřejmě nejdůležitějším způsobem je predace semen, a dále pak různé formy napadání rostlin klíčních i dospělých - žraví herbivoři konzumující rostlinná pletiva či savý hmyz (schéma 1). Jejich největší výhodou je skutečnost, že se v porostech plodin a jejich okolí vyskytují přirozeně. Další nespornou výhodou je, že tyto formy ekosystémových služeb nepoškozují životní prostředí, jsou pro lidi bezpečné a na rozdíl od chemické ochrany nezanechávají rezidua v prostředí. Bohužel nevýhodou těchto ekosystémových služeb je, že jejich efektivita je velmi variabilní a nejsme zatím schopni jejich účinnost dobře predikovat.

Schéma 1: Životní cyklus rostlin s jejich možnými predátory nebo herbivory (převzato z Ekosystémové služby poskytované zemědělství bezobratlými: H. Foffová)

Predace a regulace semen ekosystémovými službami

Nejvýznamnější ekosystémovou službou podílející se na regulaci plevelů je predace semen. Pojem predace semen je pro mnoho lidí stále ještě nezvyklý, protože převládá představa, že predátor je synonymem pro masožravce. Termín predace semen byl poprvé použit Danielem H. Janzenem v roce 1971. Z ekologického hlediska je predátorem takový druh, jenž se živí jinými organizmy (kořistí), které zároveň zahubí a za svůj život zabije mnoho jedinců kořisti. Typickým příkladem může být např. slunéčko sedmitečné živící se mšicemi nebo káně lovící hraboše.

Jelikož ale i semena jsou živým organizmem, stávají se kořistí, pokud jsou někým sežrána nebo poškozena natolik, že již nejsou schopná vyklíčit. Ten, kdo je sežere, je pak jejich predátorem. Pokud tedy například kvapník (patřící mezi střevlíky) požírá semena penízku rolního, je z ekologického hlediska správné jej nazývat predátorem semen. Avšak pokud například kos sežere plody hlohu, a semena projdou jeho trávicím traktem nepoškozená a klíčivá, nejedná se o predaci semen, ale naopak o disperzi semen. Tyto dva jevy jsou velmi často zaměňovány.

V případě predace semen rozlišujeme dva hlavní typy, a to pre-disperzní a post-disperzní predaci semen.

K pre-disperzní predaci semen dochází před uvolněním semen z mateřské rostliny, zatímco k post-disperzní predaci až po uvolnění semen z mateřské rostliny. K pre-disperzní predaci dochází k sežrání semen přímo z květu nebo plodu před dozráním semen. Mezi nejvýznamnější pre-disperzní predátory semen řadíme larvy nosatcovitých brouků, housenky motýlů nebo také larvy některých dvoukřídlých (např. Tephritidae nebo Cecidomyiidae). Nosatcovití brouci jsou schopni konzumovat nezralá semena, ale i květní lůžka (obr. 1), čímž zamezují dozrání semen.

Pre-disperzní predace semen je známá u celé řady rostlin. Nejčastěji je doložena na rostlinách z čeledi hvězdnicovité (Asteraceae). Můžeme ji pozorovat na chrpách, čekankách a lidově řečeno bodlácích (např. pcháč oset, pcháč různolistý). Tuto predaci semen si můžeme snadno ověřit. Když ještě nezralý úbor (např. pcháče osetu) otevřeme, mnohdy v něm najdeme jen jedno semeno a řadu semen, která jsou nakousaná nebo provrtaná.

Díky pre-disperzní predaci semen je z populace odstraněno velké množství semen. Na pcháči osetu (Cirsium arvense) byla zjištěna pre-disperzní predace semen až do míry 50 %. U pcháče různolistého (Cirsium heterophyllum) byla prokázána predace až 90 % semen.

Semena, která nejsou poškozena pre-disperzní predací, dozrají a následně se šíří do okolí. Množství semen zahyne během disperze (např. nespadnou na půdu, na které by mohla klíčit atd.). V závislosti na druhu rostliny pak semena, která dopadnou do prostředí vhodného pro klíčení, vyklíčí ihned, zatímco dormantní semena se stanou součástí půdní zásoby semen. V té semena vyčkají na vhodné podmínky pro klíčení. Půdní banka na orné půdě může obsahovat i desetitisíce semen na 1 m². Semena se v průběhu času dostávají do různých hloubek (za pomoci orby atd.). Problémem půdní zásoby semen plevelů je dlouhověkost celé řady druhů semen. Některé druhy neztrácejí svoji klíčivost ani po 10 letech (např. penízek rolní - Thlaspi arvense). Tato semena neklíčí, pokud jsou příliš hluboko, ale blíže povrchu klíčit začnou. Část semen v půdní bance však nikdy nevyklíčí.

Jakmile semena vstoupí do půdní banky, jsou před predací více méně uchráněna, ačkoliv i v půdě žijí skupiny živočichů, jež se semeny živí (zejména žížaly a larvy hmyzu). Nejvýznamnější je tak predace semen na povrchu půdy, ještě než semena vstoupí do půdní zásoby. Na post-disperzní predaci se podílí velké množství druhů, především střevlíkovití brouci, mravenci, cvrčci, suchozemští stejnonožci, mnohonožky, žížaly, plži, hlodavci, ptáci a mnoho dalších taxonomických skupin.

Hlavními predátory semen v porostech plodin jsou v našich podmínkách střevlíkovití brouci (Carabidae; obr. 2). Porosty plodin obývají desítky druhů. Mnoho druhů střevlíků je převážně masožravých a požírají mšice, larvy škůdců nebo vajíčka slimáků, nicméně celá řada druhů si svoji dietu zpestřuje semeny a další jsou na semena plevelů vázáni svým vývojem. Díky rozvoji molekulárních metod a detekce DNA v potravě bylo zjištěno, že i druhy, o kterých jsme si mysleli, že jsou výhradně masožraví, žerou také semena. Například u druhu střevlíčků měděného (Poecilus cupreus) a obecného (Pterostichus melanarius) byla detekována rostlinná DNA u více než 70 % jedinců odchycených v polních podmínkách. Mezi téměř čistě semenožravé druhy patří víceméně jen zástupci rodů Harpalus, Ophonus, Amara a příbuzných rodů (společně nazývaní kvapníci). Tyto skupiny mají dokonce ústní ústrojí uzpůsobené k drcení semen - jsou robustnější. Mnoho z nich je specializováno jen na omezené spektrum druhů semen.

V literatuře se uvádí, že predátoři semen jsou schopni eliminovat i více než 50 % roční produkce semen, což stačí k zastavení růstu populace plevelů. Dokonce bylo výzkumníky ve Velké Británii zjištěno, že půdní zásoba semen plevelů průkazně klesala s rostoucí početností střevlíkovitých brouků. Experimentálně zjištěná data jsou však, co se týče množství zničených semen plevelů predátory, velmi variabilní, proto je třeba věnovat výzkumnou pozornost faktorům, které ovlivňují početnost predátorů semen a jejich dopad na populace plevelů. Jedná se zejména o faktory spojené s hospodařením (intenzita orby, používání agrochemikálií, osevní sledy) a změnami na úrovni krajiny.

Přirozenou otázkou může být, zda tito predátoři semen nemohou ničit i semena kulturních plodin. Jelikož jsou predátoři semen poměrně malí brouci nepřevyšující svojí velikostí těla 2 cm, nejsou schopni požírat větší semena (obilniny, kukuřice). Navíc se predátoři semen v polích nevyskytují ve velkých hustotách v době, kdy dochází k setí plodin, takže příliš ohrožena nejsou ani menší semena plodin (řepka). Aktivita a žravost střevlíkovitých brouků je závislá na mnoha podmínkách, především na teplotě a ročním období. Zvýšená aktivita začíná na jaře, k vrcholu se dostává v létě a na podzim se opět snižuje. Mimo vegetační období většina druhů pole opouští a přezimuje na okrajích polí nebo na okolních stanovištích.

S tímto jejich ročním cyklem souvisí i možná podpora navýšení množství predátorů semen v porostech plodin. Můžeme je podpořit vytvářením tzv. refugií, ve kterých přečkají pro ně nepříznivé podmínky a z nichž by během vegetační sezony pole kolonizovali. Jako refugia mohou sloužit biopásy, meze, remízky, travnaté okraje polí a cest a podobně. Dále tyto predátory můžeme podpořit využíváním principů integrované ochrany plodin, neboť je pro ně celá řada pesticidů toxická.

Obr. 1: Larva nosatce požírající semena pcháče

Obr. 2: Střevlík Amara aulica pomáhá regulovat nejenom semena z půdní zásoby semen

Regulace klíčních rostlin plevelů ekosystémovými službami

Vzcházející plevele jsou napadány herbivorními bezobratlými, především plži, ale i dalšími skupinami (např. suchozemskými stejnonožci nebo dřepčíky). Nicméně tato ekosystémová služba může být velmi problematická v porostech zeleniny a dalších brukvovitých plodin, jelikož klíční rostliny plodin představují pro herbivory atraktivnější potravu, o tom by ostatně mohl povyprávět každý druhý zahrádkář. V porostech obilnin nebo na úhorech nám herbivorie klíčních rostlin plevelů může být potenciálně prospěšnější.

Při testování herbivorie u klíčních rostlin pampelišky lékařské (Taraxacum officinale) bylo stanoveno, že plži sežrali až 60 % klíčních rostlin. U klíčních rostlin lebedy lesklé (Atriplex sagittata) byla mortalita klíčních rostlin velmi variabilní (10–70 %).

Regulace plevelů pomocí žíru

Pokud plevele překonají úskalí raných fází růstu a dosáhnou fáze vzrostlých rostlin, je jejich regulace bezobratlými herbivory obtížná a méně úspěšná, ostatně podobně je tomu i v případě použití herbicidních postřiků. Mezi nejběžnější bezobratlé herbivory patří nosatcovití a mandelinkovití brouci, a dále housenky motýlů, housenice (larvy širopasých blanokřídlých) a larvy dvoukřídlých.

Herbivoři napadající vzrostlé rostliny plevelů mohou být specializováni na různé orgány: listy, stonky, kořeny nebo květy. Mezi býložravým hmyzem nalezneme jak mnoho specialistů, tak druhů nespecializovaných (generalistů). Herbivorní hmyz napadá nejčastěji listy (obr. 3). Tím, že rostlině požírají listy, snižují její fitness, jelikož redukují plochu listů využitelnou pro fotosyntézu a tvorbu energie a zásobních látek, které pak chybějí při vytváření květů a semen, k úhynu rostliny dojde ale pouze při masivním napadení.

Např. na listech šťovíků (Rumex) se živí mandelinka ředkvičková (Gastrophysa viridula). Na bodlácích žije štítonoš (Cassida rubiginosa; obr. 4). Oproti tomu herbivoři vyvíjející se uvnitř stonků můžou způsobit úhyn celé rostliny kvůli přerušení toku vody a živin cévními svazky vedoucími ve stoncích.

Ve stoncích žijí larvy nosatcovitých brouků, např. krytonosec Hadroplontus litura napadající pcháč oset, housenky některých motýlů nebo larvy dvoukřídlého hmyzu.

Ani kořeny či oddenky plevelů nejsou ušetřeny herbivorie. V kořenech nejčastěji nalezneme larvy nosatcovitých brouků (např. rýhonosec Cyphocleonus achates, krytonosec Mogulones cruciger nebo nosatčík Apion miniatum).

Obr. 3: Sežraný list šťovíku

Obr. 4: Štítonoš (Cassida rubiginosa) živící se bodláky - jeho larva má na sobě „ochranný štít“ z vlastního trusu, který ji chrání před predátory

Závěr

Existují ekosystémové služby podílející se na přirozené regulaci plevelů: predace semen plevelů před a po uvolnění z rostliny, a dále různé formy herbivorie. Na těchto ekosystémových službách se podílí celá řada přirozeně se vyskytujících druhů, ekosystémové služby regulující plevele mají tedy velký potenciál pro cílené využití.

Nevýhodou je nízká předvídatelnost účinnosti, která závisí hlavně na početnosti populací poskytovatelů ekosystémových služeb a vlastnostech prostředí, tedy zemědělské krajiny. Intenzivně obhospodařovaná krajina neposkytuje těmto druhům příliš možností k úkrytu, přezimování či najít potravu. Je tedy třeba vrátit do krajiny trvalé prvky, jako jsou meze, remízky a podobně, popř. aplikovat opatření, jako jsou biopásy, a tím podpořit populace užitečných druhů bezobratlých v zemědělské krajině.