Когда кукуруза кричит, фасоль слушает: совмещение культур отпугивает вредителей
На протяжении тысяч лет мелкие фермеры в Мексике и некоторых частях Центральной Америки практиковали форму сельского хозяйства, известную как milpa, которая восходит к древним майя. Традиция гласит, что смешивание культур — обычно кукурузы, фасоли и тыквы, «трех сестер» — на одном поле повышает урожайность. Теперь ученые знают, что бобы фиксируют азот в почве, обогащая ее для всех растений; стебли кукурузы обеспечивают структуру, по которой бобы могут подниматься; а тыква покрывает землю, подавляя сорняки и сохраняя почву влажной. Но исследователи также подозревали, что это «смешивание культур» имеет дополнительное преимущество: помогает уменьшить ущерб, наносимый вредителями растений.
Новая работа, представленная в этом месяце на ежегодном собрании Экологического общества Америки в Лос-Анджелесе, предполагает, что вред от вредителей действительно снижается в этих системах, и что за это отвечает командная работа растений. Демонстрируя, как кукуруза подает сигнал бобам, чтобы привлечь насекомых, которые поедают их вредителей, работа может вдохновить другие исследования, которые в конечном итоге могут указать на новые способы для современных фермеров сократить использование пестицидов. Но другая работа, представленная на собрании, предполагает, что повторение успеха «Трех сестер» может быть нелегким. Исследование показало, что совместная посадка генетически разных томатов защищает их от вредителей только тогда, когда набор сортов производит правильную смесь летучих химикатов. «Важно, какой сорт культуры вы используете», — говорит Патрик Гроф-Тиса, эколог растений и насекомых в Университете Конверса.
Три года назад Бетти Бенрей, энтомолог из Невшательского университета, наняла Гроф-Тису отчасти для того, чтобы разобраться, как именно «три сестры» помогают друг другу снижать ущерб от вредителей. «Это было немного загадочно», — говорит Ян Пирс, исследователь-эколог Геологической службы США.
Работая в Оахаке, Мексика, команда Гроф-Тисы выращивала три культуры на экспериментальных полях по отдельности, парами и тройками. Помимо регистрации повреждений от вредителей, они отслеживали всех членистоногих, которые посещали каждый участок, и классифицировали их либо как вредителей, таких как гусеницы, либо как естественных врагов вредителей, таких как паразитические осы. Хотя анализы не завершены, исследования, похоже, подтверждают, что монокультуры имеют меньшую защиту от травоядных, чем пары или тройки культур, и поэтому эти смешанные посадки могут быть более продуктивными.
Исследования убедительно показали, что разнообразие помогает, поскольку каждый вид естественным образом привлекает определенный набор врагов-вредителей, помогая собрать огромную армию защитников. Этот набор — секрет успеха «трех Сестер», сообщил Гроф-Тиса на встрече. (Работа группы также опубликована в выпуске журнала Agriculture, Ecosystems & Environment)
Чтобы понять, как растения привлекают своих защитников, он и его коллеги выращивали кукурузу в лаборатории и собирали летучие химические вещества, выделяемые, когда растения подвергались нападению совки, серьезного вредителя сельскохозяйственных культур. Исследователи уже знали, что эти запахи могут стимулировать увеличение токсинов против травоядных животных в неповрежденных частях растения и в другой кукурузе поблизости. Лабораторные и полевые испытания теперь показывают, что эти сигналы также вызывают реакцию в соседних растениях фасоли: они увеличивают концентрацию и количество сахара в нектаре, который фасоль вырабатывает в крошечных железах под листьями. Эти так называемые внецветковые нектарники, по-видимому, привлекают даже больше муравьев и ос, чем обычно, которые поедают гусениц, уничтожающих урожай, обнаружила команда.
Осы и муравьи-рекруты «защищали и бобовые, и кукурузу», отмечает Кайлен Муни, эколог из Калифорнийского университета (UC) в Ирвайне. Пирс также был впечатлен тем, что Гроф-Тиса наблюдал не только больше паразитоидных ос, которые убивают гусениц, откладывая яйца, которые развиваются внутри тела гусениц, но и хищных ос, которые нападают и поедают домашних животных напрямую. Более того, паразитоидные осы, питающиеся обогащенным нектаром, жили почти в два раза дольше обычных, поэтому они нападали на гораздо большее количество травоядных. (Связанный лабораторный эксперимент по оценке убийственного потенциала паразитоидных ос, реагирующих на летучие вещества кукурузы, показал, что они могут убить около 500 гусениц примерно за 90 минут.) Работа «дополняет растущий объем знаний о преимуществах разнообразия во многих растительных системах», говорит Эрик ЛоПрести, эколог из Университета Южной Каролины.
Не все комбинации растений сочетаются так успешно. После изучения литературы ученые пришли к выводу, что преимущества смешивания растений зависят от многих факторов, таких как размер участка и то, едят ли местные вредители только один вид растений или много видов. Конкретные растения и насекомые, участвующие в этом, также имеют большое значение, сообщили они в Quarterly Review of Biology. «Мы все еще пытаемся понять, какие признаки растений способствуют этим эффектам», — объясняют исследователи. «И, возможно, самая большая проблема — это понимание связи между этими признаками и поведением насекомых».
Андреа Глассмайер, химик-эколог из Университета штата Луизиана, недавно исследовала эту связь, рассмотрев, может ли смешивание сортов одного разнообразного вида, растения томата, быть таким же защитным, как и совмещение с несколькими видами. Помидоры бывают самых разных размеров, форм, цветов и вкусов, и сотни их сортов предоставили Глассмайер средство систематической оценки ценности посадки вместе нескольких видов. В одном эксперименте она посадила группы из четырех растений томата, состоящих из одного-четырех сортов, на открытых участках. Для каждого набора она подсчитывала травоядных, которые посещали их для еды, и членистоногих, которые охотились на этих вредителей. Простое наличие разнообразия не обязательно имело значение, сообщила она. Вместо этого ключевым фактором, по-видимому, был тип и концентрация определенных летучих соединений, вырабатываемых растениями.
Она обнаружила, что соединения, называемые терпеноидами, которые придают растениям цитрусовые, древесные и даже терпеновые ароматы, оказывают большое влияние на травоядных и их хищников, но только некоторые комбинации были полезны. Растения томатов, вырабатывающие большое количество простых терпеноидов, называемых монотерпенами, привлекали меньше травоядных и больше хищников, чем сорта, вырабатывающие более сложные терпеноиды. Защитный эффект распространялся на другие растения томатов на том же участке. «Не все равно, кто ваш сосед», — говорит Глассмайер.
«Мы сосредоточились» на том, что помогает культурам работать вместе, говорит Филип Хан, эколог, изучающий взаимодействие растений и насекомых в Университете Флориды. И это должно в конечном итоге помочь фермерам сократить использование химических пестицидов, говорит Ричард Карбан, эколог из Калифорнийского университета в Дэвисе. «Чем больше мы понимаем нюансы и механизмы взаимодействия растений, таких как «три сестры», тем больше мы будем в лучшем положении, чтобы придумать крутые инновационные решения для сельского хозяйства».
Обсудим?
Смотрите также:
