В прошлой публикации мы выяснили, как влияет на урожайность пшеницы температура воздуха. Теперь предлагаем рассмотреть такие факторы, ограничивающие развитие пшеницы, как влага, свет, углекислый газ и кислород (Продолжение, начало в № №7, 8/2011) (Опубликовано в № 09.2011 г.)
Очень важно знать, где влага является ограничивающим фактором получения достижимого урожая. Этим определяется, будет ли польза от летнего пара, возможно ли оттянуть срок сева, чтобы растение смогло получить больше влаги, а также оценить, как и какие именно чередовать культуры в севообороте, чтобы избежать тех или иных болезней. Кроме того, можно сделать вывод о том, нужно ли и как именно изменить систему обработки почвы, как применять растительные остатки для накопления и сохранения влаги.
Прорастание семян и потребность во влаге
Количество влаги, необходимое для прорастания семян и появления всходов, зависит от глубины заделки семян.
Представьте себе поле, засеянное с нормой высева семян пшеницы 112 кг/га. Во время сева семена содержат около 13% влаги, однако потом их влажность повышается до 50%. Чтобы 112 кг семян привести в состояние прорастания, нужно меньше 20 л воды. Поглощая определенное количество питательных веществ из эндосперма, зародыш впитывает воду, необходимую для его клеток, достижения адекватного тургора, а также роста корней и ростков.
Проросткам, расположенным на глубине 3,8 см, для прорастания нужно 114151 л воды на 112 кг семян. Семена, находящиеся на глубине 7,6 см, используют для прорастания уже 189-208 л воды на 112 кг семян. Чтобы поместить семена во влажную почву, иногда их заделывают на глубину 12-15 см.
Урожай озимой пшеницы в штате Вашингтон, высеянной в засушливый год после гороха. Урожай на природной почве сравнивается с урожаем, который был получен на обеззараженной почве (чтобы исключить болезни корней) на каждой из 5 точек склона. На участке с обработанной почвой при достижимом урожае 57-61 ц/га влага повлияла на увеличение урожая, а борьба с болезнями корней нет. У самого подножья горы, где содержание влаги не было лимитирующим фактором, борьба с болезнями корней увеличила урожайность на 13,6 ц/га (данные Р. Дж. Кука).
Проблема прорастания из больших глубин обусловлена двумя факторами: ограниченным обеспечением почвенной влагой и необходимостью потребления ростком большего количества воды, чтобы выйти на поверхность почвы. Глубокая заделка семян может затруднять прорастание карликовых видов пшеницы, для которых характерно короткое колеоптиле, особенно, когда до появления всходов на поверхности почвы образуется корка. Если количество воды, необходимое для прорастания семян, выразить в процентном соотношении от всего запаса влаги, оно кажется небольшим. Но эта влага должна поступать из небольшого количества почвы, находящейся вокруг каждого семени, а потом вокруг каждого корня проростка.
Пылеватый суглинок удерживает около 25% воды от полной полевой влагоемкости, но если содержание влаги ниже 8-10%, вода очень сильно удерживается почвой, поэтому семенам тяжело ее извлекать. Чтобы 112 кг семян пшеницы смогли получить необходимые для прорастания 26-30 л воды, они должны извлечь всю имеющуюся в наличии воду примерно из 11,3-12,7 м3 пылеватого суглинка. Вся имеющаяся в наличии вода должна быть извлечена из 680-816 кг почвы для обеспечения всхожести из глубины 3,8 см. А чтобы семена взошли из глубины 7,6 см, им нужно извлечь влагу из 1-1,5 т почвы. Это при условии, что почва ниже этой глубины имеет влажность на уровне полевой влагоемкости, чего обычно не бывает. Мелкокомковая почва более влагоемка и способна быстро передавать воду по капиллярам к семенам. Уплотнение почвы позволяет увеличить количество влаги вокруг семян и проростков, а также обеспчивает движение воды к семенам. Однако чрезмерная более уплотненная почва может стать физической преградой для появления всходов. Корни лучше проникают через плотную почву, чем проросток, так как они первыми появляются из семян.
Рост и развитие
Когда на растение попадают солнечные лучи, поры листьев открываются. Это способствует газообмену между растением и окружающей средой, включая испарение воды с листьев (транспирация), поглощение кислорода и выделение углекислого газа (респирация), а также поглощение углекислого газа, необходимого для поддержания фотосинтеза. Для роста и развития растения нужно столько воды, передавать воду по капиллярам к семенам. Уплотнение почвы позволяет увеличить количество влаги вокруг семян и проростков, а также обеспечивает движение воды к семенам. Однако чрезмерно Рис. 1. Достижимый урожай о Вашингтон в зависимости о озимой пшеницы в штате наличия доступной влаги чтобы обеспечить процессы транспирации и сохранения сочности клетчатки с минимальным тургором. Чем больше растение, тем больше ему нужно воды, до тех пор, пока оно не начнет созревать, а затем стареть. Чтобы полностью удовлетворить свою потребность в воде и сохранить тургор, в условиях недостаточного увлажнения растение может самостоятельно уменьшить количество или площадь листьев, не формировать или сбрасывать уже сформированные побеги, уменьшать колоски, меньше формировать цветков в колосках и даже закрыть поры, что предотвращает испарение воды с листьев, но это одновременно предотвращает поступление углекислого газа, необходимого для фотосинтеза. В результате получается урожай меньше достижимого.
Урожай пшеницы пропорционально зависит от количества воды, испарившейся через листья растения
От момента появления проростка над поверхностью почвы и до налива зерна корни должны поглощать достаточное количество воды из почвы для обеспечения транспирации и сохранения минимального тургора, необходимого для роста и развития. Каждое растение напоминает баллон с водой, который будет твердым, когда он наполнен до верха, или дряблым, если не будет полностью заполненным. Чем крупнее растение, тем больше ему нужно воды для поддержания процессов транспирации. Интенсивность испарения частично определяется потребностью испарения (потенциал испарения) атмосферы. Потребность испарения больше, когда солнце светит ярко, температура высокая, относительная влажность низкая и дует ветер. Если испарение воды с листьев в атмосферу превышает поступление воды от корней к листьям, то их клетки будут терять свой тургор и увядать. Потеря тургора сказывается на способности листьев расти в ширину, что приводит в конечном итоге к их сужению. Это один из видов приспособляемости растения и стремления сбалансировать ограниченное обеспечение водой. Пшеница больше всего отдает воду до и во время цветения. Если недостаток влаги наблюдается в период образования побегов, они не развиваются. Пшеница, испытывающая большой дефицит влаги в фазе трех листьев и до фазы выхода в трубку формирует иногда только один стебель (один колос на одно растение). При недостатке влаги в период, когда начинают формироваться генеративные органы, растение образует меньше колосков, а при дефиците влаги в период трубкования – меньше цветков. Оно также может жертвовать побегами, колосками или цветками, если недостаток влаги дает о себе знать даже после того, как все эти части растения сформированы, но не полностью развиты. В обоих случаях те колоски, побеги и цветки, которые сформировались в последнюю очередь, погибнут. Последними появляются колоски, находящиеся у основания и в верхней части колоса. Появление пустой верхушки, пустой нижней части колоса или пустых верхушки и нижней части одновременно объясняется длительным воздействием засухи или заморозков.
Расчет выполнен исходя из того, что на каждые 25 мм влаги свыше 100 мм урожай увеличивается на 4,76 ц/га (Кук Р. Дж. Системы менеджмента пшеницы на Тихоокеанском Северо-Западе. Болезни растений,1986)
Налив зерна
Пшеница может давать хороший урожай в районах, где выпадает мало дождей, если влага в почве будет в пределах досягаемости ее корней и поры листьев будут открыты для фотосинтеза, по крайней мере на несколько часов в течение дня до стадии налива зерна. Это возможно, если:
1) своевременно отрегулировано соответствующее число побегов, чтобы колосья не испытывали дефицит влаги;
2) корневая система глубокая, здоровая и хорошо развита.
При этих условиях поры листьев могут быть закрытыми из-за отсутствия тургора утром или при полнолунии. В то время, когда они закрыты, может иметь место фотосинтез, аккумулирующий сухое вещество в наливающемся зерне. Движение воды от корней к стеблю, листьям и колосьям будет медленным, если она должна подняться из глубины почвы 1,4-1,8 м. Когда поры закрыты, часть растения, находящаяся над почвой, постепенно наполняется водой до тех пор, пока не восстановится минимально необходимый для транспирации и фотосинтеза тургор. В течение дня тургор в клетках может опять снизиться, и тогда весь цикл повторяется. Один из механизмов выживания растения заключается в том, что ночью поры листьев закрыты. Таким образом растение пшеницы полностью заполняет себя водой, буквально высасываемой из глубин почвы. При наступлении дневного света тургор будет достаточным , чтобы держать поры открытыми в течении нескольких часов, до тех пор, пока растение не станет вялым и не закроются поры, чтобы начать цикл снова. У взрослого растения давление в середине дня, когда потребность в воде наибольшая, достигает 50 атмосфер при условии, что растение будет в состоянии постепенно приспосабливаться к более сухим прогрессирующим условиям.
Количество воды, достигшей корневой зоны, зависит от ее количества в глубоких слоях, а также от способности почвы транспортировать воду
Большое количество воды в верхнюю часть приходит от влажного слоя почвы, недавно занятого развивающейся корневой системой, но некоторое количество воды все еще извлекается с верхнего, сухого слоя, занятого старой корневой системой, так как всасывающаяся способность верхних частей увеличивается. Эта вода сама по себе не приносит большой пользы растению, но как прибавка к основному источнику воды, получаемой из глубокого сырого слоя, она может внести большой вклад в водный статус растения.
Связь урожая с транспирацией и испарением
В общем, урожай пшеницы пропорционально зависит от количества воды, испарившейся через листья растения. Чем больше воды проходит от корней к стеблю и через листья, тем больше урожай. Как указывалось выше, испарение происходит благодаря функции листьев и открытых пор. Закрытие и открытие пор является кратковременной реакцией пшеницы на обеспечение ее водой, но размеры площади листьев -это долгосрочная реакция. Таким образом, чем больше растение обеспечивается водой, тем больше будет площадь листьев и чем больше пор находится в открытом состоянии, тем больше транспирация, а следовательно, большим будет и урожай. Не принимая во внимания такие факторы, как выпадение дождей, орошение, уменьшение численности сорняков (чтобы культурным растениям оставалось больше воды), факторы, ограничивающие потерю воды из почвы из-за испарения и стока, будут очень важны для обеспечения растений водой, а следовательно, и для урожая. Потенциал потери воды из почвы на испарение определяется многими факторами, включая разницу между влажностью верхнего слоя почвы и относительной влажностью воздуха, движением воздушных масс (ветра) у поверхности почвы, облачностью, количеством тепла, необходимым для испарения воды с поверхности почвы, а также структурой почвы. Водно-физические свойства, которые оказывают влияние на интенсивность капиллярного движения воды к поверхности почвы для испарения, зависят именно от структуры почвы. Факторы, ограничивающие потерю воды из почвы из-за испарения и стока, вероятнее всего, очень важны для обеспечения растений водой, а следовательно, и для урожая. Потенциалом водного испарения с поверхности почвы можно управлять в некоторой степени с помощью ее мульчирования пожнивными остатками. Мульча способна сохранять прохладу в почве и снижать скорость ветра у ее поверхности. Испарение воды непосредственно из почвы в атмосферу замедляется на пшеничном поле по мере подсыхания поверхности почвы и развития растительного покрова, защищающего почву от прямых солнечных лучей и снижающего скорость ветра, что в результате приводит к повышению относительной влажности воздуха у поверхности почвы. По мере роста культуры потребность атмосферы в испарении все больше удовлетворяется водой, проходящей через культурное растение, его листья. Испарение с поверхности почвы вместе с транспирацией называется эвапотранспирацией.
На западе Соединенных Штатов, где относительная влажность воздуха летом слишком низкая, а дневная температура очень высокая, прямое испарение из почвы выражается большой потерей почвенной влаги даже тогда, когда растительный покров хорошо развит. Извержение вулкана на горе Святой Елены в мае 1980 года произошло, когда пшеница на востоке штата Вашингтон находилась в фазе трубкования. В тот год штат Вашингтон установил рекорд по сбору урожая пшеницы, но не из-за питательной ценности пепла, а, скорее всего, из-за слоя пыли, который резко снизил потерю воды при испарении непосредственно с поверхности почвы. Рассчитать потребность атмосферы в испарении, эвапотранспирацию, фактическое накопление, а также потерю влаги в течение роста культурного растения пшеницы в конкретном районе могут помочь специалисты местной сельскохозяйственной опытной станции.
Доступная влага и достижимый урожай на полузасушливых землях
Большинство опытов по изучению зависимости между урожаем и количеством доступной влаги в почве в условиях Северной Америки проводились на полузасушливой Великой Равнине и в западных штатах, где вода – почти всегда ограничивающий фактор для развития растений. Доступная влага для культурного растения – это все количество воды, которое теоретически имеется в наличии и может быть поглощено из почвы растениями в период между посевом и наливом зерна. Когда налив зерна почти завершен, вся поглощенная вода уже прошла через растение. Вода, которая не была доступна до и после этого времени, абсолютно бесполезна для растения, как и вода, которая выпадает с осадками, стекает с поверхности и просачивается в глубокие слои почвы или испаряется. И хотя эта вода может быть замерена дождемером, она не является доступной. Вода, которая удерживается в почве так сильно, что не может быть поглощена корнями пшеницы, также будет недоступна.
Определение недоступной воды
Количество влаги, недоступной для пшеницы, соответствует количеству воды в почвенных образцах, взятых на глубине досягаемости корней во время уборки богатого урожая, но до следующего дождя. Малый вес 1000 зерен при богатом урожае в условиях небольшого количества осадков является свидетельством того, что растение использовало всю воду, имеющуюся в корнеобитаемой зоне почвы. Пылеватый суглинок Палоуса (штат Вашингтон) в слое почвы 1,8 м удерживает около 120-130 мм воды, доступной для пшеницы. Глубокий суглинок в восточной части штата Монтана в таком же слое удерживает около 220-230 мм доступной для пшеницы воды. А вот глинистая почва в Панхандле (штат Техас) удерживает в таком слое около 350450 мм доступной воды.
Количество доступной воды определяется только один раз в любом слое почвы. Затем, если количество воды, измеренное в этом слое, во время уборки урожая превосходит количество, известное как поглощаемое из почвы самим лучшим урожаем пшеницы, то понижение урожая может оцениваться по количеству лишней воды.
Бауер А., Гарсия Р., Кане-Масу Е.Т., Блад Б.Л., Хатфилд Дж.Л., Майор Д.Дж., Рагинато Р.Дж. и Губард К.Г. Влияние географической широты на фенологию озимой пшеницы сорта Кольт, 1988
Определение доступной воды
Приблизительно подсчитать доступное количество воды для урожая пшеницы можно следующим образом:
1) определить количество влаги на момент сева в слое почвы, куда могут проникнуть корни пшеницы;
2) вычесть количество недоступной влаги;
3) вычесть количество влаги, просочившейся ниже корневой зоны после сева;
4) прибавить количество влаги, которое способно подняться по капиллярам вверх в корневую зону из глубины ниже нормальной глубины проникновения корней;
5) прибавить количество воды, поступающей и накапливающейся в почве с осадками и орошением в период между посевом и наливом зерна.
Доступная вода в почве во время сева может быть определена по почвенному образцу, взятому из глубины досягаемости корней ожидаемого здорового урожая. Если никаких препятствий в профиле почвы нет, то глубина корней озимой пшеницы обычно составляет 2 м, яровой – около 1,2-1,5 м. Для большинства полей как озимой, так и яровой пшеницы эти значения лучше всего определять весной, как правило, в период весеннего возобновления вегетации озимой пшеницы или сева яровой. Определение количества доступной влаги весной исключает трудности, связанные с необходимостью учитывать сток и испарение в течение зимнего периода и уровень накопления влаги в летних парах, а также ее количество, оставшееся после уборки урожая предшественника. Чем больше влаги осталось в почве после уборки предшественника, тем больший урожай может быть получен в следующем году. По сути, богатый урожай в текущем году может свидетельствовать о том, что в следующем году достижимый урожай будет ниже, если запас влаги в почве не будет восполнен осадками или орошением. В зоне повышенного количества дождевых осадков или высокого уровня залегания грунтовых вод вода может подниматься вверх к корневой зоне. На таких площадях дефицит воды редкое явление, поэтому не может быть ограничивающим фактором для урожая. Наоборот, пшеница в этих местах страдает от излишка воды. Движение воды вверх с нижних горизонтов в кор-необитаемый слой в значительной степени проявляется в сухой местности на пылеватых и суглинистых типах почв.
Количество воды, достигшей корневой зоны, зависит от ее количества в глубоких слоях, а также от способности почвы транспортировать воду (это явление известно как гидравлическая проводимость почвы). Такой тип движения воды характерен для почв с тонкой структурой. Мы не согласны с популярным мнением и убеждены в том, что корни не растут через сухой слой, чтобы достичь влаги в более сыром нижнем слое. Движение корней в почве зависят от «смазывающего» свойства присутствующей воды, с помощью которого они разветвляются в почве. Даже слегка сухая почва (суше почвы с нормальной полевой влагоемкостью) способна замедлять разветвление корней. По этой причине корни могут прорастать до глубины сырого слоя почвы, если он не связан с капиллярами, поднимающими воду из более глубоких слоев. Этим можно объяснить, почему пшеница при повторном севе дает низкий урожай в засушливом году, несмотря на то, что измерения показывают наличие доступной влаги на глубине 180-150 см, а иногда даже 120 см. Вода, находящаяся глубже, не будет доступной, корни не смогут добраться до нее. Влажный слой не поднимается достаточно высоко, чтобы корни смогли дорасти до капиллярного слоя, по которому вода перемещается вверх. Количество воды, полученное в результате осадков или орошения, которое поступает и удерживается в почве в период сева и до налива зерна, может быть определено как разница между количеством выпавших осадков, количеством поверхностного стока (если он имел место) и испарением. Поверхностный сток будет значительным, если:
1) поле имеет уклон;
2) почва достаточно насыщена водой от предыдущего дождя;
3) почва замерзла во время дождя;
4) за короткий период выпало много дождей или много растаяло снега либо поверхность почвы открытая (отсутствие пожнивных остатков), гладкая (нет ни каких гребней) и не в состоянии удерживать воду в течение времени, за которое она может просочиться в почву.
Влага и продуктивность пшеницы
Продуктивность пшеницы в зависимости от наличия влаги в почве оценивается ее урожайностью на единицу содержания влаги. Эта цифра будет разной в разные годы и на разных полях в зависимости от длительности и времени наступления периода с недостатком или увеличением обеспечения влагой растения пшеницы. Среднее значение может быть использовано для прогноза возможного увеличения продуктивности пшеницы в случае принятия дополнительных мер по накоплению и сохранению влаги (например, при уменьшении испарения из почвы). Если других ограничивающих факторов, кроме водного, нет, можно ожидать увеличения урожая примерно на 185 кг на гектар на каждые 10 мм доступной влаги для озимой пшеницы и 130-150 кг на гектар – для яровой после первых 100 мм. Урожайность при 100 мм является средней заявленной продуктивностью озимой и яровой пшеницы относительно уровня обеспечения влагой. Любой другой фактический урожай на дюйм (25 мм) доступной влаги будет говорить о том, что во время некоторых критических стадий развития пшеницы воды было недостаточно или присутствовали другие ограничивающие факторы (температурное временное окно, вредители или болезни). Вблизи города Пульмана (штат Вашингтон), где средний годовой уровень выпадения осадков составляет 254 мм, постоянно получают 8-8,5 т/га пшеницы. Ее высевают после гороха, проводят обеззараживание почвы, контролируют сорняки, вредных почвенных насекомых, болезнетворные микроорганизмы. На производственных посевах пшеницы почва не обеззараживается.
Новые сорта имеют преимущество, потому что способны пропускать через себя больше воды, а не потому что дают достижимый урожай выше при одних и тех же водных условиях
Урожай озимой пшеницы в штате Вашингтон, высеянной в засушливый год после гороха. Урожай на природной почве сравнивается с урожаем, который был получен на обеззараженной почве (чтобы исключить болезни корней) на каждой из 5 точек склона. На участке с обработанной почвой при достижимом урожае 57-61 ц/га влага повлияла на увеличение урожая, а борьба с болезнями корней нет. У самого подножья горы, где содержание влаги не было лимитирующим фактором, борьба с болезнями корней увеличила урожайность на 13,6 ц/га (данные Р. Дж. Кука).
Отношение среднего достижимого урожая 4,76 ц/га на каждые 25,4 мм доступной влаги после первых 102 мм можно сопоставить с урожаем на Тихоокеанском Северо-Западе, где получают до 146 ц/ га при 890 мм осадков (рис. 1).
Выведение новых сортов за несколько последних десятилетий не позволило превзойти вышеуказанное отношение достижимого урожая по отношению к доступной влаге. Положительные результаты, скорее всего, были получены из-за усовершенствования процесса получения воды растениями. Иными словами, новые сорта имеют преимущество, потому что способны пропускать через себя больше воды, а не потому, что дают достижимый урожай выше при одних и тех же водных условиях.
Свет и углекислый газ
Достижимый урожай в некоторых частях Северной Америки может ограничиваться количеством света, который растение использует для фотосинтеза. Для примера можно взять восточную часть Больших Озер. В Исаке (штат Нью-Йорк), например,необходимая сумма активных температур (2100 градусов) накапливается с середины сентября, когда сеется пшеница, и до середины июля, когда пшеницу убирают. Эта сумма температур будет идеальной для пшеницы в фазах удлинения стебля, формирования колоса и налива зерна при выпадении 800-900 мм осадков в год и равномерном их распределении по месяцам (примерно 75 мм в месяц). Такое сочетание необходимой суммы активных температур и наличие доступной влаги на территории удаленной от моря на Тихоокеанском Северо-Востоке обеспечивает получение урожая на уровне 10 т/га. В штате Нью-Йорк пока самые высокие урожаи (5,3-6,0 т/га) даже на полях, где пшеницу высевают не чаще одного раза в шесть лет, причем устойчивыми сортами и при надежной химической системе защиты и высоком обеспечении минеральными удобрениями. Для северо-востока Соединенных Штатов и прилегающих районов Канады характерны равномерное распределение осадков в течение года и очень высокий процент облачных дней. Урожай пшеницы в Северной Америке редко ограничен солнечным светом, но это может произойти в некоторых местах на северо-востоке Соединенных Штатов или в провинции Мериленд. Для получения достижимого урожая в данном случае нужно выводить сорта, способные к более эффективному фотосинтезу.
Продолжительность дня, а следовательно, и дневная доза солнечных лучей будут разными в разное время года и на разных широтах, и это также может сказаться на достижимом урожае пшеницы. Чем дальше на север, тем длиннее день, где пшеница растет и созревает максимально (рис. 2). Влияние длины дня на временной интервал накопления необходимой суммы активной температуры для получения урожая пшеницы все еще не имеет четкого определения. Возможно, длинный день в северных широтах компенсирует короткий временной интервал роста.
По колее трактора среднего размера, тянущего за собой почвообрабатывающее орудие для повторной обработки, после одного прохода. В зоне 1 и 2 отмечается критическое давление, аэрация почвы меньше 10%. Сопротивление проникновению в зоне 1 будет более 20,3 кг на кв. см, в зоне 3 уплотненность не будет чрезмерной. Зона 4 в пылеватом суглинке Валлавалла – это слой уплотненной почвы толщиной 12,5 см. Зона 5 -это нетронутый подпочвенный слой с влажностью 24-25% во время обработки почвы. Числа от 1,00 до 1,59 – плотность сложения почвы в граммах на куб. см (Алмарас Р. Р., Крафт Дж. М. и Миллер Д. Е. Влияние уплотненности почвы, смешанной с пожнивными остатками, на здоровое состояние корней // Годовое обозрение фитопатологии, 1988)
Фотосинтез зависит от адекватного наличия в атмосфере углекислого газа и необходимого количества света. В атмосфере содержится около 0,03% углекислого газа. В Северной Америке в зимние месяцы его больше (когда зеленые насаждения отсутствуют или находятся в состоянии покоя, а также, когда сжигается топливо для отопления домов), а летом (когда фотосинтез у зеленых растений максимальный) меньше. Вероятно, достижимый урожай при адекватном количестве доступной влаги и идеальной температуре может быть ограничен наличием углекислого газа, необходимого для фотосинтеза, но не наличием света. Хотя экспериментально это еще не доказано.
Плотность сложения и аэрация почвы
До сих пор мы фокусировались на ограничивающем воздействии факторов окружающей среды на рост, развитие побегов, листьев, колосков, колоса и зерна. Но на урожай также может влиять ограничение роста и функционирования корней. Особенно серьезной эта проблема может быть на слитой почве. Основным затруднением в росте корней в плотной и переувлажненной почве является обеспечение корней кислородом.
Его недостаточность будет критической для здоровья и функционирования корней в тех местах, где дренаж почвы осуществляется медленно, или там, где грунтовые воды будут подниматься к поверхности почвы.
Проникновение некоторого количества кислорода вниз через растение к верхней части корней зависит от наличия свободного для газа пространства в клетках корней. Большая часть потребности корней в кислороде должна быть удовлетворена кислородом, который проникает в почву из атмосферы. Этот процесс начинается на поверхности почвы и заканчивается внизу у корней. Развитие корневой системы будет адекватно обеспечению ее кислородом.
Кислород очень важен для корней, особенно для корневых окончаний, где формируются новые клетки, между ними практически нет свободного пространства, через который газ мог бы проходить внутрь корня. Проблема снабжения кислородом корневых волосков, которые больше всего нуждаются в кислороде, зависит от интенсивности метаболизма, необходимого для образования новых клеток. Когда снабжение корневых окончаний кислородом прекращается (например из-за подъема грунтовых вод), они буквально голодают от нехватки кислорода, приостанавливают рост, умирают или поражаются и уничтожаются болезнетворными микроорганизмами. Эта проблема заостряется при идеальной для роста корней температуре, потому что в это время возникает самая большая потребность корней в кислороде. Проблема близкого залегания грунтовых вод зимой приводит к замерзанию и ломке корней.
Влияние уплотненности почвы
Корни разветвляются в почве, преодолевая ее сопротивление благодаря своей способности генерировать необходимую силу – тургорному давлению. Слой сухой почвы корни преодолевают плохо. Слой сильно уплотненной почвы может оказать сопротивление больше, чем его может преодолеть сила тургора на кончиках корней.
Уплотненный слой от сошника, а также плужная подошва (рис. 3) составляют две проблемы: сопротивление проникновению корней и преграда для инфильтрации воды и проникновения кислорода в почву. Корни пшеницы лучше проникают через влажный подпочвенный слой, потому что в этом случае почва оказывает меньшее сопротивление. К сожалению, рост корней в этих условиях ограничивается недостатком кислорода во влажной слитой почве (рис. 4). Селекционеры из штата Джорджия пытаются идентифицировать источники зародышевой плазмы пшеницы с пористыми корнями, как корни у риса, получающие кислород из растения, и поэтому меньше зависящие от поступления кислорода из окружающей почвы. Сорта пшеницы с такими свойствами будут лучше адаптированы к почвам с высоким уровнем грунтовых вод. Они будут иметь преимущества при благоприятном кислотно-щелочном балансе рН на плотной, но чрезмерно влажной почве.
Восточная часть штата Вашингтон, декабрь, растение находится в состоянии покоя, зима только началась. Мощная корневая система проростка в значительной степени сосредоточена в обработанном 15-сантиметровом верхнем слое, проникновение корней ниже этой глубины ограничено (Кортесы Жорж П. Сталлингз)
Р. Джеймс Кук,
Министерство сельского хозяйства США, исследовательская сельскохозяйственная служба, Госуниверситет Вашингтона
Роджер Дж. Фесет,
Служба по корпоративному распространению
