111_agroekolog

Вплив культурної рослинності на ґрунтоутворення.

Не лише ґрунт є важливим чинником для розвитку рослин, а й рослинний покрив бере активну участь у ґрунтових процесах. Важливим моментом є кількість і якість рослинного матеріалу, що надходить у ґрунт після тієї чи іншої культури. Від нього залежить режим мінерального живлення, агрономічні властивості ґрунтів, фітосанітарна ситуація. За зменшенням надходження в ґрунт пожнивних решток, кореневої маси і опаду рослини можна розподілити у вигляді такого ряду:

багаторічні трави – кукурудза на силос – озимі зернові – ярі зернові – зернобобові – цукровий і кормовий буряк – картопля – льон-довгунець.

Абсолютна кількість рослинних решток може суттєво відрізнятись залежно від умов вирощування. У зернових агроекосистемах, наприклад, вона може складати від 1,5 до 5,0 т/га, а якщо залишати солому, то і більше.

Рослинні рештки є не лише джерелом гумусу, вони повертають у ґрунт сполуки азоту та інших поживних елементів. Складення і структурний стан ґрунту також залежать від біологічних особливостей культур: розвитку кореневої системи, їх ущільнюючої здатності, кореневих виділень, хімічного складу і від технології їх вирощування.

Найбільш сприятливо впливають на ґрунт рослини з добре розвинутою кореневою системою, високою продуктивністю і проективним покриттям поверхні, які не вимагають обробітку ґрунту в період вегетації. Цим умовам відповідають багаторічні бобові і злакові трави та їх сумішки. Із зернових культур найбільша здатність до утворення структури ґрунту у озимих хлібів, які мають більш тривалий період вегетації, більш розвинену кореневу систему й добре прикривають ґрунт восени і навесні від руйнуючого впливу води та вітру. Просапні культури мають низьку оцінку за цим показником за виключенням кукурудзи на силос, яка за структуроутворюючою здатністю наближається до озимих зернових культур.

Особливо слабко виражена здатність до структуроутворення у коренеплодів і картоплі, після яких у ґрунті залишається мало коренів. Крім того, при їх збиранні ґрунт зазнає сильного механічного впливу, руйнуються ґрунтові агрегати, особливо за високої або надто низької вологості ґрунту.

51

Схематично основні польові культури за зниженням здатності до структуроутворення можна розташувати в такому по-

рядку: багаторічні бобово–злакові травосумішки, багаторічні бобові трави – однорічні бобово-злакові сумішки – озимі зернові культури – ярі зернові і зернові бобові – льон – картопля, коренеплоди.

Наведені властивості рослин мають безпосереднє відношення до ґрунтозахисної здатності рослинного покриву. Ґрунтозахисна ефективність культур залежить перш за все від густоти стояння рослин, кількості рослинних решток, що залишаються на поверхні ґрунту, впливу на структурний стан ґрунту і технологій їх вирощування. В таблиці 1.15 наведені показники стійкості різних агротехнічних фонів (типів рослинності) до ерозії і дефляції ґрунтів. Найгірші умови і ерозійної, і дефляційної небезпечності характеризуються значеннями близькими до 1 для чистих парів.

Таблиця 1.15

Показники стійкості ґрунтів до ерозії і дефляції під різними культурами [14]

52

Культурні рослини відрізняються за водоспоживанням, а отже, по-різному впливають на водний режим ґрунту і запаси вологи. Рослини з глибоко проникаючими коренями (люцерна, цукровий буряк, соняшник і ін.) здатні висушувати ґрунт на велику глибину (до 3,0 - 3,5 м). У районах недостатнього зволоження відновити такий запас вологи протягом одного осінньозимового сезону не вдається. Після рослин з невеликою кореневою системою (як картопля) залишається досить великий запас вологи, бо споживання відбувається лише у верхньому півметровому шарі.

Ще менший об’єм ґрунту пронизує корінням цибуля, огірки, селера, які вимагають рясного зрошення навіть в районах з вологим кліматом.

Отже, взаємодії в системі рослина – ґрунт забезпечують регулювання продуктивності культур і одночасно ефективність ґрунтоутворення.

1.3.5. Макро- і мікроелементне живлення як складові формування врожаю

Будь-які живі організми засвоюють із довкілля хімічні елементи, котрі потім використовують на побудову чи підтримання своїх тіл і на забезпечення процесів розмноження. Всього відомо близько 80 елементів, необхідних біоті.

Хімічні елементи, які використовуються живою речовиною у великих кількостях і, як правило, становлять не менше 0,1% загальної маси організму, називають макроелементами. До мак-

роелементів належать вуглець, кисень, водень, азот, фосфор, сір-

ка, калій, магній і кальцій. Усі ці елементи, за винятком кисню і водню, називають також біогенними елементами, оскільки жива речовина вибірково й у значній кількості поглинає їх з неживого середовища і концентрує в клітинах. Елементи, необхідні організмам у менших кількостях (до 0,1%) належать до мікроелемен-

тів, це мідь, залізо, цинк, молібден, бор, йод, кремній та ін.

53

Макро- і мікроелементи використовуються живими істотами в складі певних молекул. Елемент, що входить до складу молекули, з якої він може бути засвоєний організмом, називають доступним, або елементом у доступній формі.

Живлення рослин – складний процес надходження окремих біогенних елементів з повітря (наприклад, під час засвоєння вуглекислого газу листям у процесі фотосинтезу) і поглинання основної маси доступних мінеральних солей а також незначної кількості деяких органічних речовин через кореневу систему із розчину і твердої фази ґрунту. Останні дослідження показали, що поділ на кореневе і повітряне живлення умовний, одні і ті ж самі речовини можуть поглинатися як корінням, так і листям. Недостатня кількість поживних речовин у ґрунті затримує утворення органічних сполук у листі, що, в свою чергу, гальмує ріст рослин, знижує їх продуктивність.

Вимоги рослин до мінерального живлення визначаються їх генотиповими особливостями. Під час росту на одних і тих же ґрунтах рослини різних видів поглинають мінеральні речовини у різних співвідношеннях. Тому і хімічний склад культур з різних родин суттєво відрізняється (табл. 1.16).

Таблиця 1.16

Вміст макро- і мікроелементів у рослинах, мг/кг сухої маси [7]

54

Злакові рослини багаті на кремній, але бідніші на кальцій, натрій, молібден і бор. Родині хрестоцвітих характерна підвищена кількість натрію, хлору, сірки, бору, магнію. У бобових багато азоту і молібдену, в гречаних – марганцю, цинку і кобальту.

Ці відмінності підсилюються різноманіттям хімічного складу окремих родів і видів рослин у зв’язку з їх пристосуванням у процесі еволюції до певних умов живлення. У фітомасі рослин знаходять практично всі відомі хімічні елементи. Найнеобхіднішими для нормального росту і розвитку рослин визнані C, O, H, N, P, K, Ca, Mg, Fe, S, Cu, B, Mn, Zn, Mo.

За вимогливістю до кількості поживних речовин - макроелементів культурні рослини відносять до наступних екологічних груп: евтрофи чи мегатрофи (цукрові буряки, морква, тютюн, пшениця, кавуни), які для свого розвитку вимагають багато зольного і азотного ґрунтового живлення; мезотрофи (квасоля, цибуля, петрушка, картопля, горох, ячмінь, овес), що потребують помірних умов мінерального живлення; оліготрофи (люпин, жито, льон), які задовольняються незначним вмістом у ґрунті азоту і зольних елементів. Злакові культури для нормального розвитку потребують більше азотних і фосфорних добрив, бобові - карбонатних, а коренеплоди і олійні – калійних, оскільки калій впливає на нагромадження цукрів у коренеплодах, а крохмалю у бульбах картоплі. В результаті рослини накопичують різну кількість цих елементів у своєму тілі. Вміст азоту в зерні озимої пшениці складає 2,80%, у соломі – 0,45%; калію відповідно 0,56% і 0,90%; кальцію 0,07 і 0,28%; фосфору 0,85 і 0,20%. У цукрових буряків у коренеплодах вміст азоту складає 0,24%, у гичці 0,35%; калію –

0,25 і 0,50%, кальцію 0,5 і 0,17%; фосфору – 0,08 і 0,10% [13].

За даними В.А. Ковди, в перерахунку на 1 га з ґрунту виноситься рослинами азоту від 0,6 до 3,4 ц/га. Тому для створення оптимальних умов для розвитку культурних рослин та підтримання колообігу речовин виникає необхідність поповнення азоту й інших елементів у ґрунті. Було виявлено, що при урожайності зерна кукурудзи 40 ц/га і зеленої маси 600 ц/га виноситься з урожаєм 55-65% біомаси, а повертається в ґрунт 50-80 ц/га органічної маси. У посівах озимих зернових при урожаї біомаси 120160 ц/га, у ярих – 80-120 ц/га виноситься з перших 65%, у других 60%, а в ґрунт повертається 30-35%. Багаторічні трав’янисті рослини на відміну від просапних виносять 30-40%, а повертають у

55

ґрунт у вигляді кореневих залишків 66-70%. Особливо багато виноситься фітомаси у коренеплодів (до 85%). Із цих даних видно, що найсуттєвішу роль у підтриманні біологічного колообігу речовин відіграють зернові та агроценози багаторічних трав, які споріднені з природними екосистемами, мають сталі і повніше налагоджені зв’язки з середовищем та дикоростучими видами.

Вміст мінеральних речовин у рослинах залежить від ґрун- тово-кліматичних умов, агротехніки, добрив. Інтенсивність засвоєння мінеральних елементів має періодичність і може відрізнятися за фазами росту і розвитку в декілька разів. Наприклад, ячмінь споживає мінеральні елементи в основному в період кущіння до виходу в трубку, у пшениці період споживання більш розтягнутий, у буряка максимальне споживання у середині вегетації, у плодових дерев є два періоди інтенсивного засвоювання елементів живлення: рано навесні (розпускання квіткових бруньок, цвітіння, формування листя) і восени, після затухання росту і зняття плодів, що пов’язано з осінній ростом коренів і закладанням плодових бруньок.

Значний вплив на хімічний склад рослин, крім генетичного фактора, створюють і екологічні умови. Надлишок тих чи інших хімічних елементів у довкіллі по-різному проявляється у хімічному складі рослин. Одні здатні накопичувати мінеральні елементи у великих кількостях, інші підвищених концентрацій не витримують.

Ступінь засвоєння макро- і мікроелементів залежить і від рівня кислотності. Також важливим чинником є стійкість рослин до надлишкової концентрації солей у ґрунтовому розчині, яка погіршує надходження води в рослини та створює токсичну дію на протоплазму (солестійкість). У результаті порушуються процеси асиміляції, дихання, мінерального живлення. Такі явища характерні для південних районів України.

Охарактеризуємо значення основних макро- і мікроелементів для росту і розвитку сільськогосподарських рослин.

Азот. Надзвичайно важливий елемент, вміст якого в рослинах становить 1-3% від маси сухої речовини. Азот входить до складу білків, нуклеїнових кислот, хлорофілу, алкалоїдів і т.д. Середній його вміст у білках становить 16-18% від маси. Доступні рослинам азотисті сполуки утворюються переважно з органічної речовини ґрунту в результаті розкладу. Великі запаси азоту в

56

органічній речовині знаходяться в ґрунті під луками та сіножатями, при оранці ж відбувається їх інтенсивна мінералізація.

Головне джерело азоту в ґрунті – перегній (гумус), але він безпосередньо не використовується для живлення рослин, тому що знаходиться у недоступній для рослин формі. Лише після тривалих послідовних мікробіологічних перетворень азот перегною може засвоюватись рослинами. Запаси азоту поповнюються

восновному в результаті азотфіксуючої здатності вільноживучих і бульбочкових мікроорганізмів і надходження його з атмосферними опадами. Найбільш значуща кількість азоту накопичується

вґрунті завдяки життєдіяльності бульбочкових бактерій бобових рослин. На 1 га люцерни може накопичуватись 250-300 кг, люпину – 160-170, сої – 100, гороху, квасолі – 70-80 кг азоту [3]. Втрати азоту відбуваються через видалення органічних решток з поля, вимивання опадами і дренажними водами у формі нітратів, а також у вигляді летких сполук аміаку, молекулярного азоту і оксиду азоту (І) при денітрифікації (відновлення нітратного азоту до газоподібної вільної форми в результаті діяльності бактерій – денітрифікаторів). Джерелами азоту для рослин можуть бути солі азотної і азотистої кислоти (нітрати, нітрити), аміачні форми азоту, деякі органічні сполуки – сечовина і амінокислоти. Але в синтезі органічних сполук азот бере участь лише у вигляді амонію.

Фосфор. Вплив фосфору на розвиток рослин багатогран-

ний. За умов нормального фосфорного живлення значно підвищується урожай і покращується його якість. У злакових збільшується частка зерна у загальному врожаї, в овочах, плодах, коренеплодах підвищується вміст цукрів, у бульбах картоплі – вміст крохмалю, у льону і конопель збільшується довжина і міцність волокна. Також фосфор підвищує стійкість рослин до заморозків, прискорює їх розвиток і дозрівання.

Оптимальне фосфорне живлення сприяє розвитку кореневої системи рослин: вона сильніше розгалужується і заглиблюється в ґрунт. Це покращує надходження до рослин поживних речовин і вологи. Без фосфору, як і без азоту, життя неможливе. Він входить до складу органічних сполук і ядра клітини, ферментів і вітамінів. За безпосередньої участі фосфорної кислоти відбуваються процеси фотосинтезу, дихання, синтезу складних азотовмісних сполук, запасання енергії.

57

Більшість фосфору в ґрунті знаходиться у мінеральній формі. Органічні фосфати входять до складу гумусу і засвоюються рослиною лише після мінералізації. Ґрунтова мікрофлора значно покращує фосфорне живлення рослин.

Калій. Фізіологічні функції калію різноманітні. Він впливає на фізико-хімічні властивості речовин, що знаходяться у протоплазмі та стінках рослинних клітин, допомагає утримувати вологу в тканинах, а отже, і переносити короткочасні посухи. Процеси старіння пов’язані зі зменшенням кількості калію і збільшенням вмісту кальцію в клітинах. Тому калій більше знаходиться у молодих частинах рослини, що активно ростуть.

Калій також знижує випаровування води, бере участь у вуглеводному і білковому обміні речовин. За його участі посилюється утворення цукрів у листі і їх переміщення в інші органи. Особливо це помітно на урожаї овочевих культур, бульб та коренеплодів, плодових і ягідних культур, які за оптимального калійного живлення накопичують більше вуглеводів.

Достатня кількість калію сприяє кращій перезимівлі озимих культур і багаторічних бобових трав, підвищує їх стійкість до захворювань. Також він допомагає засвоюватись азоту.

Не менше 80% калію знаходиться в клітинному соці рослин. При калійному голодуванні у злаків соломина стає менш міцною, хліба полягають, знижується врожайність. Найбільше потребують цього елемента плодово-ягідні культури, цукровий буряк, капуста, коренеплоди, картопля, люцерна, соняшник, гречка, бобові.

За правильного і повного використання органічних відходів калій повертається в ґрунт у більших кількостях, ніж азот і фосфор, бо концентрується у вегетативних органах (бадиллі, соломі тощо). Також він може бути доступним рослинам у вигляді мінералів ґрунту, ґрунтових колоїдів (найкраще засвоюється), водорозчинних форм, органічних решток. Також ґрунти можуть закріпляти калій у необмінному стані.

Кальцій. Міститься у всіх рослинних органах, більше в старіючих клітинах. У природі рослини рідко відчувають нестачу цього елемента. Він сприяє росту наземних органів, бере участь у фотосинтезі, впливає на активність ферментів. Зменшення його вмісту пов’язане більше з вилуговуванням із ґрунтів, а не з винесенням сільськогосподарськими культурами.

58

Магній. Входить до складу хлорофілу, пектинових речовин, більше концентрується в насінні і молодих частинах рослин. У коренеплодах і бульбоплодах, в основному, знаходиться у листі. Нестача магнію гальмує синтез азотовмісних сполук, викликає хлороз листя, пожовтіння і відмирання листя у дводольних. Такі процеси найбільше проявляються на дерново-підзолистих ґрунтах легкого гранулометричного складу, якщо обмінного магнію міститься 2 мг/ 100 г ґрунту і менше. Найбільше магнію поглинають картопля, цукровий і кормовий буряк, тютюн, зернобобові і бобові трави. Чутливі до нестачі цього елемента коноплі, просо, сорго, кукурудза.

Сірка. Елемент входить до складу усіх білків, міститься в деяких амінокислотах, оліях (гірчичній, часниковій і ін.), вітамінах. Сірка бере участь у білковому обміні, сприяє фіксації азоту з атмосфери, підсилює утворення бульбочок у бобових рослин. Джерелом живлення рослин є, в основному, солі сірчаної кислоти. Частково сірка у вигляді сірчистого газу SO2 може поглинатися листям з повітря. За нестачі сірки розвиток рослин уповільнюється, зменшується розмір листя, подовжуються стебла, листя стає дерев’янистим, блідим. Потреба в сірці різних рослин неоднакова. Найбільше її міститься в бобових рослинах, соняшнику, гірчиці, капусті і інших представниках родини хрестоцвітих.

Залізо. У рослинах міститься невелика кількість заліза – соті частки відсотка. Тому часто його відносять до мікроелементів. Більше заліза міститься у нетоварній частині урожаю. Залізо бере участь в утворенні хлорофілу, є частиною ферментів, що прискорюють синтез зеленого пігменту. Також відіграє важливу роль у диханні рослини. За недостатньої кількості заліза затримується утворення ростових речовин (ауксинів), листя стає світ- ло-жовтим, потім майже білим. Найчутливіші до нестачі заліза плодові культури, люпин, капуста, томати, картопля, кукурудза. Дерново-підзолисті ґрунти відрізняються надлишковим вмістом заліза. Значна роль заліза для тварин, бо цей елемент сприяє кровотворенню.

Мікроелементи. Мікроелементи беруть участь у багатьох фізіологічних і біохімічних процесах. Вони – обов’язкова складова багатьох ферментів, вітамінів, ростових речовин. Мікроелементи прискорюють розвиток рослин, процеси запліднення і плодоутворення, синтез і рух вуглеводів, білковий і жировий обмін ре-

59

човин. Потребу в мікроелементах у значній мірі задовольняє внесення гною. Але потрібні вони в дуже незначних кількостях. Надлишок може стати лімітуючим фактором розвитку.

Бор відіграє важливу роль у запиленні і заплідненні квітів рослини. Нестача призводить, в свою чергу, до збільшення кількості незапліднених квітів, які опадають, знижуючи насіннєву продуктивність. Також він стимулює утворення бульбочок на коренях бобових рослин і здатність протистояти захворюванням.

Марганець бере участь у фотосинтезі, диханні, засвоєнні молекулярного і нітратного азоту. Також він сприяє накопиченню аскорбінової кислоти і інших вітамінів, цукрів у коренях цукрового буряка, білків у зерні пшениці і кукурудзи. При нестачі у ґрунті марганцю рослини хворіють на сіру плямистість, пригнічується ріст коренів.

Роль молібдену в житті рослин полягає в активізації процесів зв’язування атмосферного азоту бульбочковими бактеріями, сприяє синтезу і обміну білкових речовин, відновленню азоту. Нестача викликає сповільнення утворення хлорофілу, різке зниження вмісту аскорбінової кислоти.

Мідь необхідна для процесів окислення, дихання, посилення фотосинтетичної діяльності зелених рослин. Без міді гинуть навіть сходи. За нестачі міді листя стає в’ялим. У злакових рослин листя скручується, формуються білі кінчики, рослини кущаться, але утворюють мало колосків. Колоски повністю або частково бувають пустими. Отже, цей мікроелемент дуже важливий для генеративних органів. Більш чутливі до нестачі ячмінь, яра і озима пшениця.

Цинк, головним чином, є каталізатором і активатором обмінних процесів, синтезу вітамінів, ростових речовин. Покращує вологоутримуючу здатність. Цинкове голодування затримує утворення цукрози, синтез хлорофілу, на листі з’являються плями, що з часом стають червонувато-бронзовими. Плодові дерева за нестачі цинку формують дрібні листки і пагони на кінцях гілок, послаблюється закладення бруньок, плоди дрібні і потворної форми. Найчутливіші плодові дерева, боби, кукурудза, соя, квасоля.

Кобальт необхідний не лише рослинам, а й тваринам. Він входить до складу вітаміну В12, нестача якого послаблює утворення гемоглобіну, білків, нуклеїнових кислот. При цьому у тва-

60