2. Плотность и распределение корней в посеве

В посеве обычно определяют плотность корней, т. е. массу корней, прихо­дящуюся на единицу объема почвы (L_V) или на единицу площади поверхности почвы (L_A).

Методы определения. Традиционные - заключаются в раскопке корневых систем, а также взятии проб из почвы в виде монолитов или вертикальных колонок. После отмывки корней от почвы определяют количество и длину живых корневых окончаний. Трудоемкое измерение длины кор­ней линейкой в настоящее время заменяют сканированием ла­зерным лучом помещенных на воду корней или сканированием цветной пленки, на которой отсняты корни. Анализ изображе­ния проводят с помощью компьютера. Однако эти методы изучения связаны с повреждением корневой системы и не позволяют наблюдать корни в динамике. Более информативным является изучение корневьв систем в ризотронах: растения сажают в большие контейнеры и наблюдают за появлением и ростом корневых окончаний через стеклянные стенки. Этот способ был разработан в Ист-Молинге в 1959 г. для делительного изучения корневых систем плодовых деревьев. В настоящее время в ризотронах воспроизводят различные фитоце­нозы, где изучают действие дефицита воды, аноксии и условий питания на развитие корневой системы.

В последние годы получают распространение ризоскопы, или мини-ризотроны. В почву под углом вставляют прозрачную труб­ку из пластика или заполненный воздухом прозрачный мешок с источником освещения и датчиком видеокамеры. На экране ви­деокамеры видны корневые окончания и участки растущих кор­ней, которые анализируют с помощью компьютерной техники. Данные, полученные этим методом и методом монолитов, хорошо согласуются.

Используют также методы, не повреждающие корневые систе­мы, основанные на различии физических свойств почвы и кор­ней, например метод ядерного магнитного резонанса и измере­ния электропроводности.

Для разных сельскохозяйственных культур плотность корней в пахотном горизонте сильно варьирует - от 0.8 до 50 смсм^-3, а протяженность корней на единицу площади поверхности почвы -от 10 до 1000 см см², причем травы дают величины близкие к верхней границе, а древесные культуры - к нижней, полевые культуры занимают про­межуточное положение. В фазе созревания семян у них содержится 1-10 мг сухой массы корней на 1 см² поверхности почвы. У молодых растений плотность корней бывает значительно ниже.

Многолетние исследования распределения корней различных сельскохозяйственных культур в полевых условиях выявили очень высокую пластичность корневой системы, которая выра­жается в варьировании ее размеров и формы за счет корней разных порядков ветвления. Один и тот же вид растений в различных условиях формирует разные корневые системы, при­чем часто наблюдается горизонтальный или даже направленный вверх рост корней.

По пластичности корневые системы значительно превосходят надземные органы. Такая пластичность корневой системы явля­ется основой приспособления растений к разнообразным по­чвенным условиям, определяющим поступление воды и мине­ральных элементов в растение. Благодаря пластичности корне­вых систем в почве фитоценоза устанавливается определенная иерархическая организация взаимоотношений корневых сметем.

Влияние генетических особенностей растения на плотность н распределение корней отчетливо проявляется у одиночно стоящих растений при достаточно однородных и благоприятных для роста условиях. Максимальная глубина проникновения корней фасоли, гречихи, проса 0,9- 1.1 м, гороха, картофеля 1,6, зерновых куль­тур, подсолнечника, свеклы 3, люцерны 5 м и более. Одиночные расте­ния ржи, пшеницы и овсюга имели корневую систему общей протя­женностью 70-90 км, а в сплошном посеве длина корней едва до­стигала 900 м.

В посеве решающее значение в реализации наследственных свойств растений имеют Фито­ценотическая обста­новка, свойства почвы, плотность, условия питания и влагообеспе­чения. Увеличение плотности посева приводит к ускоренному увеличению общей длины и массы корней на ранних стадиях развития растении, кроме того, более раннее снабжение корней соседних растении обусловливает рост корней в глубину. В дальнейшем плотность посева уж не будет так сильно влиять на размеры корней. При высокой плотности посе­вов, когда размеры растений сильно ограничены, может наблю­даться уменьшение глубины проникновения корней. Такое же явление может быть и при низкой плотности посева, хотя в этом случае оно обусловлено отсутствием конкуренции в верхнем слое почвы. Максимальной глубины корнеобитаемой зоны можно ожидать при средней плотности посева.

М. Аткинсон (1974), исследуя в ризотроне распределение кор­ней яблони, установил, что на глубине до 40 см находилось 92 % вновь образовавшихся корней, если расстояние между растения­ми составляло 240 см, и только 11 %, если расстояние было 30 см. В последнем случае 47 % корней проникало в почву на глубину более 100 см.

Развитие корневой системы в значительной мере зависит от почвенных условий. При плотности почвы 1.4-1.5 г/см_ рост корней многих сельскохозяйственных культур резко замедляется пли вовсе приостакавливается. Способность корнеи развиваться на уплотненных почвах тесно связана с режимом аэрации. Наиболее чувствительны к аноксии зародышевые корни. В природной обстановке почва уплотнена неравномерно, во всех направ­лениях она пронизана ходами землероев. Эти рыхлые прослойки имеют большое значение для проникновения корней в глубокие слои подпочвы.

Результатом влияния условий питания на плотность и распре­деление корней является сконцентрированность корней в верх­нем слое почвы, плодородие которого поддерживается внесением удобрений и естественным возвратом пожнивных остатков. Глу­бокая заделка удобрений в почву способствует росту корневой системы в подпахотном слое. В период роста глубина проникно­вения корневой системы по профилю почвы увеличивается. Эти отчасти обусловлено высыханием верхнего слоя почвы, в резуль­тате чего расположенные здесь корни снижают поглотительную активность. Во многих стрессовых ситуациях корневая система адаптируется, прибегая к интенсивному ветвлению, например при локальном внесении удобрений. При кислой реакции, дефи­ците влаги или уплотнении верхнего горизонта происходит вет­вление в нижнем горизонте почвы.

Отдельные части корневых систем поглощают минеральные вещества из почвы неравноценно. Поглотительная способность стержневых корней при прочих равных условиях в несколько раз превышает таковую у боковых корней. Экспериментально уста­новлена более высокая поглотительная способность корней узла кущения и более значительная их роль в питании растений, чем первичных (зародышевых) корней. Эта роль придаточных корней особенно возрастает в период кущения злаков, когда происходит их усиленное ветвление с образованием боковых корней. Одна­ко, несмотря на это, мродышевые корни сохраняют определенную долю участия в питании растения и на более поздних этапах его развития.

Соотношение между надземными н подземными органами за­висит от многих условий. Так, при слабом водном стрессе на­блюдаются торможение роста надземной системы и усиление роста корней. В целом высокое отношение корень:стебель обес­печивает большую экологическую стабильность растения. При ослаблении фотосинтеза это соотношение снижается, причем число зачатков узловых корней не меняется, но развиваются не все зачатки. На подсолнечнике притекающие меченые ассимиля­ты усиливают скорость роста придаточных корней.

Обычно на долю корней приходится 15-25 % органическою вещества растения, причем здесь обнаруживается большая видо­вая специфика. На дерново-подзолистых почвах клевер в пахот­ном слое накапливает в год 3.8 т/га корней, картофель - 0.65 т/та, промежуточное положение занимают зерновые ку-чыу­ры. Продуктивность корневых систем в накоплении сухого кешейства носит обратный характер: * картофеля этот показатель зна­чительно выше, чем у клевера.

Многочисленные исследования показывают, что продуктивность растений и отзывчивость на уровень минерального пита­ния определяются не столько мощностью корневой системы сколько ее физиологической активностью. У сортов, более от­зывчивых на удобрения, меньше недеятельная адсорбирующая поверхность корня, повышенный приток углеводов к корням.