Влияние внешних условий на урожайность сельскохозяйственных культур и эффективность удобрений. В чем проявляется зависимость продуктивности растений от развития
Повышение продуктивности сельскохозяйственных растений | Student Guru
Каждый год благодаря фотосинтезу на Земле образуется более 250 млрд тонн органических веществ (в сухом весе). Энергетический потенциал этой массы превышает более чем в 20 раз энергию используемых полезных ископаемых. При этом в атмосферу выделяется приблизительно 200 млрд тонн свободного кислорода. Хотя эффективность фотосинтеза довольно высока, лишь только 0,1-1% энергии падающего на Землю солнечного света запасается в виде органических соединений.
В первую очередь эти потери связаны с неполным поглощением света, ограничениями на биохимическом и физиологическом уровнях, также существуют энергозатраты на обеспечение жизнедеятельности растений. Поэтому для повышения продуктивности фотосинтеза используют целый ряд агротехнических мероприятий. Во-первых, растениям необходимо обеспечить оптимальный световой режим, который можно регулировать определенной густотой посевов, правильными сроками посадки, искусственным освещением в теплицах и т.п., также важно выдержать оптимальный температурный режим. Важную роль играет содержание влаги в почве, которое можно регулировать с помощью искусственного полива или, наоборот, осушения. Кроме того, сложно получить высокие урожаи без внесения в почву достаточного количества органических и минеральных удобрений, а в теплицах желательно следить за содержанием углекислого газа в воздухе.От себя добавлю, что предпочитаю покупать продукты, которых не коснулась геннетическая инженерия.
Перейти к оглавлению.
from your own site.
www.studentguru.ru
Особенности роста растений в фитоценозе
Прирост биомассы и качество урожая в посевах и насаждениях с.-х. растений определяется отношениями, возникающими между растениями (взаимопомощь или конкуренция за свет, воду, элементы минерального питания и другие факторы). Большую роль на интенсивность роста, другие процессы жизнедеятельности, выживаемость играют их химические (аллелопатические) взаимодействия в ценозах.
Хлебные злаки способны регулировать численность развивающихся стеблей в зависимости от условий среды и питания, что позволяет успешно выращивать зерновые культуры при различающихся нормах высева.
В густом посеве под влиянием конкуренции между растениями усиливается мобилизация запасных веществ из вегетативных побегов на формирование зерна. Поэтому оценка продуктивности растений, выросших в разреженных посевах (посадках), не может характеризовать их урожайность в загущенном посеве.
В процессе селекции утрачены многие механизмы саморегуляции, или самоизреживания, растения выровнены по генотипу и фенотипу, что существенно снижает их устойчивость и продуктивность с единицы площади (Н. Ф. Батыгин, 1986).
В многокомпонентных фитоценозах растения, имеющие более высокую удельную активность фотосинтеза, но потребляющие ассимиляты преимущественно на гетеротрофные ткани и органы (корни), как правило, менее урожайны, чем те, у которых значительная часть ассимилятов используется на новообразование фотосинтетического аппарата. Поэтому селекция только на высокую фотосинтетическую активность листа и хлоропласта имеет смысл лишь при условии, если этот фактор согласован с общим анализом роста и с высоким ассимиляционным потенциалом фитоценоза (А. Т. Мокроносов, 1988). Т.е. продуктивность фитоценозов зависит и от морфофизиологических особенностей составляющих их растений.
Оптимизация морфофизиологического типа растений — важная задача физиологов и селекционеров. Концепция модели сорта, успешно используемая в селекции пшеницы, риса, кукурузы и других сельскохозяйственных культур, носит зональный характер. Например, КОРОТКОСТЕБЕЛЬНЫЕ сорта пшеницы в Заволжье в засушливые годы менее урожайны, чем сорта с длинным стеблем, так как фонды ассимилятов, реутилизируемые при наливе зерна, у короткостебельных сортов ограничены.
Ухудшение качества продукции (снижение сахаристости сахарной свеклы, белковости зерна злаков, крахмалистости картофеля, сахаристости ягод, и т. д.) при росте урожаев объясняется тем, что интенсификация агротехники стимулирует прежде всего рост и фотосинтез, изменяет структуру целостного растения, процессы же биосинтеза белка, сахарозы, крахмала при отложении этих веществ в запас более консервативны. Однако современные технологии позволяют избежать названные противоречия.
Регуляция роста и онтогенеза
В растении функционирует система, регулирующая процессы роста и развития на трех уровнях его организации: внутриклеточном, межклеточном и организменном.
Внутриклеточный уровень включает системы генетической, ферментной и мембранной регуляции.
Межклеточный уровень включает трофическую, гормональную и электрофизиологическую системы регуляций. Так, при культивировании клеток и органов растений в питательную среду обязательно включают трофические и гормональные факторы, поступающие обычно из других органов целостного растения.
Организменный уровень регуляции, кроме названных, включает также систему фитохрома, участвующую в регуляции многих ростовых процессов в растениях и семенах.
У адаптированных к конкретному региону растений системы регуляции обеспечивают цветение растений в наиболее благоприятное время года, образование достаточной массы вегетативных органов (корней, листьев) для обеспечения процессов формирования семян и плодов, а также окончание активной вегетации до наступления холодов. Растение обладает способностью измерять время, имеет биологические часы, позволяющие ему оптимизировать время наступления и успешный ход репродуктивного периода.
Измерение времени, возможно, осуществляется в организме благодаря процессам накопления определенной массы, числа метамеров, какого-то вещества, гормона или соотношения гормонов (по типу песочных часов). Так, растения переходят к образованию цветочных зачатков только после образования определенного для каждого вида (сорта) числа листьев. Возможно также измерение времени растением по принципу маятника осциллятора, по ритмическим колебаниям каких-то физиологических процессов, которые мало зависят от внешних условий.
По М. X. Чайлахяну (1988), в растениях имеются 2 типа регуляций, влияющих на переход растений от этапа молодости к зрелости, — автономный и индуцированный. Автономная регуляция (возрастной контроль) проявляется в переходе растений в цветочно-спелое состояние лишь в определенном возрасте (у яр. зерновых - при наличии нескольких листьев, у плодовых деревьев - через 4—5 лет и более).
Переход к цветению связывается с накоплением определенного количества и качества питательных веществ, соотношения веществ. По Г. Кребсу (1905), переход растений к цветению определяется отношением С к N. Зацветанию растений способствуют условия, вызывающие накопление сахаров, а вегетативное состояние поддерживают условия, способствующие накоплению азотистых веществ. У плодовых деревьев кольцевание ускоряет образование цветочных почек. В переходе к цветочно-спелому состоянию важную роль играет накопление гормональных веществ в побегах, что объясняет определенную последовательность в зацветании побегов разных ярусов.
Индуцированная регуляция вызывается определенными внешними факторами (светом, температурой и др.). Особое значение для многих видов растений имеет воздействие температуры (яровизация) и фотопериода (фотопериодизм). Следует вспомнить о значении света для регуляции процессов жизнедеятельности растения в онтогенезе. В семени и проростке имеются системы, воспринимающие действие света разной интенсивности и качества (фотоморфогенез). При прорастании семени проросток движется к источнику света (фототропизм). Далее формируются органы автотрофного питания (фотосинтез). Закладка генеративных органов многих растений зависит от длины светового дня (фотопериодизм).
Т.о., для лучшей реализации потенциальной продуктивности растений необходимо, с учетом сложной системы регуляции процессов их роста и развития, создавать определенные благоприятные условия.
studfiles.net
Влияние внешних условий на урожайность сельскохозяйственных культур и эффективность удобрений
Значительная протяженность территории Российской Федерации, большое разнообразие климатических условий, почвенного покрова и возделываемых культур исключает шаблонный подход к разработке системы удобрения, требует при решении вопросов оптимизации минерального растений и повышения продуктивности пашни, учета региональных особенностей внутрипочвенной трансформации элементов питания и агротехники.
Урожайность сельскохозяйственных культур и качество продукции формируются под влиянием абиотических и биотических факторов жизни. К абиотическим факторам относятся тепло, свет, влага, режим минерального питания, к биотическим — вид и сорт растений, микробиологические процессы трансформации питательных веществ в почве и др. Максимальная продуктивность растений проявляется лишь при гармоничном сочетании всех факторов жизни. Абиотические факторы в настоящее время довольно легко контролируются, однако в полевых условиях лишь некоторые из них регулируются агротехническими приемами.
Ни один из факторов жизни растений не может быть заменен другим, все они играют определенную роль в жизни растений. Еще Ю. Либихом (1840) было показано, что продуктивность сельскохозяйственных культур определяется элементом (фактором), находящимся в минимуме. В то же время оптимизация условий произрастания позволяет несколько снизить негативное действие отдельных лимитирующих факторов. Так, например, улучшение условий минерального питания растений значительно снижает отрицательное действие кислотности почвы на их рост, повышает их устойчивость к болезням и т. д.
Действуя на интенсивность проявления факторов внешней среды, можно в определенной мере регулировать рост и развитие растений. В то же время, на каждом этапе развития растений их требования к условиям среды и роль отдельных факторов постоянно изменяются. Интенсивность воздействия внешних факторов на растения может быть слабым (недостаточным, минимальным), наиболее благоприятным для роста и развития растений (оптимальным) и экстремально высоким (максимальным). Минимум и максимум проявления факторов следует представлять как крайне негативные значения условий, при которых еще возможна жизнь растения. Реакция растений на условия произрастания и их устойчивость к изменению действия отдельных факторов жизни количественно оценивается по интенсивности фотосинтеза и дыхания.
Устойчивость (толерантность) растений к действию неблагоприятных факторам жизни характеризуется их способностью переносить экстремальные для жизни условия. Толерантность растений определяется продолжительностью жизни при экстремальных (минимальных или максимальных) проявлениях отдельных незаменимых факторов жизни. При оптимизации минерального питания диапазон толерантности растений к неблагоприятным условиям значительно увеличивается. Отзывчивость растений на интенсивность действия фактора количественно характеризуется повышением или понижением их продуктивности.
Характер реакции сельскохозяйственных культур на факторы внешней среды необходимо учитывать при разработке технологических приемов получения планируемых урожаев хорошего качества.
Урожайность сельскохозяйственных культур, наряду с интенсивностью фотосинтеза, в значительной мере зависит от активности потребления корневой системой элементов питания, которая в значительной мере контролируется обеспеченностью корней продуктами фотосинтеза, содержанием элементов питания в почве и агрофизическими свойствами почвы (плотность, условия аэрации, водного и температурного режимов), оказывающих непосредственное влияние на развитие и активность корней.
Способность корневой системы обеспечивать растения водой и элементами питания в значительной степени зависит от ее мощности и морфологического строения. Чем больше масса и более разветвленная корневая система растений, тем выше доступность им элементов питания. Растения с мощной корневой системой лучше обеспечены водой и питательными веществами, устойчивее к неблагоприятным внешним условиям. Примером являются дикие формы растений, у которых масса корневой системы значительно преобладает над надземной вегетативной массой. Интенсивность поглощения элементов питания корневой системой в значительной мере зависит от ее удельной поверхности. Основное количество элементов питания поступает в растения в зоне корневых волосков (зоне поглощения) растущих кончиков корня, благодаря высокой активности и большой поверхности.
Поскольку поглощение элементов питания растениями связано с затратами энергии, то поглотительная деятельность корней может осуществляться только в аэробных условиях, при хорошем обеспечении корней продуктами фотосинтеза и кислородом. Аэрация почвы играет важную роль не только в поглотительной деятельности корней, она оказывает также большое влияние на биологические и химические процессы внутрипочвенной трансформации элементов питания.
К числу наиболее актуальных задач агрохимии относится разработка методов контроля и управления продукционным процессом сельскохозяйственных культур. Использование для разработки системы удобрения только агрохимических показателей (свойств) почвы явно недостаточно. В современных условиях требуется комплексная характеристика функционального состояния почв и их пригодности для определенных сельскохозяйственных культур. Такая оценка почвы имеют важное значение для агронома, основной производственной задачей которого является получение возможно большего количества продукции растениеводства и прибыли с единицы площади.
В европейской части Нечерноземной зоны преобладают дерново-подзолистые суглинистые почвы (68%), супесчаные и песчаные занимают 17%, глинистые — 15%. Наиболее благоприятными агрофизическими свойствами для сельскохозяйственных культур обладают легко- и среднесуглинистые почвы. Глинистые, супесчаные и песчаные дерново-подзолистые почвы, как правило, менее плодородны по сравнению с суглинистыми.
В свое время Д. И. Прянишников (1965) писал, что почвы в Нечерноземной зоне, не знающие сильных засух, при известковании и внесении необходимого количества минеральных и органических удобрений могут давать высокие устойчивые урожаи, а гарантированный сбор зерна позволит застраховать страну от последствий засух, часто наблюдаемых в южных районах.
При систематическом внесении 1,2-1,5 ц/га действующих веществ с минеральными удобрениями и 5-6 т/га органических на фоне известкования и хорошей агротехники, в Нечерноземной зоне можно получать устойчивые урожаи зерновых культур 22-25 ц/га, сена многолетних трав — 40-50, зеленой массы кукурузы — 350-400 и картофеля — 220-250 ц/га. Естественное плодородие дерново-подзолистых суглинистых почв позволяет получать зерна лишь 10-14 ц/га, а песчаных и супесчаных — 7-8 ц/га. Поэтому поддержание и повышение плодородия почв, является одной из важнейших государственных социально-экономических задач. В РФ государство возлагает на землепользователей полную ответственность за агрономическое и экологическое состояние почв.
Плодородие почвы — совокупность свойств почвы, обеспечивающих необходимые условия для жизни растений — создание для них благоприятного водного, воздушного, теплового режимов и, прежде всего, ее способность удовлетворять потребность растений в элементах питания в течение всего периода вегетации. В агрономическом аспекте плодородие почвы определяется ее способностью к производству растениеводческой продукции, производить урожаи («родить плоды») в условиях присущего ей климата и измеряется продуктивностью (урожайностью) сельскохозяйственных культур. Наиболее важным показателем плодородия почвы является уровень содержание в ней необходимых растениям элементов питания, которые могут быть использованы ими на формирование урожая. Различают потенциальное (скрытое, запасное) и эффективное (реальное) плодородие почвы. Между потенциальным и реальным плодородием почвы часто не наблюдается прямой зависимости. Известны случаи, когда почва, хорошо обеспеченная основными элементами питания является недостаточно плодородной, например, мощный чернозем при плохой, несвоевременной обработке или длительной засухе. И, напротив, почва сравнительно менее богатая запасами элементов питания может быть более плодородной.
Потенциальное плодородие почвы определяется валовым (общим) содержанием (запасом) в почве элементов питания (макро — и микроэлементов), зависящим от минералогического состава почвообразующих пород, гумуса, а также климатических условий — водного и теплового режимов. Общее содержание элементов питания в почве во много раз превышает годовую потребность культур, но не может служить надежным показателем обеспеченности ими растений, так как лишь незначительная часть общего количества элементов питания переходит в растворимые формы и может быть использована растениями.
Эффективное плодородие почвы обусловливается содержанием в ней подвижных, доступных растениям форм элементов питания и рядом других факторов, оказывающих непосредственное влияние на состояние, рост и развитие растений. Эффективное плодородие почвы реализуется на базе потенциального плодородия и в определенной мере поддается регулированию с помощью агротехнических приемов. Уровень эффективного плодородия оценивается по урожайности сельскохозяйственных культур и качеству продукции.
Максимальная урожайность сельскохозяйственных культур достигается лишь при полном гармоничном соответствии внешних факторов и уровня содержания элементов питания в почве с внутренней физиологической потребностью в них растений.
Потенциальное и эффективное плодородие почв может быть естественным (природным) и искусственным (антропогенным), обусловленным совокупным воздействием на почвообразующую породу или грунт агротехнических приемов — внесения органических и минеральных удобрений, проведение химической мелиорации и т. д.
Уровень эффективного плодородия почвы обусловливается многими ее свойствами, которые определяются совокупным действием природных и агротехнических факторов. Совокупность показателей свойств почвы, характеризующих эффективное плодородие почвы можно условно разделить на:
- Агрохимические — содержание гумуса, реакция почвенной среды, емкость поглощения, состав поглощенных оснований, содержание доступных растениям подвижных форм макро- и микроэлементов в почве.
- Биологические свойства почвы характеризуются видовым составом, численностью и активностью почвенной фауны и микроорганизмов, фитосанитарным состоянием почвы.
- Агрофизические — плотность почвы, скважность, гранулометрический и агрегатный состав, влагоёмкость, мощность пахотного слоя и др.
- Внешние факторы — продолжительность вегетационного периода, интенсивность солнечной радиации, водный, температурный и воздушный режимы и другие природные условия.
Факторы плодородия взаимозависимы и взаимообусловлены. В агрономическом аспекте плодородие почвы следует рассматривать, как способность почвы обеспечивать определенный режим усвоения растениями солнечной энергии и элементов питания.
Потенциальное плодородие почв оказывает опосредованное влияние на продуктивность сельскохозяйственных культур, через улучшение технологических условий их возделывания и стабилизацию внешних факторов (гомеостаз почв и растений). Основным критерием эффективного плодородия почвы является урожайность и качество продукции, контролируемые содержанием в ней подвижных форм элементов питания.
В то же время уровень плодородия почвы обусловливается не только естественными свойствами и состоянием. Оно в значительной мере зависит от уровня развития производительных сил и, прежде всего, от степени участия человека в управлении продукционным процессом. Следовательно, плодородие почвы не является стабильным ее свойством, а постоянно изменяется в зависимости от характера и интенсивности антропогенного воздействия. Чем шире и глубже наши научные познания о почве, чем выше уровень химизации и совершеннее техника земледелия, тем выше будет почвенное плодородие.
В то же время некоторые параметры почвы оптимальные для одних культур не являются лучшими для других. Отдельные параметры почвы, например, содержание гумуса или емкость катионного обмена (ЕКО) почвы, в целом, не имеют какого-либо верхнего предела. В агрохимическом, экологическом аспектах для значительного большинства факторов (например, содержание макро — и микроэлементов), обусловливающих плодородие почвы, важно контролировать и поддерживать такой их минимальный уровень, который еще не ограничивают продуктивность культур севооборота и не снижают качество урожая.
Оптимальное плодородие почвы характеризуется минимальным уровнем агрохимических и биологических свойств почвы, обеспечивающих заданную урожайность и качество продукции. Когда мы говорим о естественном плодородии почв, то, несомненно, желаем, чтобы они отличалась высоким содержанием гумуса, азота, фосфора, калия и других элементов питания. Однако, если планируется повышение почвенного плодородия за счет применения удобрений и агротехнических мероприятий по окультуриванию почв, то вопросы максимального повышения агрохимических и других свойств почвы ставить некорректно, поскольку это связано с большими, длительно не окупаемыми затратами.
Уровень создаваемого или поддерживаемого плодородия почвы должен соответствовать уровню продуктивности сельскохозяйственных культур. При низкой урожайности нет необходимости в агрономическом, экономическом и экологическом аспектах поддерживать высокое плодородие почв. Без установления требуемой продуктивности растений и их биологических особенностей рассматривать вопросы почвенного плодородия некорректно, поскольку для каждого уровня урожайности и вида растений следует поддерживать соответствующее плодородие почвы. Так, высокая продуктивность картофеля, моркови и льна наблюдается лишь на хорошоокультуренных легкосуглинистых почвах, а овес и подсолнечник дает высокие урожаи и на среднеокультуренных почвах.
В агрохимическом аспекте повышение плодородия почвы обусловливается не столько односторонним увеличением доз минеральных удобрений, сколько их гармоничным сочетанием с органическими и микроудобрениями, а также рациональными агротехническими приемами мобилизации элементов питания почвы без ее истощения.
Наиболее устойчивыми агрохимическими показателями плодородия почвы является содержание гумуса, общего азота, фосфора и калия. Поддержание определенного уровня гумусированности почвы возможно лишь при возделывании в севообороте многолетних трав, а создание требуемого уровня содержания фосфора, калия и других элементов питания в почвах достигается систематическим внесением соответствующих удобрений.
Поскольку процессы внутрипочвенной трансформации фосфора растворимых удобрений в нерастворимые фосфаты протекают довольно быстро, то для снижения затрат на их внесение целесообразно запасное внесение.
К наиболее мобильным элементам питания относятся азот, кальций и магний. Уровень их содержания в почве определяется почвенно-климатическими и агротехническими условиями возделывания сельскохозяйственных культур. Для снижения потерь нитратов, кальция и магния в результате вымывания осадками важное значение имеет разработка адаптивной к условиям агроландшафта системы удобрения, обеспечивающей в течение вегетационного периода на полях хорошо развитый травостой. Важно отметить, что в летний период под хорошо развитыми растениями вымывания элементов питания, в том числе нитратов, практически не наблюдается. Инфильтрация азота, кальция и магния за пределы корнеобитаемого слоя почвы происходит в осенний и в весенний периоды, когда почва переувлажнена и лишена растительного покрова.
Неизбежным результатом земледелия без применения удобрений является снижение естественного плодородия и постепенная деградация почв, вследствие постоянного отчуждения элементов питания с растениеводческой продукцией. Вынос питательных веществ растениями далеко не всегда пропорционален содержанию их в почве, поэтому, прежде всего, важно знать какие элементы ограничивают урожайность в настоящее время или могут лимитировать её в ближайшее годы. Чтобы корректировать свойства почвы в нужном направлении, необходимы знания процессов, обусловленных природными факторами и производственной деятельностью человека.
Все агротехнические мероприятия, связанные с применением минеральных, органических удобрений и мелиорантов, направлены на сохранение и повышение плодородия почв — улучшение состояния комплекса основных факторов, обусловливающих продуктивность сельскохозяйственных культур. Плодородие почвы нельзя охарактеризовать, учитывая лишь ее химический состав или агрофизические свойства. Оно является интегральным показателем соответствия климатических, агрохимических, агрофизических и биологических факторов оптимальным условиям роста и развития растений, а также наглядной характеристикой уровня знаний и умений технолога регулировать протекающие в ней процессы.
Воздействие на почву в результате её хозяйственного использования (обработка почвы, водная мелиорация, применение удобрений и других средств химизации земледелия), наряду с положительным действием, в отдельных случаях может оказывать отрицательное влияние на почвенное плодородие, проявляющееся в усилении водной и ветровой эрозии, потере гумуса, уплотнении почв или загрязнении нехарактерными для почвы веществами. Поэтому реальное и потенциальное плодородие почвы зависит не только от ее генезиса, но и от хозяйственной деятельности человека.
Для обеспечения стабильного роста урожайности сельскохозяйственных культур важнейшей задачей землепользователей должно быть поддержание уровня эффективного плодородия почв. Некоторое время вполне удовлетворительная обеспеченность растений элементами питания может быть достигнута за счет увеличения минерализации почвы при частом ее рыхлении. Если требуемая продуктивность посевов достигается путем интенсификации агротехнических приемов, приводящих к мобилизации элементов питания естественного плодородия почвы, то необходим постоянный контроль за ее состоянием, чтобы не допустить чрезмерного истощения.
В целом, формирование урожая протекает под совокупным влиянием широкого спектра внешних факторов: климатических (водного, температурного и воздушного режимов), свойств почвы (агрохимических, биологических и физических), а также агротехнических приемов возделывания сельскохозяйственных культур, каждый из которых оказывает определенное непосредственное или косвенное действие на продуктивность посевов.
В этой связи при разработке технологий получения высоких урожаев с заданным качеством продукции необходимо учитывать, и по возможности регулировать участие в формировании урожая каждого фактора роста и развития растений, и в первую очередь тех, которые больше всего лимитируют продуктивность — это влагообеспеченность, рН, содержание элементов питания в почве и др.
Агрофизические свойства почвы (плотность, скважность, влагоёмкость, воздухопроницаемости и др.), обусловленные в значительной мере ее гранулометрическим составом и содержанием гумуса, оказывает большое влияние на продуктивность посевов и эффективность удобрений. Ухудшение физических свойств почв при уплотнении почвы под воздействием ходовых систем сельскохозяйственных машин приводит к существенному снижению урожайности и, прежде всего, овощных культур, корне-, клубнеплодов. Значительное снижение урожайности картофеля, сахарной свеклы, моркови и других корнеплодов обусловлено большой затратой растениями энергии на механическую работу по деформации уплотненных почв во время роста и увеличения объема сильно погруженные в почву корнеплодов (сахарная свекла, морковь) и клубней.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
www.activestudy.info
Выводы исследования роста и взаимодействия корневых систем древесных пород в лесных насаждениях
Изучение роста и взаимодействия корневых систем древесных пород в лесных насаждениях представляет большой интерес для теории и практики лесного хозяйства. Успешное и продуктивное лесоразведение, правильная разработка агротехнических мероприятий невозможны без знания жизнедеятельности подземных органов древесных и кустарниковых пород. Исследование корневых систем в различных насаждениях открывает нам новые пути повышения продуктивности наших лесов.
Анализ существующих методов исследования корневых систем показывает, что ни один из рассмотренных методов, взятый отдельно, не позволяет в полной мере охарактеризовать строение и развитие корневых систем древесных и кустарниковых растений. Для получения объективных данных необходимо применять одновременно несколько методов. На основе использования существующих методов нами предложен комплексный метод исследования подземных органов древесных пород. Неоднократно проверенный в условиях леса этот метод дает достаточно полное представление о росте и строении корней разных древесных пород в лесных насаждениях, а в молодых культурах позволяет также рассчитать количество корней, приходящееся в среднем на одно растение.
Строение и развитие корневых систем древесных и кустарниковых растений сильно изменяются в зависимости от почвенных и климатических условий. Основная масса (75—85%) крупных и мелких корней на дерново-подзолистых почвах в условиях Московской области и Белоруссии сосредоточена в верхнем 20—30-сантиметровом слое почвы. Сеть же тонких корней, куда входит основная масса активно всасывающих корней, наиболее сильно развита в верхнем 10-сантиметровом слое почвы, где более интенсивно протекают все биохимические процессы. В нижележащих горизонтах количество корней и их ветвление уменьшаются в 10—15 раз.
На серых и темно-серых лесных почвах Бузулукского бора, на обыкновенных суглинистых черноземах Велико-Анадольского лесничества, на темно-каштановых почвах Калмыцкой АССР и Ростовской области массовое распространение корней древесных пород наблюдается до глубины 60—80 см. Корнеобитаемый слой в данных условиях опускается почти в два раза глубже, чем в условиях Московской области и Белоруссии. В засушливых районах корневые системы древесных растений осваивают значительно больший объем почво-грунта как в ширину, так и в глубину и распределяются по почвенным горизонтам более равномерно.
Характер строения и степень развития корневых систем, а также распространение их в почво-грунте определяются биологическими свойствами отдельных древесных пород и факторами внешней среды. При недостатке влаги в почве корневые системы древесных растений осваивают больший объем почвы. Близкий ^уровень грунтовых вод в значительной степени способствует поверхностному разрастанию корней. Плотность почвы лимитирует развитие корней в глубину и ширину. Чем плотнее почва, тем ближе к дневной поверхности залегают подземные органы. В уплотненных горизонтах корни распространяются преимущественно по готовым ходам и трещинам. Наличие их способствует развитию корневых систем и положительно сказывается на росте надземных частей древесных растений.
Корневые системы различных видов древесных пород при одних и тех же почвенно-грунтовых условиях резко различаются между собой. Видовые различия отчетливо проявляются в энергии роста, мощности развития и строения. Индивидуальные особенности в развитии корней проявляются тем сильнее, чем меньше препятствий имеется со стороны факторов внешней среды. Подземные органы различных древесных пород по-разному осваивают почвенные горизонты. Корни лиственных пород активнее и глубже хвойных проникают в почвогрунт. Здесь первое место принадлежит березе и осине. Корневые системы их быстрее растут, глубже проникают в почво-грунт и скорее отмирают, создавая тем самым благоприятные условия для роста и развития корней хвойных пород. Корни последних проникают в уплотненные горизонты в основном по трубкам старых сгнивших корней, главным образом березовых или осиновых.
На светло-каштановых солонцеватых почвах корни акации желтой проникают через уплотненные карбонатные слои лучше корней других древесных пород, поэтому акацию желтую можно использовать для улучшения лесорастительных свойств этих почв при последующем разведении дуба.
Основная масса (80—85%) корней травянистых растений развивается в верхнем 20-сантиметровом слое почвы. Эти корни являются сильным конкурентом для корней древесной растительности, так как перехватывают у них влагу и питательные вещества и подавляют развитие корней древесных пород.
Рост и развитие подземных органов древесных и кустарниковых растений сильно изменяются в зависимости от типов смешения растений в лесных культурах. При правильном подборе древесных пород корневые системы их в смешанных посадках развиваются более мощно и проникают в почво-грунт глубже, чем в чистых культурах (сосна + ель, сосна + береза, дуб + липа и др.). Кроме того, корни при таких вариантах смешения распределяются в почвенной толще более равномерно, и корненаселенность почвенных горизонтов увеличивается в 1,5—2 раза по сравнению с чистыми насаждениями. Растения в смешанных культурах полнее используют запасы влаги и питательных веществ из почвы. Соответственно корневым системам развиваются и надземные части растений. Эти закономерности в росте корней наблюдаются в культурах разного возраста и в разных климатических зонах Советского Союза.
В основе выбора древесных пород для смешанных культур должны лежать прежде всего различия в биологических особенностях роста и развития их корневых систем. Однако необходимо учитывать и взаимовлияния надземных органов. В смешанных культурах, где правильно подобраны лесные породы, корневые системы работают продуктивнее, чем в чистых посадках. Здесь относительно меньшая по весу корневая система питает большую надземную массу. Сеть тонких корней у смешанных культур развита сильнее, чем у чистых. Это свидетельствует о том, что в смешанных посадках, где породы подобраны удачно, создаются более благоприятные условия для корневого питания растений, чем в чистых. В пахотном слое под смешанными культурами накапливается больше питательных веществ и активнее улучшаются физические свойства почвы.
Взаимовлияние корневых систем наиболее резко проявляется в накоплении органической массы с единицы площади насаждения. При правильном подборе древесных пород общая продуктивность смешанных культур превышает чистые. В большинстве вариантов смешанных культур до 10-летнего возраста накопление органической массы с единицы площади насаждения было на 20—60% больше, чем в чистых.
Из сказанного следует, что устойчивость и продуктивность лесных насаждений находится в прямой зависимости от степени развития корневых систем. Рост и развитие корней в свою очередь обусловливаются экологическими факторами среды и биологическими свойствами той или иной древесной породы, а в смешанных посадках и их взаимовлиянием.
Ростом корневых систем в значительной степени можно управлять путем смешения соответствующих древесных пород и таким образом влиять на продуктивность лесных насаждений. Указанные закономерности в жизни леса имеют большое значение для практики лесного хозяйства и должны быть рационально использованы в повышении продуктивности лесов.
В жизнедеятельности древесных растений важную роль играют физиологически активные корни. В основном они обеспечивают растение водой и минеральной пищей и, согласно последним данным, принимают деятельное участие в синтезе новых органических соединений. Физиологически активные корни в течение годового цикла обновляются. Нарастание их у древесных пород в период вегетации происходит неравномерно. Периоды интенсивного роста чередуются с периодами затухания. Максимумы и минимумы нарастания активных корней у разных древесных пород часто протекают в разные сроки. Сезонный ритм роста активных корней во многом определяется биологическими особенностями древесных пород. Большую роль в этом процессе играют также внешние факторы среды. Однако неравномерность нарастания активных корней наблюдается и при постоянном оптимальном режиме увлажнения.
Установлено, что в периоды максимального роста активных корней растение поглощает наибольшее количество воды и питательных веществ. В связи с этим корневая конкуренция за влагу и питательные вещества между породами, у которых максимумы и минимумы протекают в разные сроки, меньшая, чем у растений с совпадающими максимумами и минимумами. Следовательно, при подборе пород в смешанных культурах необходимо учитывать различный ритм роста корней у отдельных видов растений.
Интенсивность роста активных корней изменяется с возрастом дерева. Периоды энергичного роста активных корней у молодых деревьев наступают несколько раньше, чем у старых. Поэтому в разновозрастном насаждении питательные вещества и влага расходуются более равномерно, чем в одновозрастном. Периоды усиленного роста активных корней в течение сезона чередуются по зонам глубины. Весной активные корни более интенсивно растут в верхнем слое, а осенью — в глубже-лежащих слоях.
Энергия нарастания активных корней во многом зависит от влажности и температуры почвы. Для каждой породы существует свое наиболее благоприятное сочетание температуры почвы с влажностью. При недостатке влаги в почве (ниже тройной гигроскопической) и при избытке ее рост корней резко сокращается. Повышенная температура почвы (15° и выше) в сухие периоды также вызывает сильное сокращение роста активных корней.
Продолжительность жизни активных корней у древесных пород разная. У многих деревьев молодые сосущие корешки обновляются в течение года 4—8 раз, причем у хвойных пород опробковение активных корней происходит значительно быстрее, чем у лиственных. Срок жизни активных корней в течение года меняется. Весной и летом молодые окончания пробковеют в течение 10—40 дней. Осенью и зимой значительная часть их существует несколько месяцев. Многие сосущие окончания, появившиеся осенью, сохраняются до будущего лета. Срок жизни активных корней зависит от биологических особенностей вида и степени увлажнения почвы. Недостаток влаги сильно сокращает количество и продолжительность жизни активных корней, а при влажности, равной тройной гигроскопической, образование их вовсе прекращается.
Исследования показали, что на основе знания сезонного ритма роста активных корней у отдельных древесных пород можно более правильно подбирать компоненты для смешанных типов лесных культур и обоснованно проводить агротехнические мероприятия. В частности, вносить удобрения целесообразно в периоды интенсивного роста активных корней, т. е. во время весеннего и осеннего максимумов.
Установлено, что элементы минеральной пищи перемещаются из одного растения в другое, причем это перемещение наблюдается не только между растениями одного вида, но и между растениями разных видов при соприкосновении их корней. Эта закономерность свойственна всем растениям. Передача меченого фосфора из одной породы в другую часто происходит гораздо активнее, чем между растениями одной и той же породы. Следовательно, путем направленного подбора пород в смешанных насаждениях можно создавать благоприятные условия для минерального питания их компонентов.
Локализованной связи между отдельной частью корневой системы и кроной дерева не существует. Любая корневая мочка способна питать разные участки кроны дерева. Интенсивность поступления питательных веществ в ветки кроны, определяется энергией их роста.
Взаимное влияние разных древесных и кустарниковых растений в значительной степени обусловливается разными сроками и разной активностью поглощения и выделения минеральных питательных веществ их корневыми системами. Правильно подобранные компоненты в смешанных культурах создают благоприятные условия для корневого питания. Например, в период максимального поглощения фосфора корнями дуба (июнь) происходит наибольшее выделение его в окружающую среду корнями липы. Примерно такой же ритм поглощения и выделения наблюдается у сосны и березы.
Подбор лесных пород для создания смешанных культур должен производиться так, чтобы у компонентов смешения максимумы и минимумы поглощения и выделения элементов минеральной пищи, а также периоды интенсивного роста корней у древесных пород протекали неодновременно. Проведенные исследования позволяют значительно глубже понять межвидовые и внутривидовые взаимоотношения у древесных пород и более направленно их использовать в практике лесного хозяйства.
Установленные нами закономерности в ходе роста и взаимодействия корневых систем послужат основой для разработки научных мероприятий по созданию и выращиванию устойчивых и более продуктивных лесных насаждений.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
www.activestudy.info
