Влияние уплотнения почвы на рост и развитие растений
Скорость роста корней начинает реагировать на уплотнение почвы с некоторым запаздыванием, составляющим одни и более суток. После прекращения действия уплотнения пониженная скорость удлинения сохраняется в течение 3—10 сут. Эти данные прямо указывают, что изменение скорости удлинения корня при уплотнении нельзя объяснить просто балансом давления на его кончике. Электрический или гидравлический сигналлинг тоже происходит быстро (секунды-минуты), поэтому они вряд ли могут влиять на процессы со шкалой времени часы-сутки. Можно предположить химический сигналлинг, в частности с помощью фитогормонов.
Видовую специфику ростовой реакции корней ячменя и кукурузы хорошо иллюстрирует рисунок 8.12, указывающий на более сильное ингибирование удлинения корней у ячменя.
При уплотнении почвы меняется пространственное расположение корневой системы. Рост главного корня сильно замедляется или прекращается вовсе, но начинается формирование боковых и придаточных корней. Рост надземной части растения также угнетается. После прекращения уплотняющего воздействия наблюдается некоторое увеличение темпов роста, что, возможно, объясняется авто-компенсаторной реакцией.
При однократном уплотнении темпы роста корней уменьшаются по сравнению с контролем (без уплотнения) в течение первых 60 ч после воздействия стрессора, а затем резко возрастают. При многократном уплотнении наблюдается продолжающийся спад.
Интересная тенденция отмечена на райграсе и клевере. При давлении 2,3 МПа общая длина корней уменьшилась по сравнению с контролем на 23 и 54% соответственно (рис. 8.13), в то время как накопление сухой массы, как корней, так и надземных органов растений, находилось в прямой зависимости от степени уплотнения почвы, т. е. с увеличением уплотнения почвы наблюдалось более активное накопление сухой массы как корнями, так и надземной частью растений (рис. 8.14).
Уплотнение почвы оказывает как положительное, так и отрицательное действие на формирование листового аппарата растения. Длина закончивших рост листьев и их площадь у райграса многолетнего оказались выше при уплотнении 2,3 МПа, чем при 0,25 МПа. Ho на более плотных почвах задерживалось появление листьев, уменьшалась продолжительность роста 2-го и 3-го листа. Для клевера ползучего аналогичная ситуация наблюдается по площади сформированных листьев, но по продолжительности роста существенных различий не было выявлено.
Снижение площади листьев у сахарной свеклы и кормовых бобов представляет собой основной путь адаптации к ухудшению физических свойств почвы. Образование мелких листьев снижает потери воды при транспирации и обеспечивает отдельным растениям возможность выживать при нарушении поглотительной способности корней в уплотненной почве. Однако при этом снижается ИЛП, поглощение ФАР и соответственно накопление биомассы и урожайность.
Влияние корневого чехлика и слизи на растяжение и утолщение корня. Механический импеданс увеличивает секреторную активность клеток корневого чехлика, стимулирует выделение слизи корнями растений и рост корневых волосков. При этом сопротивление проникновению корней в почву уменьшается почти в 2 раза по сравнению с аналогичным показателем для пенетрометра. Наличие слизи в качестве смазки также уменьшает травмируемость корневого чехлика, роль которого при проникновении в почву очень велика (рис. 8.15).
При удалении корневого чехлика темпы растяжения корней на уплотненной почве были относительно постоянными. Интактные корни (с корневым чехликом), а в особенности интактные корни со слизью, в основном демонстрировали сигмоидальную (S-образную) кривую роста. Обработанные слизью корни росли значительно быстрее, чем необработанные, а корни, лишенные корневого чехлика, росли заметно медленнее, чем интактные. Давление, испытываемое поверхностью кончика корня, может на порядок превосходить давление на клетки зоны растяжения, однако благодаря слизи кончик корня не испытывает сопротивления трения.
При аккуратном удалении корневой слизи ее видимое образование возобновлялось через 4 ч после пересадки растений в рыхлую почву. В случае удаления корневой слизи с последующим помещением корней в условия уплотнения образование слизи возобновлялось на некоторых (но не всех) кончиках корней через 12 ч, а после погружения в воду — через 4 ч. Задержка образования слизи может быть обусловлена увеличением трения наиболее удаленных слоев клеток корневого чехлика, которые, возможно, по этой причине не могут выделять слизь. Действительно, количество отшелушившихся (отмерших) клеток корневого чехлика увеличивается по мере роста уплотнения. Интересно, что эффект наличия слизи не зависел от плотности почвы, и составил 30,1; 30 и 32,3% при минимальной, средней и максимальной плотности почвы соответственно (табл. 8.4, 8.5).
Давление, которому подвергаются растущие корни, в 4,8-7,2 раз меньше сопротивления пенетрометра. Следовательно, корневой чехлик эффективно уменьшает механическое сопротивление почвы. Вклад корневого чехлика совместно со слизью в уменьшение сопротивления проникновения корней в почву составил около 33%, а корневого чехлика без слизи и корневой слизи без чехлика — соответственно 43 и 58%.
Реакция растений на клеточном уровне. Уплотнение почвы негативно влияет на темпы роста и конечную длину клеток корня. Скорость растяжения клеток корней гороха в 3, а длина в 2 раза ниже, чем в контроле (рис. 8.16).
Осевые и радиальные векторы роста клетки отвечают на внешнее давление независимо друг от друга. При почти 2-кратном торможении удлинения корней механическим давлением, их диаметр все еще растет, что обусловлено большим радиальным расширением, превышающим растяжение в длину клеток коровой паренхимы и сопровождается переориентированием микрофибрилл целлюлозы в клеточных стенках. Формирование клеток в кончике корня при воздействии уплотнения протекает комплексно, причем сильнее подвержены радиальному расширению участки, наиболее удаленные от центрального цилиндра. Диаметр корней увеличивался главным образом за счет увеличения размеров клеток коровой паренхимы, а не их количества, при почти неизменном объеме клеток центрального цилиндра (рис. 8.17).
Клетки разных зон корня неодинаково реагируют на уплотнение почвы. При этом наиболее сильно угнетаются в росте клетки на расстоянии 5 мм от апекса (рис. 8.18). Возможно, именно поэтому при действии уплотнения активное деление клеток наблюдается больше в апикальной части корня, в то время как без воздействия стрессора — по всей его длине.
Источник
Уплотнение почвы
Уплотнение почвы – форма физической деградации почвы, которая приводит к усилению её эрозии и снижению урожайности. Уплотнение происходит из-за сжатия почвенных частиц, что снижает порозность. Растения на уплотненных почвах, как правило, мелкие и недоразвитые.
Чаще всего уплотняются почвы, в которых мало органики и много глины. Даже содержащие большое количество гумуса чернозёмы постепенно переуплотняются при регулярном орошении. При этом неизбежно снижение урожайности с/х культур.
Самая частая причина избыточного уплотнения почвы — это работа на полях тяжёлой техники. Почва от проходов техники уплотняется тем больше, чем больше насыщена влагой.
При переуплотнении возникает сопровождающий процесс – переувлажнение, также и наоборот — переувлажнение является причиной переуплотнения.
В уплотнении почвы выделяют процесс слитизации, которая наиболее выражена на орошаемых землях. В этом случае деградация почв настолько сильна, что почва фактически становится бесструктурной. Причём такая деградация необратима.
Длительный переизбыток воды в почве запускает процесс оглеения почвы. Такое состояние характеризуется низким содержанием кислорода и накоплением в почве токсичных для растений и почвенных организмов соединений. Плодородие почвы в результате заметно падает.
Многолетний опыт орошения чернозёмов достоверно показал, что химический состав почвы из-за орошения меняется в худшую сторону. Но еще больший урон наносят подтопления на обширных площадях, прилегающих к орошаемым землям, на которых отсутствует нормальная дренажная система.
Восстановление и предотвращение уплотнения
Очень трудно на практике восстанавливать нормальную плотность. Выделяют несколько приёмов регулирования поверхностных почвенных горизонтов и улучшения их плотности:
Хорошая почва наполовину состоит из питательного субстрата и наполовину – из воздуха. Воздушное пространство позволяет нормально циркулировать питательным веществам и воде, а также не препятствует нормальному росту корней. На слишком плотной почве растения выглядят бледными и обесцвеченными из-за недостатка питательных веществ. В дожди на таких участках застаивается вода, что еще больше ухудшает ситуацию.
Для борьбы с уплотнением раз в три года земле нужно давать отдых (оставлять «под паром»). Несколько циклов замораживания и оттаивания прекрасно рыхлят землю. В зависимости от главной причины проблемы предпринимают следующие меры: ограничивают движение техники, скота и людей на поле, устраивают дренажные канавки.
Источник
Уплотнении почвы: «тихий вор» на ваших полях
Однажды знакомый агроном, чтобы наглядно показать – насколько уплотнилась почва, заехал на убранное сентябрьское поле и проехал несколько километров по нему на своей легковушке. Не застрял в пашне ни разу. Уплотнение почвы в результате воздействия сельскохозяйственных машин постепенно убивало пашню, превращая ее в аналог грунтовой дороги.
Фермеры всего мира упорно ищут новые технологические решения, чтобы свести к минимуму уплотнение почвы. Легкие автономные транспортные средства в недалеком будущем, похоже, могут оказаться одним из таких решений. Во всяком случае Брэди Бьёрнсон, старший менеджер компании Topcon Agriculture придерживается такого мнения.
По его словам, длительные и обширные исследования, проводившиеся компанией, однозначно подтвердили заметное влияние уплотнения почв на урожайность и рентабельность сельского хозяйства. Уплотнение почвы снижает эффективность сельскохозяйственного производства, увеличивает затраты на обработку полей, способствует снижению урожайности. Исследования, проведенные в Великобритании, показали, что предотвращение уплотнения почвы увеличивает общую прибыль более чем на 132 доллара с гектара. В ходе опроса также выяснилось другое важное обстоятельство: фермеры, как правило, не знают, на какой площади своих угодий они реально уже уплотнили почву и тем самым сократили урожайность. Между тем, ученые из Пражского университета естествознания под руководством профессора М. Крулика в 2009 году провели исследования уплотнения почвы в свеклосеющем хозяйстве. Запись треков движения всей техники по полю в течение года показала, что почти на 90% поля есть колеи, оставленными сельхозмашинами.
При этом средний вес трактора составляет порядка 10-20 т, зерноуборочный комбайн — до 30 т, а самоходный свеклоуборочный — 50-60 т. В среднем техника выезжает на поля около 12-15 раз за сезон.
Уплотнение почвы росло с каждым годом, превратившись в последнее время в «тихого вора», который отнимает у сельхозпроизводителя солидную часть урожая.
Посчитать уплотнения
Определить уплотнение и его глубины можно с помощью пенетрометра. Этот инструмент позволяет фермеру измерить участок, где произошло уплотнение почвы, глубину, на которой оно сформировалось и усилие, которое потребуется для проникновения в этот слой для его разрушения.
Многие компании-производители в последние годы стали создавать датчики и целые системы, позволяющие оценить состояние полей и выбрать подходящий способ и агрегаты для борьбы с уплотнением почвы. На рынке уже представлены датчики вращения и цилиндрические преобразователи систем, откалиброванные для стандартных условий, а также ультразвуковые датчики, обеспечивающие обратную связь в реальном времени для корректировки глубины обработки почвы. И такие датчики, видимо, станут особенно востребованы там, где от мощной и тяжелой техники отказаться будет сложно.
Оптимизация, «одноразмерный» технопарк и гусеницы
Во многих странах с большими площадями полей традиционно применяется мощная и тяжелая сельхозтехника. Крупное сельское хозяйство Северной Америки, России, Канады, где поля в 1000 акров являются нормой, требует именно таких агрегатов. Но если отказаться от тяжелой техники нет возможности, может, стоит подумать о «правильных маршрутах» для тяжелых тракторов и комбайнов?
Как показал опыт, частично сократить уплотнение можно за счет дистанционного управление сельскохозяйственными машинами с оптимизацией маршрутов ее движения по полю. Заметную пользу может принести и подбор сельскохозяйственных машин с одинаковой шириной колеи. Это обеспечит уплотнение почвы только на небольшой части поля, оставляя остальную его часть нетронутой. Например, в США такой подбор является обычной практикой с учетом того, что большинство сельскохозяйственной техники обладает базой в 30 или 40 футов.
Кроме этого, механизаторы могут использовать шины сверхнизкого давления и шины повышенной флотации (SFT). А при замене комбайнов можно начать приобретать машины на гусеничном ходу. Сейчас такие комбайны становятся все более популярными и в Северной Америке, и в Европе. Ведущие американские производители отгружают на внутренний рынок уже каждый третий-четвертый комбайн на гусеничном ходу.
Российский опыт
В России накоплен собственный опыт снижения давления на почву — установка сдвоенных и строенных колес, который активно использовался в 80-е годы прошлого столетия. Применение сдвоенных колес снизило удельное давление на почву на 20-50 %, а проходимость агрегатов и их тяговое усилие при этом увеличивались.
Об этом опыте вспомнили, когда уплотнение почвы стало реальной проблемой. Сейчас практически все современные заводы-изготовители сельхозмашин устанавливают сдвоенные колеса на тракторы. Так, в базовой комплектации тракторов RSM 2375 от компании «Ростсельмаш» предлагается спарка на 710 и 520 радиус колес. Дополнительно на этих тракторах возможна установка строенной резины, что в 4 раза снижает давление на почву.
У тракторов «Кировец» спаренные колеса предлагаются в качестве опции. Сдвоенные колеса – более экономичный вариант, но прежде, чем принять решение, нужно учесть несколько факторов. Прежде всего, увеличение габаритов. Например, на сдвоенной резине габарит машины по колесам составляет около 3,8 м, а на строенной — 5,5 м. И эти размеры уже за пределами разрешенных транспортных габаритов. Значит, передвигаться без проблем по дорогам общего пользования не получится. И надо заранее подумать о том, как доставлять технику от одного поля к другому.
Впрочем, вряд ли удастся окончательно решить проблему переуплотнения, только меняя отношение к сельхозтехнике. Справиться с «почвенной подошвой», вернуть почву в хорошо агрегированное состояние невозможно без восстановления почвенной биоты. Сделать это можно с помощью органических удобрений или сидератов. Посев в паровых полях люпина, люцерны, донника, рапса, горчицы и других культур и последующая заделка зелёной массы в почву дает хорошие результаты. Опыт возделывания донника в Курганской области показал, что крепкая разветвленная корневая систему этой культуры проникает на глубину 1–1,5 м, хорошо дренирует, разрыхляет даже плужную подошву, повышает воздухо- и влагоёмкость почвы.
Безусловно, в каждом хозяйстве подбор технических, технологических и агрономических решений для борьбы с переуплотнением будет свой — с учетом местных условий и возможностей. Но то, что такой комплекс мер нужно применять без промедления, понятно всем, кто работает на земле.
Владимир Францкевич
При подготовке статьи использована информация Future Farming, Precision Ag, Курганской сельхозакадемии, Ростсельсмаш.
Источник