Можно ли управлять корневым питанием растений

Г. Васяев, доцент,

главный специалист Северо-Западного

научно-методического центра Россельхозакадемии

Корневое питание растений является наиболее эффективным способом поглощения минеральных элементов питания (азота, фосфора, калия, магния, кальция, серы, микроэлементов) и воды.

Однако сравнительно редко сельскохозяйственные культуры находят в почве все необходимые им элементы питания в легкоусвояемой форме, в достаточном количестве и, что очень важно, в правильном соотношении. Обычно же на практике растения сталкиваются с недостатком двух-трех и большего числа питательных веществ, без устранения дефицита которых растительный организм не может нормально развиваться и обеспечивать высокую продуктивность.

Поэтому учёные, изучив законы питания растений, предложили приемы управления этим процессом: применение удобрений, оптимизация условий роста и развития и другие. До применения удобрений урожаи ни в одной стране мира не отличались ни большой величиной, ни стабильностью. На примере многих стран выяснилось, что урожай все более и более становится функцией применения минеральных удобрений. Хорошо известно, что рациональное их использование усиливает питание растений, повышает урожай, улучшает его качество и одновременно делает почвы более плодородными. Однако разумное использование большого ассортимента удобрений требует основательных знаний как агрохимических свойств почв, так и физиологических особенностей возделываемых культур, не говоря уже о составе, видах и качестве самих удобрений. Избытком удобрений нельзя заменить недостаток знаний.

В этой статье рассказывается о корневом питании, опираясь на теорию вопроса. Хотя теория многим и не нравится. Некоторые садоводы и овощеводы, читая статьи в журнале, ищут прямые рекомендации о дозах удобрений. А это неверно. Дозы удобрений - это не самое главное и не самое первостепенное в применении удобрений. Наиболее важно сначала решить вопрос "когда?" вносить, затем - "куда?", "как?" и "что?" вносить, а уж потом "сколько?".

Ответить на вопрос "Когда вносить удобрения?" помогут знания о физиологических потребностях растений по фазам роста и развития. Это большая проблема, в двух словах не скажешь, о них я расскажу позднее. А сейчас отмечу, что в соответствии с требованиями растений обоснованы три способа внесения удобрений: основной, припосевной и подкормки. Основное удобрение - это пища для интенсивного роста растений. Вносится весной (перед посевом), однако эти удобрения лежат в почве в течение месяца (май) без использования растениями. И только в начале июня начинают использоваться интенсивно, их хватает всего на две-три недели. Припосевное - вместе с посевом, это удобрение используется всего 5-10 дней, далее корни уходят в другие зоны из-за пересыхания верхнего десятисантиметрового слоя почвы. Подкормки проводятся в период интенсивного роста растений (летом, в июне). Стало быть, удобрения вносятся весной и летом. В другие сроки удобрения вносить просто нет смысла, так как если нет растений, то и пищу зря вносить не нужно. Напомню, что перед внесением нужно заранее закупить удобрения, быть свободным для этой работы, знать физиологию конкретного растения и делать всё осмысленно.

Ответ на вопросы "Куда вносить?" и "Как вносить?" можно получить, изучив условия корневого и воздушного питания растений. А?"Что вносить?" - какой элемент питания нужен в это время и в виде какого удобрения можно это сделать, решается за счёт знаний об удобрениях. И только после решения предыдущих вопросов можно ответить и на последний: "А сколько же надо внести выбранных удобрений?".

Рассмотрим нашу проблему: куда и как вносить удобрения. Корневое питание растений называют еще и минеральным питанием. Это понятие включает следующие, связанные между собой процессы, протекающие в живом растительном организме и почве:

1. Правильное применение минеральных удобрений, которые вносятся всегда во влажный слой почвы на глубину 10-18 см. Мелко вносить нельзя, так как верхний слой почвы летом попеременно высыхает и увлажняется, что способствует переводу растворимых удобрений в недоступные растениям формы. Поэтому корни в этот слой не растут и удобрения здесь оказываются неэффективными. Внесение же их в более глубокие слои почвы (глубже 18 см) резко ускоряет вымывание удобрений в нижележащие горизонты и вызывает загрязнение грунтовых вод, что недопустимо.

2. Направленное развитие корневой системы в те места, куда внесены удобрения или где имеются почвенные запасы питательных веществ. Этому способствует хемотропизм - свойство корней расти в сторону, где находится больше всего питательных веществ. Поэтому удобрения весной перед посевом вносят в корнеобитаемый слой - от 10 до 18 см, а при подкормке размещают на глубину 10-12 см в междурядиях, рядом с защитной зоной, из которой и растут корни в сторону внесённых удобрений.

3. Активное воздействие растений на почву путём выделения корнями кислот и ферментов, способных разрушать минеральные и органические вещества удобрений и твердой фазы почвы. Это способствует переводу элементов в более легкодоступные формы. В почву попадает больше корневых выделений, если растения хорошо питаются из воздуха, это даёт корням энергию и углеводы. Для этого нужно правильно посеять растения, чтоб они потом не затенялись и имели оптимальную площадь питания. Например, яблоня и груша должны иметь площадь питания не менее 7х3 м, слива и вишня - 4х4 м, смородина и крыжовник - 2х1,5 м, земляника - 0,8х0,2 м и т.д.

4. Передвижение почвенного раствора к поверхности активной части корневой системы или перемещение к ней солей путем диффузии. Усилить эти процессы можно путём хорошей обработки почвы и оптимального полива. Весной нужно проводить раннее боронование для закрытия влаги, затем перекопку на 18 см с внесением удобрений и боронованием, плоскорезную обработку перед посевом ранних культур, культивацию мотыгой или вторую плоскорезную обработку для поздних культур. Летом проводят две-три культивации пропашных культур с внесением удобрений, борьбу с сорняками боронованием или плоскорезной обработкой, перекопку после уборки урожая.

5. Поглощение солей корневыми волосками путём обменной адсорбции ионов клеточными оболочками и мембранами протоплазмы. Для этого вносить удобрения нужно в междурядия, сразу же после защитной зоны (приствольного круга для плодово-ягодных культур), за пределами которой и развиваются молодые корни и корневые волоски, занятые поглощением удобрений и воды. В защитной зоне находятся проводящие крупные корни, поэтому обработок там не проводят и удобрения туда не вносят, так как эти корни не могут поглощать элементы питания. Растущие же молодые корни находятся дальше этой зоны в междурядиях, куда и вносятся удобрения.

6. Синтез аминокислот и белков из поступивших веществ. Процесс идёт сначала в корнях и заканчивается в листьях. Для синтеза пластических веществ растениям нужны разнообразные питательные вещества - и макро- и микроэлементы. Поэтому удобрения вносятся комплексно весной (органические плюс минеральные: азотные, фосфорные, калийные и микроудобрения), в полном наборе, чтобы не было голодания растений из-за недостатка некоторых элементов, чтобы синтетические процессы преобладали над процессами распада при дыхании корней. Летом дополнительно дают подкормки макро- и микроэлементами.

7. Обмен органическими и минеральными соединениями между листьями и корнями, между воздушным и корневым питанием растений. Это усиливает синтетиче-ские процессы. Если хорошо работают листья, то и корни хорошо снабжаются пластическими веществами. И наоборот, если корни поглощают весь набор элементов питания, то тем самым они лучше снабжают листья аминокислотами и другими пластическими веществами и лучше способствуют углекислотному питанию через листья.

8. Обмен выделениями (минеральными и органическими соединениями) между корнями и почвенными микроорганизмами. Растения снабжают почвенную микрофлору в основном органическими веществами, из которых последние черпают энергию, а взамен от микроорганизмов они получают дополнительные минеральные соединения в процессе разложения органических удобрений. И в целом питание улучшается.

9. Вторичное использование (реутилизация) элементов питания и передвижение их из листьев в репродуктивные органы. Во второй половине лета растения меньше поглощают элементов питания из почвы и больше используют ранее поглощенные вещества. Поэтому важно дать полное удобрение весной и подкормки в первую половину лета, чтоб растения накопили нужный объём пищи в листьях для последующего питания во вторую половину вегетации для создания хорошего товарного урожая. При этом важно достичь правильного соотношения между элементами питания, чтобы во второй половине лета не было избытка азота и создавалось хорошее питание фосфором и калием. Поэтому и проводят в начале августа подкормку плодово-ягодных культур фосфорно-калийными удобрениями.

В соответствии с отмеченными правилами корневого питания нужно разработать технологию внесения удобрений. Под ней следует понимать комплекс по-следовательно выполняемых операций, отвечающих биологическим требованиям растений. Основные удобрения вносятся весной чаще всего сплошным методом. Сначала проводим расчёт нормы внесения удобрений под конкретную культуру и на определённую площадь (площадь должна быть посильной, чтобы за полдня можно было перекопать и закончить работу). Затем равномерно рассеваем удобрения друг за другом: известковые, азотные, калийные, фосфорные, микроудобрения и в заключение органические удобрения. Перекапываем почву с оборотом пласта, сверху разбиваем тщательно все комки, заделывая удобрения в слой от 8-10 до 15-18 см. Все операции выполняются последовательно, без перерыва, чтобы избежать возникновения нежелательных химических реакций между различными удобрениями (утрата растворимости удобрений, потеря элементов питания в виде газообразных продуктов в воздух и т.д.).

Припосевное удобрение вносится строчно. Делается бороздка, в которую высевается строчкой суперфосфат в дозе 5-7 г/м2, присыпается почвой (прослойка 1-2 см), затем высеваются семена и заделываются.

Подкормка проводится строчным или сплошным способом. В междурядии рядом с защитной зоной вдоль рядка делается бороздка 12 см глубиной, на дно которой высеваются строчно азотно-калийные удобрения и присыпаются почвой. Можно внести и сплошным способом. Для этого удобрения рассеваются сплошь по всему междурядию (кроме защитных зон), затем заделываются лопатой - почва перекапывается с оборотом пласта на глубину 12 см, затем её тщательно разрыхляют той же лопатой или граблями.

Направленное развитие корневой системы. Корни составляют значительную часть в общей массе растений. Так, доля корневых систем достигает у плодовых культур - 66% и у овощных - 48%. В засушливые годы корни составляют до 90% веса растущих растений.

Корни чувствительны к концентрации и соотношению элементов в почвенном растворе. Сущность явления, получившего название хемотропизма, заключается в раздражающем действии растворенных веществ почвы на корень, что проявляется в усиленном развитии и ветвлении корней в сторону повышенной концентрации солей. Вследствие этого корни растут направленно, не вниз или вверх, а в ту сторону, где находятся питательные вещества. Поэтому они быстро находят удобрения, окружают эти места и поглощают необходимые им элементы.

Каждый отдельный корень растёт только самой нижней своей частью, а потом он снаружи покрывается кутикулой и опробковевшей тканью и теряет способность к поглощению, как воды, так и питательных веществ. Растет только самая молодая нижняя часть корня, его кончик, наружные клетки которого отделяют своеобразную защитную ткань - корневой чехлик, предохраняющий нежную растущую зону от повреждения при соприкосновении с почвой. На этой растущей части образуются корневые волоски, которые и поглощают элементы питания. Корневые волоски весьма тесно соприкасаются, почти срастаются с коллоидными частицами почвы. Такое тесное сближение и создает ту замкнутую систему, в которой корневой волосок оказывает свое растворяющее и поглощающее воздействие на почву путем выделения углекислоты и других веществ. Возникают корневые волоски на расстоянии около 3 мм от кончиков молодых, растущих корней. На 1 мм2 корня в том месте, где имеются корневые волоски, их насчитывают сотни. Длина корневых волосков варьирует у различных культур от 80 до 1500 мкм, диаметр их в пределах 5-17 мкм.

Доказано, что корешок может усвоить обменнопоглощенные почвой ионы на расстоянии всего 2,5-7,5 мм (фосфатный анион на расстоянии 2,5 мм, катионы кальция и магния - 5 мм, калия и натрия - 7,5 мм). Вокруг корешка за счёт поглощения очень быстро образуется зона, очень бедная пищей. Недостаток питательных веществ в почве заставляет растение создавать в поисках пищи относительно большую массу корней, чем в случае хорошей обеспеченности культуры всеми факторами роста. Действительно, на удобренных почвах корневая система развита слабее, чем на бедных. Удобренные растения расходуют меньше пластических веществ на построение корневой системы и больше на создание товарного урожая, чем лишенные их.

Влияние корневой системы простирается на весьма значительную массу почвы в междурядиях благодаря непрерывному распространению корней и постоянному возобновлению корневых волосков, что происходит интенсивно в период хорошего роста культур. Продолжительность существования каждого корневого волоска невелика, она не превышает одних суток, и на том участке корня, где корневые волоски отмерли, они уже больше не появляются; кожица корня превращается в пробковую ткань, и поступление воды и солей через нее прекращается.

Скорость роста корня у полевых однолетних культур может достигать 1 см в день. Поэтому зона активного поглощения питательных веществ корневой системой перемещается в почве довольно быстро. Если междурядие у картофеля, например, 70 см, то корни осваивают его, если не вносились удобрения, за 30-40 дней (по 35 см с той и другой стороны) и начинают голодать или искать пищу на глубине, попусту расходуя органические вещества на рост корней, а не урожая. На хорошо удобренной почве корни растут медленнее, осваивая междурядие за 60-70 дней и накапливая в первую половину вегетации нужный объём пластических веществ для создания высокого урожая.

Корневые выделения существенно помогают извлечь пищу из твердой фазы почвы. Во время роста корня, при дыхании его, идёт интенсивное выделение больших количеств СО2, который, растворяясь в пленке воды, окружающей корневой волосок, образует угольную кислоту (Н2СО3). В свою очередь, она действует на твердую фазу почвы как растворитель. Часть Н2СО3 диссоциирует на ионы Н+ и НСО3-, которые обменно поглощаются отрицательно или положительно заряженными коллоидами почвы, вытесняя в почвенный раствор элементы питания. Среди них будут и необходимые растениям (Са, Mg, К, NH4, H2РO4 и др.), которые поглощаются корневыми волосками из раствора. Корни выделяют помимо угольной кислоты и другие органические (аминокислоты, углеводы, ферменты и т.д.) и минеральные вещества (калий, кальций, фосфорную и серную кислоты и пр.). Они не только улучшают корневое питание самих растений, но и значительно повышают жизнедеятельность микроорганизмов ризосферы. Наибольшее выделение углекислоты совпадает с интенсивным ростом культур и высокой потребностью их в элементах минерального питания, т.е. в течение июня-июля.

Избирательное поглощение ионов из внешней среды является замечательным свойством растений. Если срезать стебель растения над почвой, то пасоку (жидкость, вытекающую из перерезанных сосудов (ксилемы) стеблей или корней растений под действием корневого давления) можно собрать и проанализировать. Оказывается, концентрация калия в пасоке кукурузы была в 20 раз, фосфора - в 14, а кальция - в 4 раза выше, чем во внешнем почвенном растворе. Это яркое свидетельство избирательного поглощения растением ионов. Хотя им и приходится выбирать из того, что есть в почве, однако поглощение всё же идёт в иных количествах и соотношениях, что очень важно.

В самом растении существуют, следовательно, соответствующие механизмы, тормозящие поглощение и накопление нежелательных или токсических элементов. Если бы этого не было, то избыток токсинов в растении мог бы приводить к депрессии роста культур и ухудшению кормовой ценности урожая. Это важно с точки зрения использования растительной продукции в пищу, равно как и для получения здорового семенного материала.

Убедительными доказательствами избирательного поглощения служат физиологическая кислотность аммиачных солей и физиологическая щелочность селитр - соединений нейтральных вне сферы взаимодействия с корнями растений. В первом случае подкисление вызывается преимущественным поглощением корнями катионов аммония, а во втором - подщелачивание - более полным поглощением ими анионов азотной кислоты.

Поэтому одинаковые концентрации ионов в почвенном растворе еще не означают и их одинаковую доступность растениям. Передвижение и поглощение корнями ионов различной мобильности неодинаково. Ионы, которые, подобно нитратам, не связываются почвой, могут, растворяясь в почвенной влаге, передвигаться к корням вместе с перемещением раствора в почве. Корневые системы растений образуют своеобразные экраны, через которые почвенные растворы не могут проникнуть вглубь. Пища мгновенно будет съедена растениями. Фосфат-ионы обладают слабой мобильностью, они осаждаются в большинстве почв в нерастворимые соединения в месте их внесения. Почвенный раствор содержит очень малые их количества. Передвижение воды в почве не может привести к достаточному снабжению растений фосфором. Поэтому усвоение фосфатов зависит в большей степени от растворяющего действия корневых выделений и роста корней в поисках малых количеств этих ионов.

Поглощение удобрений сильно зависит и от способа обработки почвы. Скорость поглощения нитратов не зависит от размера частиц почвы, в то время как поглощение фосфатов уменьшается с увеличением диаметра этих частиц. Кальций, калий, магний обменно поглощаются почвенными коллоидами, но все же концентрация их в почвенном растворе выше, нежели фосфатов. Тем не менее, поглощение и этих катионов растениями задерживается на почвах с плохой обработкой и структурой.

Известно, что в почвенном растворе к концу вегетации растений резко убывает концентрация всех питательных ионов. Указанное явление - следствие длительной поглотительной деятельности корневой системы и, следовательно, выноса ею зольных элементов и азота для синтеза урожая. В последующем (теплая осень) наблюдается лишь частичное восстановление усвояемых запасов пищи растений благодаря биологическим и химическим процессам, протекающим в почве. Это обстоятельство нужно использовать при посеве пожнивных сидеральных культур. Чтобы сидеральные растения хорошо развивались, нужно обязательно под них перед посевом внести по 50-70 г/м2 нитрофоски под перекопку, а при посеве - 5 г/м2 суперфосфата. Только в этом случае эффективность сидеральных удобрений будет высокой.

Наряду с дыханием корневой системы и аэрацией, обеспечивающей этот процесс кислородом (при одновременном удалении углекислого газа), на поглощение питательных веществ корнями, как показано выше, влияют и температура приземного слоя атмосферы и почвы, освещение надземных органов растения, реакция (рН) почвы, состав и концентрация почвенного раствора и другие свойства внешней среды. При оптимальных условиях обмен ионами между средой и корневой системой протекает с очень высокой скоростью. Например, достаточно и 20 минут для того, чтобы после контакта корней с гранулами суперфосфата фосфор мог достичь верхних листьев.

Поэтому для земледелия хорошо, что угольная кислота не накапливается в почве. Оказав своё растворяющее влияние на трудно доступные для растений части почвы, она распадается на воду и углекислый газ, который удаляется в атмосферу, усиливая воздушное питание растений.

Синтез органических веществ в корнях. В листе сосредоточены самые важные функции растения; поэтому некоторые учёные говорили, что "растение - это лист". Однако нельзя сбрасывать со счетов и синтетическую функцию корней. Оказалось, что уже спустя 10-15 минут после поглощения корнями азота из сульфата аммония в них находят разнообразные аминокислоты. Через 2 часа они поднимаются в листья. Проходит еще несколько часов, и эти аминокислоты обнаруживаются уже в сложных белках растения. В корнях различных культур синтезируется 14-16 аминокислот (в белок их входит 20), а также образуются органические вещества, содержащие фосфор и серу. В движущемся из корневой системы в надземные органы соке обнаружено более 24 азотсодержащих органических соединений, около 15 органических кислот, некоторые фосфорорганические эфиры, органические соединения серы, многоатомные спирты и другие соединения. Поэтому корень является не только органом поиска и поглощения питательных элементов из почвы, но и лабораторией синтеза сложных веществ. Растение - это не только лист, а тесный союз листьев и корней.

Между воздушным и корневым питанием растений существует прочная взаимосвязь. Поглощенные корнем питательные элементы усиливают дыхание и приток углеводов из листьев. В свою очередь, из корневой системы в надземные органы до листьев и плодовых образований включительно, движутся аминокислоты и другие органические вещества. Этот обмен продуктами биосинтеза характерен для взаимоотношения всех надземных и подземных частей растений.

Миграция веществ в растении при созревании. По мере созревания культур усиливается миграция питательных веществ из вегетативных органов в репродуктивные. В особенности это относится к азоту и фосфору, сере и магнию, в меньшей степени к калию. Напротив, кальция, как правило, больше всего находят в нетоварной части урожая, где он накапливается по мере созревания растения. К концу вегетации 92% азота и фосфора находится в плодах. Калия же к этому сроку около 60% сосредоточивается в стеблях и лишь одна треть его затем мигрирует в плод. Вторичное использование (реутилизация) элементов в растении имеет большое значение для синтеза нового урожая, так как к этому времени почвенные запасы истощаются, и корневая система работает с меньшей интенсивностью. Рост урожая идёт в основном за счёт ранее поглощенных удобрений.

Кроме этого процесс реутилизации можно использовать в практических целях, особенно для повышения качества урожая. Можно с помощью определенных приёмов усилить реутилизацию, усилить приток органических веществ в репродуктивные органы и тем самым повысить в них содержание сахаров, крахмала, белка или жира в соответствии с природой данного растения (в овощах, картофеле, зерновых или масличных культурах). Для этого делают перед уборкой урожая лёгкую внекорневую подкормку удобрениями повышенной концентрации. Это может быть и калийное, и азотное удобрение. Здесь играет роль концентрация раствора. Высокие концентрации (около 0,8-1,0%) вызовут гибель отдельных клеток листа и тем самым усилят процессы оттока пластических веществ из них в репродуктивные органы.

Таким образом, разгадав и познав тайны корневого и воздушного питания, можно вполне сознательно применять удобрения, повышать урожаи и качество сельскохозяйственной продукции. Желаю успехов!