Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ КОРНЕВОЙ СИСТЕМЫ И УРОЖАЯ ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ НА ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЕ

ВАК РФ 06.01.09, Растениеводство

Автореферат диссертации по теме "ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ КОРНЕВОЙ СИСТЕМЫ И УРОЖАЯ ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ НА ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЕ"

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА СССР

МОСКОВСКАЯ ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ имени К. А. ТИМИРЯЗЕВА

^а пРавах РУКОПиси Афанасий Федорович САФОНОВ

ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ КОРНЕВОЙ СИСТЕМЫ И УРОЖАЯ ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ НА ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЕ (Специальность № 06.01.09 — растениеводство)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

МОСКВА — 1973

.. . _ . . , . » * * л Л Г\ . * 1 Я лГ\ Л '—Г

' .'.> ' У /

(/

Диссертационная работа выполнена на кафедре растениеводства Московской ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева.

Научный руководитель—академик ВАСХНИЛ доктор сельскохозяйственных наук профессор И. С. Шатилов.

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук Н. 3. Станков, кандидат сельскохозяйственных наук И. И. Василенко.

Ведущее, предприятие— Московское отделение Всесоюзного научно-исследовательского института растениеводства.

Автореферат разослан« Т'. . . 1973 г.

Защита диссертации состоится « »..... 1973 г.

в (X'^Лас. на заседании Ученого совета агрономического факультета ТСХА.

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ ТСХА (корпус 10).

Просим Вас принять личное участие в работе указанного Совета или прислать письменный отзыв на автореферат по адресу: Москва 125008, Тимирязевская ул., .47, корп- 8, Ученый совет ТСХА.

Отзывы, заверенные печатью, просьба направлять в двух экземплярах.

Ученый секретарь Совета академии

доцент Ф. А. ДЕВОЧКИН

Рост производства и применения минеральных удобрений: ставит перед агрономической наукой задачу обоснования способов рационального их использования с учетом биологических особенностей возделываемых культур, почвенно-климатических и других условий. Удобрения, как и большинство агротехнических приемов, воздействуют на растение через корневую систему, поглотительная деятельность которой игрзет решающую роль в минеральном питании и водоснабжении.

Значение корней в жизни растительного организма определяется еще тем, что они участвуют в первичном превращении поглощенных из почвы элементов и обеспечивают тем самым взаимодействие обменных процессов в надземных и подземных органах. Важной функцией, корня является также выделительная деятельность. В соответствии с э. . для эффективного использования удобрений необходимо злать мощность и. строение корневых систем, глубину их проникновения. Однако жизнедеятельность корней в полевых условиях ввиду методических-трудностей изучена недостаточно.

Настоящая работа посвящена.изучению особенностей формирования корневой системы и урожая озимой пшеницы под влиянием удобрений, на. дерново-подзолистой почве. Особое внимание в наших исследованиях было уделено влиянию условий перезимовки на жизнедеятельность корней, глубине проникновения отдельных групп-корней и их ветвлению, поглощающей поверхности. Одновременно велись наблюдения за фотосинтетической деятельностью растений и потреблением элементов минерального питания в течение вегетационного периода.

На основании полученных данных была сделана попытка выявить роль корней, расположенных в различных слоях почвы, в накоплении элементов питания растениями и определить влияние мощности развития корневой системы на формирование урожая.

Условия и методика проведения опытов

Опыты проводились в течение 1969—1972 гг. в полевых стационарных севооборотах учебно-опытного хозяйства «Михай-

С:г;г:1г«1 .л й,г;-гт«в • ' '

С/г'-г .5 2 г. -а сг»сг»1.-

1Т.:Л\1.ь. 1-2"Тзт1

ловское» Подольского района Московской области. Почва опытного участка дерново-подзолистая, среднесуглинистая, с глубиной пахотного слоя 18—20 см.

Погодные условия в 1970 г. были наиболее благоприятными для выращивания озимой пшеницы. 1971 и 1972 гг. характеризовались небольшой высотой снежного покрова и глубоким промерзанием почвы зимой, медленным оттаиванием почвы весной, повышенными температурами воздуха и недостатком осадков летом.

Экспериментальная работа проводилась на двух крайних вариантах (опытах):

1) без удобрений (контроль),

2) с расчетными дозами удобрений на получение 30,8 ц/га абсолютно сухого зерна.

Размер делянок в 1-м варианте 360 м2, во 2-м — 1200 мг.

Повторность в 1-м — 3-кратная, во 2-м — 6-кратная.

Озимая пшеница сорта Г1ПГ 186 в 1969 г. и Мироновская 808 в 1971 и 1972 гг. высевалась после вико-овсяной смеси на зеленый корм. Норма высева 6,0 млн. всхожих зерен на гектар. Агротехника общепринятая для Московской области. Ежегодные нормы внесения удобрений рассчитывались с учетом эффективного плодородия почвы и выноса основных элементов минерального питания с планируемым урожаем (Шатилов и др., 1971). •

Наблюдения и исследования проводили по фазам развития озимой пшеницы. Площадь листьев определяли методом:высечек. Фотосинтетический потенциал рассчитывали по общепринятой методике (Ничипорович и др., 1961).

Содержание общего азота в растениях определяли по Кьельдалю (модификация Кудеярова), фосфора — по Дениже,. калия— методом пламенной фотометрии.

Глубина проникновения корневой системы, ее ветвление и расположение в почве изучались методом стационарных наблюдений (в траншеях по принципу Ротмистрова) и траншейным методом Уивера.

Для определения веса корней, их объема и поглощающей поверхности использовали метод почвенных монолитов сечением 15x15 см, глубиной 100 см (Чижов, 1931). Отмывку проводили после предварительного размокания почвы в течение 12—14 часов. Подземную часть растений озимой пшеницы после отмывки отделяли от органических остатков предшествующих культур, а затем корни отрезали от стеблевых междоузлий и учитывали раздельно.

Объем корней измеряли мерным цилиндром. Поглощающую поверхность определяли с помощью метиленовой синьки (Колосов, 1962).

Для характеристики общей поглощающей способности кор-

IV

невой системы использовали поглощающий потенциал, который представляет сумму ежедневных показателей активно поглощающей поверхности за весь вегетационный период или за какие-либо его части (Блохин и др., 1966). Интенсивность поглощения элементов минерального питания рассчитывалась путем деления количества потребленного элемента посевом из почвы на величину поглощающего потенциала.

Уборку и учет урожая проводили комбайном СК-1-

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИИ I. Глубина проникновения отдельных типов корней

Корневая система озимой пшеницы состоит из отдельных групп корней, проникающих на различную глубину, которая зависит от времени их образования. За период осенней вегетации зародышевые корни проникают до глубины 40—50 см, а узловые остаются в стадии начала образования .В случае благоприятной перезимовки зародышевые корни возобновляли рост и к фазе молочной спелости достигали максимальной глубины (табл. 1), которая составляла в отдельные годы более полутора метра- Однако условия перезимовки по-разному сказываются на жизнедеятельности первичной корневой системы. Так, в 1970 г. зародышевые корни после полного оттаива-

• Таблица!

Динамика проникновения корневой системы озимой пшеницы в глубину

(см)

Фаза развития Зародышевые корни Узловые корни

1970 г. 1972 г. 1970 г. 1971 г. 1972 г.

49.0 44.0 6,2 8,1 6.0

Весеннее отрастание 64,5 54,0 9.0 12,3 8.0

Начало вичода в тр>бку 58.0 52.2 20.5 36.5 32.5

83,3 79,2 26,0 41,7 39,5

Колошение..... 123.3 73.1 35,5 57,7 51.0

129,3 123,4 60,0 74,3 68,0

145,7 80,9 44,5 * 60.8 53.3

154,7 133,0 64,4 77,2 76,0

Молочная спелость . . 160.0 108.5 59.2 76.2 66.0

172,0 154,0 76,6 85,6 81,0

Примечание. В числителе — контроль, в знаменателе—удобрение.

ния почвы возобновляли рост, а в 1971 и 1972 гг. жизнедеятельность их ограничивалась только пахотным слоем почвы. Ниже глубины 15—20 см произошло отмирание корней у всех растений в 1971 г. и у 89—96% в 1972 г. По-видимому, повреждающее действие оказывало медленное размораживание почвы, когда верхняя (базальная) часть корней находилась в деятельном состоянии, а нижняя (апикальная) —долгое время в замерзшей почве. При таких условиях, вероятно, нарушается связь между метаболическими процессами и повреждается целостность структур плазмы. Таким образом, неблагоприятные действия зимнего и раниевесеннего периодов заключаются не только в полной или частичной гибели надземной части растения и узла кущения, но также в повреждении нижней части зародышевой корневой системы у растений, которые возобновляют вегетацию.

Формирование вторичной корневой системы происходило в течение весенней и летней вегетации. Растянутый период образования узловых корней обусловливает различную глубину их проникновения. Глубины 60—80 см достигали корни, которые образовывались в осенний и ранневесенний периоды вегетации. Из всего количества образовавшихся корней на растении к фазе молочной спелости па глубину почвы 30 см проникало около 30%, на глубину 60 см — около 10%, а 90 см глубины достигали единичные узловые корни:

Наличие у растений регуляторной системы позволяет предполагать, что более глубокое проникновение узловых корней в 1971 и 1972 гг. по сравнению с 1970 г. является ответной реакцией растений на отмирание зародышевой корневой системы в подпахотном слое.

Применение удобрений способствовало увеличению глубины проникновения корневой системы и образованию общего "числа узловых корней. Образование большого количества узловых корней ведет к повышению веса зерна с растения, что свидетельствует о положительной зависимости между этими признаками. Коэффициент корреляции изменялся от 0,65 до 0,89.

. Между глубиной проникновения вторичной корневой системы и высотой растений также отмечается положительная корреляционная связь. Коэффициент корреляции был около 0,87. Эти данные подтверждают мнения других исследователей (Ауземуси др., 1970; Данильчук и др., 1971), которые считают, что у низкостебельных пшениц корневая система расположена более поверхностно.

• 2. Ветвление корневой системы

Образование боковых корней начинается с фазы всходов и продолжается до молочной спелости, поэтому мощность раз. 4

ветвления скелетных корней зависит от времени их образования. Кроме того, участки корней, расположенные в пахотном слое почвы, имеют наибольший порядок ветвления.

В осенний период зародышевая корневая система образует боковые кори» первого порядка и в меньшей степени второго порядка. Ветвления узловых: корней не происходит. После возобновления вегетации на зародышевых корнях продолжается нарастание боковых корней первого и второго порядка, на узловых— первого порядка. В фазу выхода в трубку начинают ветвиться зародышевые боковые корни второго порядка и узловые боковые корни первого порядка. После цветения отмечалось образование очередного порядка боковых корней. Корни пятого порядка на первичной корневой системе и Четвертого порядка на вторичной — возникали на отдельных корнях в слое 10—30 см. Они образовывались обычно на кончиках корней длиной не более 0,5 см.

Максимальное количество боковых корней первого порядка на участках зародышевых корней верхнего слоя почвы отмечено в фазу осеннего кущения. После возобновления весенней вегетации наблюдалось уменьшение их числа. Это вызвано повреждающим действием отрицательных температур во время перезимовки, которое проявляется в первую очередь на молодых корнях (Мусич, 1967; Проценко и др., 1971).

К фазе колошения обнаруживается прижизненное отмирание боковых корней, которое объясняется недостатком влаги в почве и отсутствием возможности использовать влагу нижних слоев из-за повреждения зародышевых корней.

Количество боковых корней первого порядка на 1 см длины вторичных корней в течение вегетации было около 3—4 шт. как в верхнем, так и нижнем слоях. Применяемые удобрения не оказывали заметного влияния на число боковых корней первого порядка, но несколько увеличивали их длину.

Количество боковых корней второго порядка было одинаково по вариантам опыта, но различалось по типам корней. На узловых корнях их было больше, чем на зародышевых. Однако длина боковых корней второго порядка на первичной корневой системе достигала 7 см, а на вторичной — 3 см. Ветвление боковых корней первого порядка в подпахотных слоях происходит в значительно меньшей степени, чем соответствующих корней пахотного слоя. Это связано с более поздним их возникновением.

Длина боковых корней озимой пшеницы уменьшается с увеличением порядка ветвления. Действие неблагоприятных погодных условии приводит к уменьшению количества боковых корней и их длины.

3. Накопление сухого вещества в корнях

Увеличение веса сухого вещества корневой системы происходит до фазы молочной спелости (табл. 2), после которой отмечалось интенсивное отмирание боковых ответвлений и недоразвитых узловых корней, в результате чего вес корней значительно уменьшался к фазе восковой спелости.

Таблица 2

Динамика накопления сухого вещества в корнях

Фаза развития Вес, ц/га % от надземной массы Коэффициент продуктивности

1971 1972 1971 1972 1971 1972

Всходы.......... 0,3 0.3 37.5 42,9 2.7 2.3

0,3 0,3 30,0 30,0 3,3 3,3

Кущение ......... 1,9 1,9 57,6 57.6 1.7 1.7

1,6 2,2 39,0 41,5 2,6 2,4

Весеннее кущение...... 2.2 1,9 55,5 42.2 1,8 2,4

2,8 2,5 30,1 29,4 3,3 3,4

Начало выхода в трубку . . . 2,7 3.0 30.3 32,4 3.3 3,1

5,9 4,9 24,5 20,8 4,1 4,8

5,1 5,1 20,2 20,7 5.0 4,8

11,9 7,5 13,5 12,4 7,4 8,0

Молочная спелость..... 7.8 8,2 17,4 22,3 5.8 4.5

14,3 12,2 12,5 13,7 8,0 7,3

4.3 4.5 10,0 10.5 10.0 9.5

9,1 6,3 7,1 6,5 14,0 15,4

Примечание. В числителе—контроль, в знаменателе—удоб-

рение.

Отношение веса сухого вещества корневой системы к биомассе надземных органов растений изменяется в течение вегетации. В фазу всходов вес корней составлял около 30—40% от надземной: массы, а к кущению увеличивался до 40—60%. В последующий период развития прирост вещества в надземной массе был выше, чем в корнях. К фазе молочной спелости процент сухого вещества корневой системы от веса надземных органов в опыте без удобрений снижается до 17—22%, а с применением удобрений — до 12—14%.

Уровень минерального питания оказывал значительное влияние на динамику накопления сухого вещества. Во все фазы

развития растений общее количество органического вещества в опыте с расчетными дозами удобрений было выше, чем в контроле. Эта разница в приросте вещества распределяется не прямо пропорционально между корнями и надземными органами. Так, вес корневой системы увеличивался в 1,5—2,0 раза, а вес надземной массы — в 2—3 раза. С улучшением минерального питания накопление сухого вещества в надземной части увеличивается быстрее по сравнению с подземной- Об этом свидетельствует коэффициент продуктивности, который в течение всей вегетации был выше в опыте с удобрениями, чем в контроле.

Большая часть (65—75%) сухого вещества корней сосредоточивалась в верхнем слое почвы, 15—20%—в слое 20— 40 см и до 10% — в слое 40—100 см.

Данные о весе корней пшеницы, приводимые в литературе, имеют большие расхождения. Одной из причин этих различий, видимо, является то, что некоторые исследователи всю подземную часть растений относят к корням, хотя, кроме корней, там имеется стеблевая часть. Так, в фазу молочной спелости вес подземных стеблевых междоузлий составлял около 30— 40% от веса сухого вещества корневой системы метрового слоя. Если учет подземной части растений проводить на глубину пахотного слоя, что очень часто делается, то процент стеблевой части от, веса корней увеличивается до 50%. Следовательно, при изучении мочковатой корневой системы следует отделять стеблевую часть от корней, что позволит сделать более правильные выводы о реакции корневой системы на различные агротехнические приемы. ■

4. Поглощающая поверхность корневой системы

Формирование корневой системы включает удлинение корней, их ветвление, новообразование придаточных корней, fio ни один из этих показателей не дает полного представления о корневой системе как об органе поглощения. Наиболее важным показателем мощности развития корневой системы является величина ее поглощающей поверхности, которая непрерывно изменяется в течение вегетации (табл. 3).

В начальные фазы развития увеличение поверхности корней происходит медленно, но затем с образованием боковых корней высших порядков приросты ее увеличиваются. Формирование активно поглощающей поверхности происходит несколько медленнее, чем общей. Это вызвано опробковением и отмиранием корней, потерей корневых волосков. За период весеннее кущение—молочная спелость в опыте без удобрении общая адсорбирующая поверхность увеличивалась приблизи-

Таблица 3

Поглощающая поверхность корневой системы озимой пшеницы (ма на 1 растение)

Фазы развития Общая Активно погло-шзющая % активном 01 общей

1971 1 1972 1971 1972 1971 1972

Всходы.......... 0.12 0,12 О.СЮ 0.05 50,0 41,7

0,13 0,12 0,03 0,05 46,2 41,7

Кущение.......... 0,50 0.51 0,24 0,23 48,0 45,1

0,53 0,52 0,23 0,24 43,4 46,2 -

Весеннее кущение ..... 0.57 0,57 0,26 0,27 45.6 47,3

0,99 0.82 0,43 о;г§ 43,5 46,3

Начало выхода в трубку . . . 0.65 0,79 0,31 0.30 47,7 38.0

1,23 1,11 0,53 0,51 43,1 45,9

Колошение......... 0.86 0,99 0.39 0,45 45.3 45.4

1.93 1,83 0,78 0,81 39,4 43,1

1,28 1,43 0,58 0.57 45,3 39.9

3.50 3,15 1,50 1,23 42,9 39,0

Восковая спелость ...... 0.87 0.86 0,32 0,31 30.8 36.0

1,84 1,51 0,62 0,61 33,7 40,4

Примечание. В числителе — контроль, в знаменателе—удоб-

рение.

тельно в 2,5 раза, а активно поглощающая — только в 2 раза, в опыте с расчетными дозами удобрений соответственно в 3,5 и 3,0 раза.

Величина поглощающей поверхности корневой системы озимой пшеницы в полевых условиях находилась в непосредственной зависимости от обеспеченности почвы элементами минерального питания. Если в осенний период вегетации поглощающая поверхность корней по опытам была одинаковой, то к началу выхода растений в трубку в варианте с применением удобрений она имела величину в 1,5—2,0 раза большую, чем без удобрений. К фазе молочной спелости размеры активно поглощающих поверхностей уже различались в 2,0—2,5 раза. Поэтому растения озимой пшеницы в опыте с расчетными дозами удобрений имели возможность больше поглощать воды и питательных веществ из почвы, чем в контроле. Кроме того, у растений с мощной корневой системой обводненность, водопо-глощающая и водоудерживающая способности листьев и ко-

лосьев выше, чем у растений с обыкновенной корневой системой (Лукина и др., 1971; Проценко и др., 1971).

Отношение активно поглощающей поверхности к общей начинает уменьшаться во вторую половину вегетации и в фазу восковой спелости составляет около 35%.

По мере того как в процессе вегетации происходит увеличение корнеобитаемой зоны, относительная величина поглощающей поверхности корней пахотного слоя уменьшается, а в нижележащих — увеличивается. К фазе выхода в трубку около 15—20% активно поглощающей поверхности корневой системы находилось в подпахотном слое, а к молочной спелости—до 35%. Относительные приросты поглощающей поверхности в нижних слоях почвы были выше, чем в слое 0—20 см. Это обусловлено тем, что верхний слой иссушается до значений, близких к влажности устойчивого завядания, а в более глубоких слоях имеется достаточное количество влаги для роста корней.

Часто в пахотном слое доступные запасы влаги для растений в отдельные периоды вегетации опускаются до минимальных величин, однако корневая система остается деятельной. Как предполагает О. Г. Грамматикати (1955), верхний ярус корней существует за счет воды, добытой зародышевыми корнями из глубоких слоев почвы путем отсасывания ее из узла кущения. На сохранение жизнедеятельности корней в сухой почве при наличии части корневой системы, обеспеченной влагой, указывает И. Л. Муромцев (1909).

После увлажнения верхнего слоя почвы, видимо, полного восстановления интенсивности поглощения воды и питательных веществ корнями так и не присходит из-за гибели корневых волосков и боковых корней, усиливающегося опробковения корневой системы.

Применение минеральных удобрений увеличивало поглощающую поверхность по всему корнеобитаемому слою. Так, к фазе молочной спелости превышение составило в слое 0—20 см в 2,5 раза, в слое 20—40 — в 2,7 раза, в слое 40— 100 —в 3—1 раза.

Основное влияние метеорологических условий сказывается на формировании активно поглощающей поверхности корней пахотного слоя, так как засушливые условия прерывают, процесс образования узловых корней, которые обычно не выходят за пределы верхнего слоя почвы.

Отношение величины поглощающей поверхности к единице объема отображает влияние внешних условий на рост корневой системы. С фазы всходов до кущения происходит увеличение поглощающей поверхности в единице объема корней, так как в

этот период образуются более тонкие боковые корни. С образованием узловых корней наблюдается уменьшение этого показателя, особенно в опыте с применением удобрений, где вторичных корней значительно больше, чем в контроле. Подобное влияние на соотношение этих величин оказывают неблагоприятные погодные условия.

Соотношение поглощающей поверхности корней и их веса характеризует физиологическую активность корневой системы, которая изменяется от наибольших значений в фазу всходов до наименьших — к концу вегетации. Это связано с опробковением и отмиранием корней в онтогенезе. Снижение удельной активности поглощающей поверхности свидетельствует о неравноценности единицы веса корней в течение вегетации. Кроме того, физиологическая активность корней подпахотных слоев во все фазы развития была выше, чем пахотного. Поэтому, обладая незначительным весом, корни нижних слоев почвы играют большую роль в поглощении воды и питательных веществ во вторую половину вегетации.

Отношение активно поглощающей поверхности корневой системы к площади листьев позволяет понять взаимосвязь двух активных поверхностей растения. Увеличение мощности поглотительной поверхности корней, как отмечено в ряде исследований (Казарян и др., 1966, 1967; Колесников и др.,. 1968), приводит к повышению фотосинтетической активности листьев и увеличению количества хлорофилла.

Результаты наших исследований позволяют считать, что корнеобеспеченность листовой поверхности в течение вегетации различна. С фазы всходов до кущения происходит увеличение этого показателя. Это объясняется более быстрым ростом корней, чем листьев. К началу выхода растений в трубку корнеобеспеченность листьев уменьшается, а с фазы колошения она опять повышается. Подобный ход изменения корнеобеспечеи-ности листьев находится в положительной связи с чистой продуктивностью фотосинтеза. Повышение фотосинтезирующей активности, связанной с увеличением корнеобеспеченности, достигается, видимо, благодаря тому, что листья получают больше корневых метаболитов, принимающих участие в активизации жизнедеятельности фотосинтезирующих клеток (Казарян, 1970).

В опыте с применением удобрений корнеобеспеченность листьев была меньше, чем без удобрений, т. е. при улучшении минерального питания значительно меныиая поверхность корневой системы способна обеспечить фотосинтетическую деятельность единицы площади листьев.

5. Интенсивность поглощения элементов питания корневой системой

Отношение содержания элементов питания в растениях к величине поглощающего потенциала за межфазный период характеризует интенсивность их поглощения корневой системой;

Результаты наших исследований (табл. 4) показали неравномерность поглощения элементов почвенного питания единицей поверхности корней по фазам развития. В период весеннего кущения в среднем за сутки 1 м2 активной поверхности корневой системы поглощалось наибольшее количество питательных веществ. В последующие фазы развития происходило резкое снижение поглотительной способности корней. Видимо, это связано с морфолого-анатомическими особенностями корней и наличием доступных элементов минерального питания в почве. В подтверждение последней свидетельствуют данные по

Таблица 4

Интенсивность поглощения элементов питания корневой системой (мг/м2 сутки)

Фазы развития

Опыт Год весен, кущение начало выхода в трубку колошение молоч-1 ная спелость восковая спелость Средняя за веге-

N

Без удобрений .... Расчетные дозы удобрений ....... 1971 1972 1971 1972 2.29 2,94 4,43 6,25 0,52 0.43 1,93 2,21 0,07 0,04 1,17 0,33 0,13 0,06 0.05 0.27 0.07 0.24 —0.49 —0.62 0,26 0.30 0.55 0,66

Без удобрений

Расчетные дозы удобрений ......

Без удобрений ....

Расчетные дозы удобрений .......

1971

1972

1971

1972

Р*05

0.51 0.64

1.17 1,74

к2о

1971

1972

1971

1972

1,47 1,90

2.64 3,81

0,11 0.10

0.62 0,70

0,73 0.62

1,81 2,00

0,34 0,31

0.50 0,19

0,73 0,65

2,28 1,26

0.07 0.03

—0,02 0,04

0.02 —0,12

—0,48 —0,45

—0,10 0,0

-0,06 —0,10

—0,43 —0,23

—0.47 —0„59

0,13 0,13

0.18 0,20

0,30 0,33

0,63 0,66

Примечав и е. Числа, с минусом, по-видимому, отражают выделение питательных веществ корневой системой во внешнюю среду и вымывание атмосферными осадками.

интенсивности поглощения в опыте с удобрениями, которые были значительно выше, чем в контроле.

К фазе начала выхода в трубку интенсивность поглощения азота, фосфора уменьшалась в опыте без удобрений в 4—6 раз, с удобрениями — в 2—3 раза, а калия соответственно в 2— 3 раза и в 1,5—2,0 раза по сравнению с предыдущей фазой. В последующий период роста продолжалось снижение интенсивности поглощения азота в обоих вариантах, однако в условиях недостаточного минерального питания и водоснабжения оно проявлялось более резко. Поглощение фосфора в контроле увеличивалось, а с применением удобрений — оставалось на уровне предыдущего межфазиого периода или понижалось в более засушливом году. Интенсивность поглощения калия во время выхода растений в трубку и колошения была подвергнута меньшим колебаниям, чем других элементов.

После фазы колошения поглощение азота и фосфора находилось на низком уровне, а калий выделялся из растения в почву.

В наших опытах учитывалось только изменение абсолютного содержания элементов питания в растениях, поэтому выделить отдельно истинное поглощение и выделение не представляется возможным. Так как эти процессы находятся в тесной взаимосвязи, то можно говорить лишь о видимом преобладании того или другого.

Интенсивность выделения минеральных элементов в конце вегетации в опыте с применением удобрений была выше, чем в контроле. Это свидетельствует о том, что в условиях ограниченного минерального питания достигается более рациональное использование поглощаемых веществ. Растения, лишенные притока экзогенных веществ, в некоторых случаях сохраняют имеющийся запас минеральных элементов почти полностью на протяжении довольно продолжительного периода (Степанов и др., 1965).

Средняя интенсивность видимого поглощения за весь период вегетации в опыте с расчетными дозами удобрений по азоту и калию в 2 раза, по фосфору в 1,5 раза была больше, чем в контроле. Это согласуется с выводами других исследователей (Станков и др , 1969), которые отмечали, что с повышением концентрации солен во внешней среде возрастает концентрация их в пасоке.

6. Роль корней различных слоев почвы в поглощении питательных веществ

Потребность растений в элементах минерального питания удовлетворяется как за счет пахотного, так и подпахотного

Слоев почвы. Расчет поглощенных количеств минеральных элементов из этих слоев почвы произведен путем умножения показателей интенсивности поглощения на величину поглощающего потенциала корневой системы каждого 20 см слоя в соответствующий межфазный период.

Участие корней, расположенных в подпахотных слоях почвы, в снабжении растения питательными веществами увеличивается в течение вегетации. Так, если с возобновления весенней вегетации до начала выхода в трубку корневой системой нижележащих слоев поглощалось 10—15% питательных веществ, то в межфазиый период колошение — молочная спелость ею уже усваивалось около 20—35 % от поглощенного количества веществ всей корневой системой за это время.

Наибольшее количество азота из пахотного слоя поглощается к началу выхода растений в трубку в контроле и к фазе колошения в опыте с удобрениями. Количество поглощенного азота из подпахотных слоев достигало максимума в большинстве случаев в период выхода в трубку—колошение.

Максимальное количество фосфора и калия поглощалось из всего корнеобитаемого слоя во время интенсивного роста надземных органов растения.

После фазы молочной спелости отмечалось увеличение абсолютного содержания азота в контроле, а в варианте с удобрениями— уменьшение. Содержание фосфора и калия в этот период в обоих вариантах снижалось, что указывает на преобладание выделения над поглощением. Процесс оттока калия из растений начинается раньше и выделяется его больше, чем других элементов. Это объясняется, видимо, наиболее высокой подвижностью одновалентных катионов.

В опыте с применением удобрений выделяется значительно больше элементов минерального питания, чем без удобрений. Продолжительное, не имеющее патологических последствий, выделение больших количеств органических и минеральных веществ наблюдается только в оптимальных для роста и развития условиях среды (Белима, 1966). А это означает, что чем больше питательных веществ поступает в растение, тем больше их может выделиться обратно.

Общее количество поглощенных элементов питания из пахотного слоя в течение вегетации составило около 80—85% (табл. 5).

Из подпахотных слоев почвы поглощается около 7 кг/га азота, 2,5—1 кг/га фосфора, 5—7,5 кг/га калия в контроле, а в опыте с применением удобрений соответственно около 20 кг/га, 6—7 кг/га, 23—28 кг/га. Основное количество этих элементов усваивается из слоя 20—40 см и совсем незначительная часть — ниже глубины 40 см.

Таблица 5

Количество N. Р2О5, КгО, поглощенных корневой системой из различных слоев почвы за вегетацию {% от максимального потребления)

Слой почвы Без удобрений Расчетные долы удобрений

N I РА 1 КгО N Р2Оз 1 КгО

0—20 80.7 78.5 81.7 86.02 85.50 83.53

81,9 85,2 86,16 82,25 82.22 80,26

20—40 13.9 14.6 13.30 11.36 12.20 14.00

12,5 10.5 10.07 13.61 13 87 15,41

40-60 3 8 5.3 4.Со 2.36 2.20 2.33

4,9 З.У 3.01 3,67 3.55 4.00

60—80 1.5 1.5 0.33 0.23 0,10 0.14

0.6 0,3 0,16 0,40 0.33 0,33

80—100 0.1 0,1 0.02 0.03 0.0 0.0

0,1 0,1 0,0 0,04 0,03 0,0

Примечание. В числителе — 1971 г., в знаменателе— 1972 г.

Абсолютная величина поглощенных веществ из почвы больше в опыте с удобрениями, чем в контроле. Высокая продуктивность корневой системы при применении удобрений обусловлена благодаря формированию огромной активно поглощающей поверхности и повышенной интенсивности поглощения элементов минерального питания.

7. Влияние удобрений на величину урожая

Высокая эффективность минеральных удобрений доказана многочисленными опытами, а также практикой передовых хозяйств. В наших опытах в среднем за 3 года прибавка урожая составила 180% (табл. 6). Существенное влияние на урожайность озимой пшеницы оказывали погодные условия. Неблагоприятный зимний и ранневесенний период 1971 и 1972 гг. резко уменьшили величину урожая зерна.

Увеличение урожайности в опыте с применением удобрений обусловлено за счет развития более мощной корневой системы и повышения интенсивности поглощения элементов питания. Мы попытались определить роль каждого из них в увеличении урожая. Для этого величину поглощающего потенциала корневой системы растений в опыте с применением удобрений за каждый межфазный период умножали на соответствующие показатели интенсивности поглощения элементов минерального питания в опыте без удобрений. Полученные количества раз-

делили на вынос питательных веществ 1 ц зерна и соответствующей величиной побочной продукции. Таким способом расчета получен условный урожай, который мог бы быть в контроле, если бы растения формировали такую же корневую систему, как в варианте с удобрениями. Разница между величиной условного урожая и фактическим характеризует прибавку за счет развития более мощной корневой системы,.на долю которой приходится около 20% общего прироста урожая. Наибольшая часть прибавки урожая в опыте с удобрениями создавалась за счет более активного поглощения элементов питания единицей поглощающей поверхности корней.

Следовательно, применение минеральных удобрений ведет к повышению урожайности озимой пшеницы за счет активизации процессов поглощения и к формированию мощной корне-еой системы, которая способствует лучшей мобилизации элементов минерального питания как пахотного, так и подпахотных слоев почвы.

Таблица 6

Урожаи зерна озимой пшеницы

Год Урожай, ц/га. Прибавка в С, <4

без •удобрений расчетн. дозы удобрений к та а ч о г? за счет мощности корневой системы за счег повышения интенсивности поглощения

ц/г а % ц/га. 1 %

1970 13,7 34,5 21,2 — — — — 2,46

1971 7,8 29,3 21,5 4,1 19,1 17.4 80,9 4,90

1972 10,1 24,0 13,5 2,5 18,0 11.4 82,0 1,46

Среднее 10,5 29,4 18,9 3,3 18.5 14,4 81,5 —

Выводы

1. Максимальных размеров основные показатели (глубина проникновения, количество узловых корней, разЬетвленность, накопление сухого вещества и элементов минерального питания) мощности развития корневой системы озимой пшеницы достигают к фазе молочной спелости.

2. Глубина проникновения зародышевых корней к концу осенней вегетации составляет 40—50 см. В случае благоприятных условий перезимовки они возобновляют рост и проникают за пределы 1,5 м слоя. При глубоком промерзании почвы и

медленном ее оттаивании весной зародышевые корни отмира-„ ют ниже глубины 15—20 см.

Максимальная глубина проникновения узловых корней составляет 80—90 см.

3. Наибольшая интенсивность линейного роста корней отмечена в период выход в трубку — цветение.

4. Основное количество узловых корней образуется к фи.')* начала выхода в трубку. дог.цг

Применение удобрений способствует образованию общего количества узловых корней более чем в 2 раза. 'П/Г

5. Между высотой растений и глубиной проникновения узловых корней, а также между количеством вторичных корней и зерновой продуктивностью существует положительная корреляционная зависимость.

6. Соотношение веса сухого вещества корней и надземной массы уменьшается в течение вегетации и к фазе молочной спелости составляет около 20с/о в опыте без удобрений, 10— 15% —с применением удобрений.

Вес сухого вещества корней в подземной части растения занимает около 70%.

7. В пахотном слое почвы сосредоточивается 65—75% сухого вещества корней, в слое 20—40 см— 15—20%, в слое 40— 60 см — 5— 10%, в слое 60— 100 см — около 5%.

8. Удобренные растения формировали поглощающий потенциал в 1,5—1,9 раза больше, чем контрольные.

9. Отношение поглощающей поверхности корней к их объему, весу, площади листьев изменяется в течение вегетации. В условиях недостаточного минерального питания и водоснабжения эти отношения повышаются.

10. Содержание азота, фосфора," калия в корневой системе наибольшее в начальные фазы развития. К концу вегетации оно уменьшается, но в корнях нижних слоев почвы остается на более высоком уровне, чем в верхних.

11. Наибольшая интенсивность видимого поглощения питательных веществ в начале вегетации снижается до отрицательных величин после фазы цветения. Применяемые удобрения значительно увеличивали интенсивность поглощения.

12. Корневой системой подпахотных слоев почвы на протяжении всей вегетации поглощается 15—20% элементов минерального питания от максимального их потребления.

13. Увеличение урожая в опыте с применением удобрений обусловлено на 80% повышенной интенсивностью поглощения элементов питания и на 20% более мощным развитием корневой системы.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1. Особенности углубления корневой системы озимой пшеницы на дерново-подзолистой почве. Доклады ТСХА, вып. 182,

/1972.

2. Содержание азота, фосфора и калия в корнях озимой Г' •еницы. Известия ТСХА, № 4, 1972 (в соавторстве с И. С. Ша-

вым).

. 3. Роль подземной части растений озимой пшеницы в накоплении органического вещества в почве. Доклады ТСХА, вып. 187, 1972.

Центральна»! л Звёягвтаи i

Шоаиежа л ii :::a сепьсад. вяадсрт:;:. ,г.. д, 1':а:рязава

№

Объем 1 л. л. Заказ 757. Тираж 150

Типография Московской с.-х. академии им. К. А. Тимирязева Москва 125008, Тимирязевская ул., 44