Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Влияние почвенно-физических условий на рост корней полевых культур и приемы усиления их адаптации к повышенной плотности сложения чернозема типичного

ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "Влияние почвенно-физических условий на рост корней полевых культур и приемы усиления их адаптации к повышенной плотности сложения чернозема типичного"

украинская академия аграрных м.ук

украинский науч! ¡0 -исслвдоьательснкй ижлшуг почвощдйнйя и агрохимии га. ал.сскожвскоге

ВЛИЯНИЙ ГЮЧВЗ№Ю~®31ЧЕСг31Х УОЛОИ1Я •Ж РОСТ КОРНЕЙ 1ЮЛЫЗУХ КУЛЬТУР И ПРЛЕМЫ УСИЛЕНИЯ ИХ АДА1ГГА1лИИ К ПОБШЕШШ ШЮТПОСТИ СЛОЕЕКИЯ ЧЕРНОЗЕМА ШИЧГОШ'

Специальность - 06,01.03 - агролочвоведекиэ и агрофизика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственны* нарт

На правах рукописи

УДК. 631.4

Харьков - 1УУ2

Диссертацис;;наь работе, выполнена е Украинском научно-исследовательской институте почисведеаия и агрисимч; им.А.II.Соколовского

Научный руководитель - профессор, доктор биологических наук,

члон-корреспондонт УААЙ В.В.КЕДЗгда

Официальные оппонента - доктор биологических наук

Н .И. Ши -АСЬЕВ /.{иЛгРл. кандидат сельскохозяйственных наук Г.Я.Ч£СШ

Ведущее »ред^итие - Украинский гШ земледелия

Зсццита состоится " Н "_хау2 года

в часов >ге аасгдалик специализированного еопага К 0^0.43.01 при Украинском научно-исследовательском институте почвоьедепия к агрохимии им.А.И.Соколовского по адресу: 3100^4, г. Харьков, ул.Чайковского, "»

С диссертацией мокно ознакомиться в библиотеке института Авторе.) ера а разослан " С^.уиМ1 УЯ32 г.

У че окретарь специализированного Совета

кп-дидат сельскокозяр.ствоннмх наук ••/.,•е.ф.Паьленко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИК РАБОТЫ

Актуальность темы. Наиболее характерная черта современного земледелия на черноземах- возрастающая интенсификация. Высокий ее уровень сопровождается кногиш негативными последствиями, одно из которых- деградация агрофизических свойств. Существенное проявление ухудшения физически* свойств черноземов^ это переуплотнение самого активного корнеобитаемого слоя до критического уровня для развития большинства полевых культур / Медведев, 1988 /.

Переуплотнение почвы приводит к развитию слабой, малопродуктивной корневой системы, характеризуетдейся поверхностным ростом. Последнее усугубляется беэотвалыаши обработками и традиционными способами внесения удобрений* Растения с Короткой корневой системой плохо противостоят экстремальная условиям и особенно засухе /которая нередка в черноземной эоке/. Очевидно, что на почвах с нейЯагопрйятктй агрофизическим; своРстйййй корневая система не йотда? быть вайньм фактором еохраненйя йЛоДородия почв и устойчивости растений.Для проявления этих качеств требуется оптимизация агрофизических свойств Черноземов, которой Должно предшествовать общее окультуривание* Последнее связано с большими затратами энергии, длительно ЪЬ времени и часто Экологически опасно. Это услож-* няется и те«, что практически нет данных о вянвгаш почвенно-физи-ческих услойий черноземов на рост и деятельность корневых систем сельскохозяйственных культур.

Теперь очевидна необходимость в разработке адаптивных приемов, направленных на максимальное приспособление растений я неблагоприятным почвенно-физичеейим условиям я способствуй« рациональному использованию почвенных запасов влаги,тепла и-элементов питания. Представляется< что приемы, стимулирущие рост корней в плохих почвекно-физйчесКих условиях, иогут бьггь дополнителыллет,а в некоторых условиях ( й альтернативнкяи комплексной иелиорахзии

Цель исследований. Целью работы было установить зависимости между количественными и качественными показателями корневых систем сельскохозяйственных культур и почвенно-физическими свойствами черноземов и разработать приемы управления ростом корне? в условиях повышенной плотности сложения почв, способствустцих усилению . адаптации растений.

В задачи исследований входило: выявить зависимость параметров корневой системы от агрофизических свойств чернозема типичного;

изучить влияние уровня обеспеченности почвы питательными элементами и способов их внесения на рост и продуктивность корневых систем; изучить характер распространения и накопление корней полевых культур в корнеобитаемом слое в зависимости от способов обработки почвы; разработать приемы адаптации корней сельскохозяйственных культур к повышенной плотности сложения чернозема типичного;разработать 1 агротребования к техническим средствам для реализации адаптивных приемов усиления роста корней и провести производственные испытания экспериментальных орудий.

Научная новизна. На основе модельных опытов .с прменением метода математического планирования эксперимента получены количественные и качественные показатели корневых систем зерновых колосовых в зависимости от агрофизического состояния черноземов типичных Левобережной Лесостепи Украины, Установлены оптимальные параметры плотности и влажности почвы для развития вы с о ко пр о дукта ных корневых систем. Установлено влияние отдельных макроэлементов на формирование и продуктивность корневых систем по фазам роста в зависимости от глубины внесения удобрений и агрофизических свойств.В полевых опытах установлены характер распространения и накопления корнай некоторых полевых культур в зависимости от способов обработки почвы. Впервые разработаны подходы к управлении ростом и физиологической деятельностью корней и приемы усиления адаптации сельскохозяйственных культур к неблагоприятной плотности сложения чернозема типичного. . . -

Основные защищаемые положения. В зависимости от почвенно-фи-зических условий формируются принципиально разные по количествен ным и качественным показателям корневые системы; неравномерность роста корней в профиле черноземных почв может быть достаточно четким критерием дифференциации корнеобитаемого слоя в первую очередь по плотности сложения и обеспеченности элементами минерального питания; улучшить адаптацию сельскохозяйственных культур к неблагоприятным агрофизическим условиям можно путем регулирования агротехнических и агрофизических Факторов.

Практическая ценность работы. Установленные параметры корневой системы в зависимости от почвенно-Физических условий могут Сыгь использованы для обоснования норм и способов внесения удобрений в разных погодных условиях и выбора способа механической обработки. Предложен новый способ глубокого внутрипочвенного внесения мине-

ральных удобрений. Для его реализации изготовлен эксперименталь-|!ый образец орудия, прошедший производственные испытания с существенный экономическим эФбектом.Использование способа в производстве позволит значительно повысить устойчивость растений при неблагоприятных почвенно-физических условиях и снизить потери урожая.

Апробация работы. Результаты исследований доложены на конференциях в УкрНИИ почвоведения и агрохимии им.А.Н.Соколовсн-,/о /Харьков, 1983; 1984; П85; 1986/; на Всесоюзных научно-технических конференциях по проблемам современной земледельческой механики /Мелитополь, 1989; 1990/. •

Публикации. Результаты опубликованы в 15 научных работах.

Структура и объем диссертации.Работа состоит из введения,6 глав, общих выводов, предложений производству, списка использовьн-ной литературы и приложений. В тексте 30 таблиц, 20 рисунков. Список литературы включает 293 источника, в том числе 30 иностранных.

СОДЕРЖАЩЕ РАБОТЫ

Глава I. Современные представления о значении корневой системы и основные направления ее исследований

Показано, что в метаболизме растительного организма корень , является очень важным органом с многообразными специфическими функциями. Изложены современные представления о роли корней в создании, сохранении и восстановлении плодородия почвы.Рассматриваются основные направления з исследованиях корневой системы. Отмечено, что слабо изучены вопросы взаимодействия корней и почвы, особенно зависимость их роста и продуктивности от агрофизического состояния. В литературе практически нет данных по разработке приемов усиления адаптации корней сельскохозяйственных культур к неблагоприятным агрофизическим параметрам черноземов.

Глава 2. Объекты, агроклиматические условия и методика проведения исследований

Приведена характеристика географического положения, климатических и генетических особенностей объектов исследования.

Работа выполнена в 1981-1990 г.г.на черноземах типичных мощных в экспериментальной базе УШИЛА им.А.Н.Соколовского "Коммунар", "Элитном" хозяйстве УкрЙ-ЖРГиС им.В.Я.Юрьева, учебном хозяйстве ХГАУ им.В.В.Докучаева "Коммунист" Восточной Левобережной лесостепи Украины.

Проведено 3 лабораторных, 4 вегетационных, 3 микрополевнх,!

полевой и I производственный опыты. В основном опыта проведены с применением метода математического планирования эксперимента с последующей обработкой данных на ЭВМ. Для лабораторно-вегетацион-ных и микрОполеььк опытов применили дробные факторные эксперимента с использованием схем Вд.В^ и Нг/ Бокс-3 Фактора, Бокс-4 фактора, Хартли-5 факторов соответственно/. Изучаемые (Ъакторы: плотность сложения з диапазоне 0,У-1,4 г/см3; влажность почвы- 0,51,1 от НВ; дозы Д/РК- 30-180 кг/га; глубина внесения удобрений-0-10; 10-20; 20-30 см; гукат натрия- 12-24 мг на I кг почвы; гете-роауксин- 0,1-0,2 мг на I кг почвы; гипс- 1-2 г на I кг почвы.

Схемы включали от 15 до 26 вариантов, повторность 3-4- кратная. Факторы изучали при 3 уровнях варьирования. В течение вегетации проведены наблюдения за изменением агрофизических показателей почвы по общепринятым методикам /Вадюнина и Корчагина, 1073/ и фенологией возделываемых культур.

Влияние основной обработки на рост корней и урожай изучали в эвене сеьооборота стационарного опыта в "Элитном"/ 1983-1986 г.гj кукуруза на зеленый корк, озимая пшеница, сахарная свекла,горох. Варианты обработки: 1-отвальная вспашка, 2-безотвальная разноглубинная обработка /под озимую пшеницу на 8-10 см; под остальные культурк-глубокая плоскорезная/, 3-глубокая безотвальная обработка /под пшеьицу-на 20-22сы; кукурузу-23-25 см; сахарную свеклу-28-30 см; горох-20-22 см/, 4-меякая безотвальная обработка, 5-комбиниро-ванная обработка /вспашка под сахарную свеклу иа фоне глубокой плоскорезмой обработки под остальные культуры/.

В производственном опыте испытывались варианты; 1-коктроль /без 1добрета/, ¿-внесение ЖКУ в слой 0-7 см, 3-вкесение ЖКУ в слой 25-30 см. 3 полевых опытах исследованы в динамике агрофизические свойства почвы и фенологические показатели культур.

Методы изучения корневой системы. Корневую систему анализировали в вегетационных и микрополевых опытах 2-3 раза за вегетацию, в полевых- в период ее максимального роста. В полевых условиях накопление корней наблюдали послойно в наиболее активной части корнеобитаемого слоя /до глубины 60 см/. Применяли метод отбора корней по Н.З.Стйнкову /1964/,повторность отбора монолита 3 -кратная на каждой делянке. В стационарном опыте /"Элитное"/ использован буровой метод отбора при повторности 6-8. В лабораторных и вегетационных опытах изучали целостную корневую систему. Корки от почвы отделяли путем отмывания на ситах с диаметром от-

верстий 0,25 мм. Для изучения морфологии корневой системы ее выделяли разработанным нами методом /а.с.СССР, № 13735У/.

Достзвфность полученных результатов подтверждена материалами статистической обработки результатов на ЭВМ "Мир" -2, ЕС-1022 и 1ВМ дисперсионным и регрессионным методами.

Глава 3. Рост и продуктивность корней сельскохозяйственных культур в зависимости от почвенно-фиэических условий и минерального питания

3.1. Влияние плотности сложения, пористости и влажности

почвы

Общепризнано, что прямое воздействие на развитие растений плотность сло-^кения оказывает через их корнезуя систему. Однако, четких представлений о том,как влияет плотность на рост корней, в литературе нет. Наиболее.полно изучено взаимодействие в системе "агрофизические свойства-корневые системы" на дерново-подэо-листых почвах / Долгов, Иодина, 196У; Судаков и Стеничкин,1974; Судаков и Петрувенко, 1982/. Данные об оптимальной плотности черноземов малочисленны и относятся к ограниченному набору нуль-тур /Тихонов, 1966; Вербо'з, 1968/. К тому не плотность сложения изменяет оптимальный интервал для роста корней в зависимости от погодных условий,удобрений и других факторов. Как следует из литературы, отклонения плотности от оптимальной ухудшают условия роста корней, особенно при переуплотнении. Повышенная плотность существенно ограничивает массу корней, скорость их роста, рост корней в глубину, изменяет их морфологию.

Меньше исследован вопрос о влиянии излишне рыхлой почвы. Такая плотность имеет свои отрицательные последствия дл^ функционирования корней: снижается концентрация питательных веществ в единице объема почвы, сужается диапазон активной влаги, усиливаются потери влаги на физическое испарение. Имеются данные, которые свидетельствуют о том, что избыточная рыхлость почвы приводит к снижению урожая /Назаренко, 1970; Мухортов, 1982; Афанасьев, 1983/.

Плотность сложения как фактор роста корней нами изучалась в вегетационных и микрополевых условиях.Вегетационный опыт I проведен по схеме В3, факторы: Х|- плотность почвы; Х2- влажность почвы; Х3- доза А/РК. Данные показывают, что наиболее существенное влияние оказывает плотность на рост корней в начальные фазы развития. В период всходы-цветение отчетливо выражено негативное

б

действие рыхлой почвы. Минимальная масса корней получена при сочетании факторов: Х1=0,95-1,05 г/см3; Х2=0,6-0,8 от НВ; Х3=30 кг/га. Отрицательное воздействие повышенной плотности отмечается с фазы цветения и усиливается к периоду созревания овса. Наиболее неблагоприятно сочетание повышенной плотности и переувлажнения. Масса корней в этих условиях снижается на 44 % /рисЛ,а/.

В зависимости от плотности существенно изменяется такой показатель корневой системы, как доля корней в биологическом урожае. В рыхлой почве этот показатель больше во все фазй роста и составляет 48-50, 35-38 и 23-28 % соответственно в фазах трубко-вания, цветения и полной спелости. В плотной почве доля корней 35-38, 17-29 и 15-17 % соответственно тем же фазам роста овса.

Коэффициенты корреляции между массой корней и урожаем в рыхлой почве—0,67; 0,31 и 0,46 соответственно для трубкования, цветения и полной спелости. Они свидетельствуют об отсутствии положительной связи в начале и слабой положительной в конце вегетации. В умеренно плотной почве наблюдается четкая корреляция меж-* ду массой корней и урожаем /15=0,67; 0,85 и 0,87/. Как видно, эта зависимость усиливается по мере развития овса. Отклонение плотное* ти сложения от оптимума в сторону уменьшения оказывает отрицательное влияние не столько на рост корней, сколько на их продуктивность. Отрицательное же влияние переуплотнения в большей мере связано с ограничением роста корней, особенно в условиях экстремальной влажности.

Угнетение роста корней в этих условиях обусловлено не столько переуплотнением, сколько другими факторами, которые неизбежно ему сопутствуют. Уплотненная, но хорошо увлажненная почва не представляет существенной преграда для роста корней. Одним из ограничивающих Факторов при переуплотнении является ухудшение газового режима почвы. Данные общей пористости и пористости аэрации свидетельствуют, что чернозем типичный, уплотненный даже до верхнего оптимального уровня, имеет упомянутые показатели, близкие к критическим для роста корней. Это может привести к угнетению продуктивности корней за счет образующегося при этом избытка углекислоты / Станков, 1964; Sm.aci.ifc ,1989/.

Микрополевой опыт I проведен с целью проверки результатов вегетационного опыта применительно к полевым условиям. Факторы: Хр плотность сложения; Х2~ доза Д/РК; Х3- глубина внесения А/?К.

Х2> Долк 0,г

0,9 1,15 1,4,г/емЗ 0,9 1,15 1,4,г/см3 Масса корней, г/сосуд Б. Масса корней /У/,г/сосуд

У У

15

0,9 1,15 1,4,г/смэ 0,9 1,15 1,4,г/см3 Продуктивность корней А/ Г' Мгсса зеРна /у/.^осуд /УРК, кг/га

120

влажность почвы 0,6 от НВ влажность почвы 0,8 от НВ влажность почвы 1,0 от НВ

0,9 1,15 1,4,г/см3 Д. Масса корней, г/сосуд

йс.1 Развитие корней и урожай зерна овса в зависимости от комплекса факторов в вегетационном опыте I

Данные математической обработки / И=0,67-0,81/ показывают, что результаты согласуются с исследованиями, проведенными в вегетационных условиях. Наблюдалось неблагоприятное влияние излишне рыхлой почвы на рост корней и развитие растений: корневая система отличалась большой массой с низкой продуктивностью, всходы задерживались на 2-3 дня, растения отставали в росте. Повышенная плотность оказала не столь существенное отрицательное влияние. Корневая система при этом характеризовалась небольшой массой в пахот ном слое и достаточно высокой продуктивностью. Явным негативным следствием переуплотнения почвы / 1,3-1,4 г/см3/ является неравнс мерность распространения корней ячменя в пахотном слое. Оптимальное сочетание факторов для получения максимального урожая было таким: плотность почвы-1,15-1,27 г/см3; /УРК- 90 кг/га; глубина внесения минеральных удобрений- 25-30 см.

Из результатов опытов следует, что продуктивность корней-важный фактор формирования урожая. Для выяснения причин усиления физиологической деятельности корней при повышенном уплотнении почвы проведены исследования морфологических показателей корневой системы в зависимости от плотности сложения чернозема типичного. Исследования показали, что в рыхлой почве корневая система ячменя характеризуется большой массой и объемом, преобладанием толстых фракций корней /таблД/. В переуплотненной почве до уровня 1,5 г/см3 отмечены нй&видность, слабая разветвленность корней,

Таблица I

Морфология и продуктюность корней ячменя в зависимости от плотности Словения чернозема типичного

Плотность ! Масса ! Объем !Средний!Надземная!Коэффи

почвы, г/ск3 ! корней, !г/сосуд ! корней, !см3/сосуд ! диаметр,! ! мы ! масса, г/сосуд )циект ¡продуй 'тивнос

0,9 0,62 12,8 0,26 1,81 2,6

1,1 С,52 . ид 0,28 2,28 4,4

1,3 0,31 6,4 0,15 1,70 5,5

1,5 0,29 6,1 0,12 1,39 4,8

«СР05 0,15 2,6 0,11 0,35 0,96

небольсие размеры. Указанные различия в морфологии корней усили-

вались по мере развития ячменя.

Продуктивность корней & немалой степени связана с юс морфо-эгией. По мере уплотнения почвы /до оптимального уровня/ продук-*вность корней возрастает. Это подтверждает результаты, получение нами во всех опытах, и является общей закономерностью для изу-энных культур. А.Барбер /1988/ обьясняет это преобладанием в плот-эй почве тонких фракций корней, физиологическая деятельность кото-и выше, чем толстых фракций. Кроме того, по нашему мнению, потение продуктивности корней в умеренно плотной почве- одно из продлений адаптации растений: компенсация небольших размеров корней ¡илением их продуктивности... •

Влияние влажности почвы как одного из основных факторов роста ¡рней я их продуктивности изучено недостаточно.

Нами в вегетационном опыте I установлено, что дефицит влаги начальный период роста овса сильнее ограничивает формирование доемной часта я меньше- рост корней, существенно снижая их продук-:вность. На недостаток йяаги овес реагирует устетш ростом кор-Й, но корреляция иэзэду урожаем я иассоЯ корней отсутствует, осо-нно заметно это в рыхлой яочге. Оптимальное сочетание факторов ■я роста корней в фазе трубковакие следующее: Xj-1,25-1,35 г/см3; вжность 0,6 от НВ; доза /VPK- 30 кг/га. Для получения 1ШЖШЬ~, го уролсая оптимум находился при плотности сложения 1,30-1,35 г/см3; ажности 1,0 от НВ; дозе /VPK-I20 кг/га. Максимальная продуктивен корней отмечена при таком сочетании факторов: Xj-I,30-1,35 см3; Xg-0,9-1,0 от НВ; Х3- 120 кг/га. Из приведенных данных вид, что в начальный период .вегетации дефицит влаги значительно ска-вается на формировании надземных органов и продуктивности корней, сдерживая их роста.

В период интенсивного роста корней /фаза цветения/ дефицит вла-угнетает их рост и приводит к отмиранию наиболее деятельной их сти, в корневой системе преобладают фракции толстых кррней.Про-ктивность и урожай снижаются"на 81,5 % по сравнению с аналогичнн-показателями при оптимальных условиях.В плотной почве недостаток аги меньше ограничивает рост корней, мало меняет их морфологию, снижает продуктивность корней и урожай на 30 %.

В период цветение-полная спелость отрицательное влияние устой-вого дефицита влаги еще заметнее, особенно в рыхлой почве, где рней меньше в 2 раза, значительно снижаются продуктивность кор-й и урожай овса / рис.1, б,в,г/.

Повышенная влажность почвы / 1,1 от НВ/с-шулирует рост кор-

ней в широком интервале плотности сложения до фазы цветения,при оптимальном уплотнении способствует повышению продуктивности корней.

В период цветение-полная спелость избыток влаги угнетает продуктивность корней, наиболее это выражено при повышенной пло ности почвы. Переувлажнение-снижает основные физиологические функции корней /Белецкая, 1979; Петинов, 1980/. По нашим данным при плотности сложения 1,30-1,35 г/смэ минимальное содержание -воздуха в почве наблюдается уже при влажности, равной наименьше влагоемкости. Интенсивность .выделения С0£ из почвы снижается в 1 раза. Поскольку основная часть углекислоты, выделяемой из почвы-продукт жизнедеятельности корней /Шилова, 1987/, то по этому показателю также можно судить о том, что указанные экстремальные условия неблагоприятны для продуктивности корней.

Заметим, что изученный интервал влажности /0,6-1,1 НВ/ не оказал достоверного влияния на такой параметр корневой системы, как доля корней в биологическом урожае овса.

Влажность почвы изменяет морфологию корней. Об этом свидетельствуют наши данные о соотношении фракций толстых и тонких корней у кукурузы, озимой пшеницы, сахарной свеклы и гороха, выращенных в разных гидротермических условиях. В период интенсивного роста в условиях засушливого вегетационного периода, растения, адаптируясь к почвенной засухе, развивают сеть тонких корней за пределами пахотного слоя. В пахотном с юе преобладают фракции толстых корней /> 0,5 мм/.

3.2. Влияние минеральных удобрений и способов их внесения в зависимости от плотности сложения и влажности почвы на рост и продуктивность корней

В вегетационном опыте I установлено, что повышенный уровень минерального питания /И/РК-120 кг/га/ оказывает положительное влияние на рост корней в условиях дефицита влаги в умеренно плотной почве. В отношении надземной массы это установлено для зерновых ранее /Литвиненко, 1979; Медведев, 1988/. Масса корней при этом увеличивается на 85 надземная масса- на 60%. Эффектов ность удобрений в указанной дозе существенно ниже в рыхлой почв? Эффективность повышенной дозы И/РК в условиях засухи отмечается только до фазы цветения, потом наступает угнетение роста корней и их продуктивности, в большей мере- в рыхлой почве.

При достаточном увлажнении к середине вегетации усиливается юложительное воздействие максимальной дозы на рост корней и их фодуктивность в умеренно плотной почве. В результате опыта установлен оптимальный интервал плотности сложения для формирова -шя максимального урожая- 1,15-1,30 г/см3 при влажности 0,9-:,0 ИВ. В таких условиях максимальная эффективность удобрений »тмечена в дозе 120 кг/га /рисЛ, д/.

Данные ыикрополевого опыта Гподтвердцаэт закономерности, остановленные в вегетационных условиях при достаточном увлажне-mи /1983 год отличался стабильным увлажнением/. Отмечена ыак-ашальная эффективность . /VPК в дозе 90 кг/га в умеренно плотной гочве. Удобрения способствую? снижению доли корней в биологически« урожае, повышению их продуктивности и урожая ячменя.

Кроме того, в опыте установлено, что существенным условием юста я распространения корней в пахотном слое является глубина (несения /VPK. Заделка удобрений в верхнюз часть Пахотного слоя ¡риводиг к поверхностному развитии корней. В слое почвн 0-10 см юходится около 80 корней от та массы в пахотном сяос» Гяубо-;ое разместила максимальной дозы /УРК способствует росту корней t глубину к равномерной коркепроницаемости пахотного слоя.Сни-зется отрицательное действие жгонаенной плотности как ритора, )гратгтЕ&щего рост перкей, в подпахотной слой проникает в 1,4-:,5 раза больна корней, чзм пря излкой гадеяке удобрений. Низке дозы полного минерального питания /30-60 кг/га/ более эффзк-■явин при внесении is: а слой 10-15 си. Установлено, что равно-гарный рост коркей сопровождается повкшеняем их продуктивности ! урожая ячменя.

Кроме того, равномерная корневая сястека отчетливо содэйст-¡ует разуплотнению почвы.

Отдельные элементы минерального питания изучали в вегетационных опытах. В вегетационном опыте 2 / схема В4 / исследо-¡ано действие азота, фосфора и калия в зависимости от плотности ¡ложения при оптимальной влажности.Наибольшее стямулирупцее действие на роот корней и их продуктивность оказывает азот.Специфика действия азота в том, что он способствует форьетрованню небольшой / относительно биологического урожая растения/ корне-юЯ системы с высокой продуктивнос&ю в широком интервале уплотненна. Эффективность азота выше в умеренно плотной почве, где

отмечается усиление физиологической деятельности корней в 2,5-3 раза по сравнению с аналогичным показателем в рыхлой почве.

Фосфор оказывает прямое положительное воздействие на рост корней, особенно в первую половину вегетации, существенно не меняя их продуктивности. Урожай при этом находится в тесной зависимости от массы корней. В большей мере проявляется эта связь в уме-» репно плотной почве. Во второй половине вегетации возрастает положительное действие фосфора на продуктивность корней и урожай овса.

Четкой зависимости роста корней и урожая от использования калия мы не установили. В первую половину вегетации отмечали угнетение продуктивности корней и снижение урожая в сравнении с неудобренными вариантами, рост корней калий ограничивал мало. Внесение калия совместно с азотом и фосфором повышает эффективность последних в плотной почве. В период цветение-полная спелость калий симулировал рост корней в плотной почве / 1,3-1,4 г/см3/, ко достоверного его влияния на урожай зерна не устбновлено..

Наиболее оптимальной по размерам и продуктивности корневая система формируется при полном минеральном питании. В результате математической обработки данных установлено оптимальное сочетание факторов для максимального урожая; плотность сложения- 1,181.35 г/см3; азот- 130-180 кг/га; Фосфор-160-180 кг/га; калий-90-140 кг/га. ,

В вегетационном опыте 3 изучены азот и фосфор / на калийном. Фоне и оптимальной плотности/в зависимости от влажности / схема Вд/, Математическая обработка данных / 0,67-0,91/ свидетельствует о том, что самые неблагоприятные условия для роста корней были при влажности почвы, равной 0,5 от НВ и внесении максимально й дозы азота /180 кг/га/. Во вторую половину вегетации отрицательное действие азота в дозах свыше 60 кг/га усиливается при недостатке влаги. Угнетается рост корней, масса их меньше на.47-50!? в сравнении с - неудобренными вариантами и более, чем в 2 раза с • теми, где внесен фос*юр. ría фоне оптимального увлажнения действие азота на poor и продуктивность корней подчинялось зависимостям, установленным в вегетационном опыте 2.

В условиях недостатка влаги Босфор оказывал положительное влияние в течение всей вегетации. Доза фосгЬора в таких условиях должна превышать дозу азотных удобрений в 1,5-2 раза. Фосфор усиливает рост корней и их продуктивность в широком интервале влаж-

эсти /0,55-1,0 НВ/. Для проявления положительного действия азо-1 этот интервал значительно уже /0,83-1,0 НВ/. Из результатов те дует, что обеспечение растений повышенным фосфорным питанием зпособствует усилению адаптации корней ячменя к длительной поч-5Кной засухе.

Влияние глубины внесения в пахотный слой отдельных элемен-№ питания обсуждено в главе 5.

Глава 4. Распределение корневых систем в почвенном профиле и их продуктивность в зависимости от обработки почвы

Изучены параметры корневой системы у некоторых полевых куль-ф в зависимости от способов основной обработки почвы. Установ-зно, что бессменные безотвальные обработки в течение 2-4 лет зиводят к формированию плотной прослойки, прилегающей к верхнему >тхлому слов. Равновесная плотность сложения в ней в отдельные >да достигала критического уровня для роста корней /1,33.39 г/см3/.

На дифференциация Пахотного слоя по плотности сложения реа-фуют все изученные культуры. Кукуруза меньше остальных культур ■рицательно отзывается на плоскорезну» обработку. Накопление кор-¡й е слое почвы 0-60 см от способов обработки изменялось мало. » безотвальная обработка/особенно мелкая/ вызывает перер^преде->ние корней по слоям почвы. Основная их часть сосредотачивается слое 0-20 см. Дифференциация корней кукурузы установлена толь-пахотном слое, в подпахотном- распределение корней от способа ¡работки почвы не зависело.' При безотвальных обработках есть ¡нденция '/ снижении продуктивности корней я урожая кукурузы.

На параметры корневой системы озимой пшеницы и урожай зерна благоприятных погодных условиях способы обработки влияния не :азали. Но в условиях острой засухи / 1984 г./ масса корней на .риантах с использованием плоскореза существенно снижалась /на 5-8,? ц/га при НС?о5=3,5 ц/га/. У озимой пшеницы особенно чет-► выражена дифференциация корней в пахотном слое. В слое 0-20 см годится до 84 % корней от их массы в слое 0-60 см.

Корневая система сахарног свеклы на применение плоскореза агирует достоверным снижением массы корней в слое почвы 0-60 см. :оскорезная обработка значительно ограничивает рост корней в :убину: в подпахотные слои корней проникает в 2,5 и 3-3,5 раза

меньше соответственно при глубокой и мелкой обработках, чем при вспашке. Продуктивность корней и урожай сахарной свеклы при безотвальных обработках существенно снижаются. Надо отметить, что в варианте с комбинированной обработкой получены данные, свидетельствующие о том, что корневая система имела параметры, близкие к аналогичным в вариантах с плоскорезом. Очевидно, что комбинированная система обработки /пахота под свеклу в звене севооборота/, не снимает отрицательных последствий предшествующей плоскорезной обработки. Об этом же свидетельствуют данные микробиологических исследований в этом опыте /Буденный и др.,1988/.

Горох отличается от остальных культур тем, что его корневая система характеризуется очень равномерным ростои в пахотном я подпахотном слоях при отвальной обработке. Это установлено во все года наблюдений. Предполагаем!, что корневая система гороха значительно меньше /относительно других рассмотренных культур/ реагирует на дифференциация тачвешьж слоев по агрохимическим и биологическим фактораи плодородия. -

0 Применение плоскореза резко стимулирует поверхностное разви тие корней. В пахотном слов их яри этом в 2-2,5 раза больше,, чем при обработке плугом. Корневая систека на варианте с коыётщю-ванной обработкой развивалась таге ззз, как на варианте со вспаз-кой. Это говорит о тол, что повышенная плотность сложения при обработке плоскорезом дня корней гороха является суцественнны ог рашгеиваацим факторен роста в глубину.

Глава 5. Подхода к управлении ростов корней в найлагоприятн агрофизических условиях 5.1. Агрохиккчзские к агротехнические правка усиления роста корте й в плотной почзе

Растения благодаря пластичности корнай обладают огромщзз вдаптивнш поте1£Циаяш!, способны« реализоваться даас в неблагоприятных условиях. Тем не юнее вследствие интенсифккадии земле далия, гджены которого направлены ка рзагизапгш потенциальной ш: дуктивности растений без учета их экологической устойчивости,аде птация полевых культур значительно енззеиа /Трапезников, 1963/. Учитывая соареиешое состояние оаологкк почв и ояруяащей среда, интенсивные призмы зездяедаляя дояеш сочетаться с адаптивными эяеиентаки.

Представляется, что прием;, уешавзвдве рост корней в

неблагоприятных почвенно-физическшс условиях, мзгут занять определенное место в оптимизации норнеобитаемого слоя почвы.

Известны работы, преследующие цель усилить рост корней в глубину /Станков, 1955; Мосолова, 1956; Александров, 1978; Демин, 1961; Сулейманов и др.,1987/. Подобные исследования на черноземах не проводились. Актуальность их несомненна, если учесть, что в обрабатываемых черноземах снижается мощность корнеобитаемо--го слоя, поверхностные обработки и традиционные способы внесения минеральных удобрений способствуют горизонтальному развитию корней.

Наш в целях оптимизации роста корней при переуплотнении черноземов изучены следующие факторы: виды минерального питания,1 глубина внесения удобрений, кальцийсодержащие вещества и стимуляторы роста растений.

В микрополевых опытах создавали модели пахотного слоя, соответствующие аналогичным при разных обработках /вспашка, безотвальные обработки/. Установлено, что внесение азотных удобрений в уплотненную часть пахотного слоя снижает отрицательное влияние повышенной плотности на рост корней в глубину, в значительной мере устраняет дифференциацию их: в'слоях почвы. В нормальных по увлажнению условиях /1983 г./ глубокое локальное размещение азота способствовало активизации физиологической деятельности корней и повышению.урожая ячменя на 4,9-7,4 ц/га в сравнении с поверхностным внесением /рис. 2,а/.

В условиях засушливого вегетационного периода /1984 г."/ положительное влияние на рост корней в глубину и урожай ячменя оказали фосфорные удобрения при размещении их в слое 15-30 cri/piicV 2,6/.

Азотные удобрения в этих условиях оказали явно отрицательное влияние на параметры корневой системы и урожай. Отрицательное влияние азота скитается при локальном внесении его в слой 20-30 см /в дозе не более 30 кг/га/.

Достоверного влияния калия на рост корней и урожай в опыте не установлено. Отрицательного влияния он при раздельном внесении" не оказывает, при совместном - усугубляет негативное воздействие азота. Но в условиях длительной засухи кагчй подает эффективность фосфора /Ниловская, 1990/ и, как показывай* наши данные,-, его целесообразно вносить в слой 20-30 см.

см X'

90 180,кг/га 1983 г.

10 20 30, см 1984г.

Рис.2 Мзоквантн зависимости урожая зерна ячменя от глубины внесения /Хд/ минеральных удобрений. Зона максимального урожая заштрихована

У, масса зерна,г/сосуд

0,1

•4

0,2, мг

б

Х^,г/кг почвы

0,6

0,8

•I

1,0 от НВ

Рис.3 Влияние гетероауксуиа /Х4/ и гипса /Хд/

в зависимости от влажноси почвы А{/ на урожай зерна овса. Зона максимального урожая заштрихована

2

I

О

Наблюдения за агрофизическим состоянием почв в течение вегетации показали, что глубокое локальное внесение минеральных удобрений усиливает фитомелиоративное воздействие корневой системы ячменя на разуплотнение почвы.

Для глубокого локального внесения минеральных удобренгй изготовлен экспериментальный рабочий орган по нашим агротребовани-ям. Производственные испытания проведены в 1966-1990 г.г. в хозяйствах Харьковской области при возделывании кукурузы. Вносили удобрения в жидкой форме /КУ/. Наиболее эффективна локализация ЖУ в слое 25-30 см /табл..2/. Орудие, с помощью которого произ-

Таблица 2

Урожайность кукурузы в зависимости от способов внесения минеральных удобрений, ц/га

Глубина внесения

Годы исследований

удобрений, см ; 1986 ! 1987 ! 1988 1989 1990

Контроль/без удобрений/ 210 381 536 320 -

0-7 220 402 520 570 460

25 - 30 240 532 590 680 565

НСР0£ 25,6 32,В 27,1 24,7 29,3

водится глубокая заделка ЖНУ, представляет собой криволинейный нож с небольшой площадью поперечного сечения, не оказывающий существенного влияния на плотность сложения подсеменного слоя почвы.

5.2. Применение кальцийсодержащих и физиологически активных веществ для стимуляции роста корней

Работ по усилению адаптации растений к экстремальным агрофизическим параметрам с использованием стимуляторов роста и кальция в отечественной литературе нет. За рубежом положительное влияние кальцийсодержащих веществ на рост корней в плотной лочЕе установлено в полевых опытах ^1985; 1986/.

Hai.ni изучены гумат натрия, гетэроауксин и гипс в качестве стимуляторов роста корней при переуплотнении чернозема типичного.

В лабораторном опыте /схема Вд/ установлено прямое положительное действие гуиата натрия на рост корней в дозе 12-24 мг на I кг почвы. Стимулятор роста снижает отрицательное влияние на рост корней экстремальных условий плотности сложения и влажности

почвы. Максимальная эффективность гуминовых удобрений отмечена в наиболее неблагоприятных условиях: сочетание излишне рыхлой либо уплотненной почвы с дефицитом влаги. При использовании гу-мата натрия продуктивность корней повышается в 1,5 - 2,5 раза. В оптимальных агрофизических условиях эффективность стимулятора роста снижается, что отражено также в работах Л.А.Христевой /1957, 1У73/.

Гетероауксин изучали в вегетационном опыте /схема В^/.Почва на вариантах была уплотнена до одного уровня /1,35-1,40 г/см3/. Кроме гетероауксина исследовали факторы: влажность почвы, гипс и фосфор. Применение гетероауксина эффективно в дозе 0,1 мг на кг почвы в интервале влажности 0,6-0,8 НВ. Его использование позволяет получить прибавку урожая овса на 120-80% соответственно при дефиците влаги и достаточном увлажнении /рис. 3,а/. Кроме самостоятельного положительного действия гетероауксин при совместном внесении повышает эффективность фосфора и гипса.

Для изучения кальция как стимулятора роста корней в почву вкэсили гипс. Его внесение /доза 1-2 г на I кг почвы/ оказывает положительное влияние на параметры оптимизации/массу корней, их продуктивность, урожайность овса, биологическую активность почвы/. Эффективность гипса выше в условиях достаточного увлажнения /рис. 3,6/. Несмотря на большую зависимость эффективности гипса от влажности, считаем, что использовать его на черноземах нужно,особенно при их переуплотнении. Исследованиями В.В.Медведева /1У88/ доказано, что гипс способен улучшить агрофизические параметры чернозема. Кроме того,известно, что ион кальция важный стимулятор роста и физиологической деятельности корней /Барбер, 1966/,

Глава 6. Экономическая эффективность способа глубокого

локального внесения жидких минеральных удобрений и орудия для его реализации

Разработанный способ внесения жидких минеральных удобрений локально б плотные слои корьеобитаемого профиля /25-30 см/ обеспечивает существенные прибавки урожая кукурузы с экономическим эффектом ь благоприятные годы- 53 руб/га; в годы с нестабильным увлажнение:.;- 72-ъб руб/га в сравнении с традиционными способами внесения у.кнералы-ьэс удобрений.

общ вывода

1. Рост и функционирование корней сельскохозяйственных

ль тур в занчительной мере определяются агрофизическим состояни-: чернозема типичного. Решащим фактором роста и распростраке-я корневых систем в кориеобитаемом слое является плотность сло-ния.

2. Существенное влияние оказывает плотность сложения на па-метры корневых систем в начальный период развития растений, клонение плотности сложения от оптимального.уровня в сторону еньшения либо увеличения приводит к негативным изменениям в роении корневой системы и ее продуктивности.

3. Наиболее неблагоприятна в этот период излишне рыхлая этиость /0,9-1,05 г/см3/ в сочетании с дефицитом влаги. В та-{■ условиях корневая система составляет большую долю в биоло-1еском урожае растения, характеризуется низкой продуктивностью зтсутствием положительной корреляции с урожаем.

4. Повышенная плотность сложения /1,35-1,40 г/см3/ оказывает ^ественное отрицательное влияние на рост корней во второй погоне вегетации в экстремальных условиях влажности. При избыт-влаги отрицательное влияние повышенной плотности обусловлено геическими параметрами общей пористости и пористости аэрации.

5. Наиболее существенным следствием отрицательного воздейст-I переуплотнения пахотного слоя или каличия в нем уплотненных •слоек /при безотвальных обработках/ является ограничение рос-корней в глубину и поверхностное распространение корней по-

ых культур.

6. Продуктивность корневых систем- важный фактор Формирова--урожая- определяется их морфологией. В рыхлой почве корневая-

тема характеризуется большими размерами, преобладанием толс-фракций /у5 мм/ и низкой продуктивностью. При повышенной тности - небольшими размерами, преобладанием тонких фракций; 5ш /и достаточно высокой продуктивностью.

?. Влажность почвы- важное условие формирования высокопро-■ гивной корневой системы и урожая. До фазы цветения влажность " зученном интервале /0,5-1,0 от НВ/ не оказывает существенно--злияния на рост и накопление корней.Дефк ;ит влаги /0,эт0,6.от в начальные фазы роста отрицательно влияет на продуктивность гей и урожай надемной массы. Повышенная влажность почвы /0,9э-

1,0 от НВ/ до фазы цветения стимулирует продуктивность корней и рост надземной массы в широком интервале плотности сложения.

Отрицательное влияние дефицита влаги значительно усиливается во второй половине вегетации. Недостаток влаги угнетает рост корней и их продуктивность. Наиболее это заметно при плотности сложения ниже оптимальной. В этот период проявляется отрицательное влияние на параметры корневой системы повышенной влажности. Избыток влаги особенно неблагоприятен при плотности сложения вше оптимальной.

8. В результате ::одолъних опытов установлены оптимальные интервалы уплотнения почвы: для засушливых условий- 1,18-1,27; при оптимальной влажности- 1,15-1,35 г/см3. В таких условиях на ¡боне /1/РК- 120 кг/га корневая система зерновых обеспечивает максимальный урожай.

У. Раздельное внесение элементов минерального питания позволило установить, что азот / 90-180 кг/га / является сильным стимулятором роста и Физиологической деятельности корней в условиях оптимальной влажности. При дефиците влаги азот в дозах свыше 45 кг/га оказал отрицательное влияние на рост и продуктивность корней. Эффективность его выше в умеренно уплотненной почве.

Фосфор оказывает прямое положительное воздействие на рост корней в широком интервале влажности /0,5-1,0 от НВ/. Эффективность (ЬосФора усиливается во вторую половину вегетации.

Достоверного влияния калия при раздельном внесении на показатели корневой системы и урожай зерновых не установлено. Оптимальной по размерам и продуктивности корневая система формируется при полном минеральном питании.

10. Существенным условием проявления эффективности минеральных удобрений является глубина их внесения в пахотный слой. Глубокое внесение / в слой 15-30 см/ снижает отрицательное влияние повышенной плотности на рост корней в глубину и повышает продуктивность растений в условиях засухи.

11. Усилить адаптацию растений к неблагоприятным агройизкчв' ким параметрам чернозема типичного можно, воздействуя на их корневые системы агрохимическими и агротехническими приемами. Глубо кое внутрипочвенное внесение минеральных удобрений способствует равномерному освоению к ори. ям к корнеобитаемого слоя и повышает урожай лолевэт культур: зерновых на 6-7 ц/га, кукурузы- на IC5 -НО ц/га.

12. Отрицательное действие повышенной плотности сложения а рост и продуктивность корневых систем снижается при использо-онии физиологически активных веществ и гипса. Максимальная эТ>-ективность стимуляторов роста установлена при влажности почвы диапазоне 0,6-0,7 от НВ.

ПРКДДОЖЕШЯ ПРОИЗВОДСТВУ

1. В целях усиления адаптации растений, возделываемых на очвах с неблагоприятным! агрофизическими свойствами рекоменду-тся комплекс агротехнических и агрохимических приемов.направлен-ых на улучшение роста корней в глубину, что позволяет растениям ффективнее использовать почвенные запасы влаги и питательных еществ.

2. На почвах с дифференцированным по плотпости сложения па-отным слоем /при безотвальных обработках/ рекомендуется внесение инеральных удобрений на глубину уплотненной прослойки /10-15 см ля зерновых и 25-30 см для кукурузы/.

3. В целях повышения экологической устойчивости сельскохо-яйствешпых растений и усиления адаптивного потенциала их корне-ых систем рекомендуется совместное внесение минеральных удобре-ий и стимуляторов роста з микродозах.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ даССЕРТЛЩИ

1. Влияние плотности сложения почвы и минеральных удобрений а продуктивность корьевой системы злаковых//Тез.докл..:-с-й респ. онф.молодых ученых.-Харьков,1985.- C.I59.

2. Рабочий орган для внутрипочвенного внесения жидких минера-ьных удобрений //Механизация работ в полеводстве.- Москва,1936.-.50-54 /в соавт./

3. Распределение и продуктивность корневой системы полевых ультур в зависимости от обработки почвы и удобрений// Тез.докл. есп.науч.конф. Харьков, 1986,- С. 188-189.

4. Способ выделения корней из почвы А.с.СССР,№ 1373359 /в соав/

5. Рабочий орган для внесения жидких удобрений в почву// Таз. .окл.науч.конф. 26-28 мая 1988г. ,Глеваха, 1У88.- С.23 /в соавт./

6. Обоснование параметров выходной щели ножа для внутрипоч-■екного внесения жидких удобрений// Тез.докл.Всес.научи.-техн. :онф. по современным проблемам механики, 1989, Мелитополь.-С.¿7.

7. Корневая система как критерий почвенно-агрофизических ус ловий произрастания сельскохозяйственных, культур //Тез.докл.У11 съезда почвоведов, 1984, кн.1, Новосибирск, 1У8У.- C.IU7.

6. Об использовании лигносульбонатов для выделения корней и почвы // Почвоведение, 1УЭ0.- Е-.- C.II4-II8 /в соавт./.

У. Рабочий орган для предпосевного внесения жидких удобрени Инф.листок, 1У90, Г'Юб-УО.- Харьков.- 4 с./в соавт./.

10. Подходы к управлению ростом корней сельскохозяйственных культур в неблагоприятных агрофизических условиях // Тез.докл. 111 съезда почвоведов и агрохимиков Украины, II—14 сентября 1У~ Харьков, 1УУО.- С.106-108 /в соавт./.

11. Рабочий орган для внесения жидких минеральных удобрений почву. Проспект.- Харьков: ВПО "Союзреклама", 1У90.- 4 с./в сс

12. Use vi ¡¿ync'+u ipsu-iitzb sepaxat^- i-vc>is

2 ичп Utivu seih // Svriei U>i£ Si-in vs.-№'o. -/¿y

'tif-4H/ 6 ciber.l-

13. Агротехнические приемы, стимулирующие рост корней полевь культур // Почвенно-экологические условия выращивания сельское зяйственных культур.- К.:Уронай, 19У1.- C.I28-I44.

14. Регулирование роста корневых систем полевых культур при неблагоприятных физических свойствах почв //Почвоведение, 1991 дь I.- С. 48-57.

15. Стимулявання росту коренib польових культур у щйьному rpyHTi // ArpoxiMifl i грунтознавство, 1УУ2.- вип. 55.-