Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

ВЛИЯНИЕ ВНЕШНИХ УСЛОВИЙ И ПРИЕМОВ АГРОТЕХНИКИ НА РОСТ КОРНЕВОЙ СИСТЕМЫ И УРОЖАЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР

ВАК РФ 06.01.09, Растениеводство

Автореферат диссертации по теме "ВЛИЯНИЕ ВНЕШНИХ УСЛОВИЙ И ПРИЕМОВ АГРОТЕХНИКИ НА РОСТ КОРНЕВОЙ СИСТЕМЫ И УРОЖАЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР"

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА СССР

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

На правах рукописи Алексей Степанович УСТИМЕНКО

влияние внешних условии и приемов агротехники на рост корневой системы и урожаи сельскохозяйственных культур

(Специальность 06.01.09— растениеводство) х

\

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора сельскохозяйственных наук

МОСКВА — 1»7в"

Работа выполнена в Украинской ордена Трудового Красного Знамени сельскохозяйственной академии.

Официальные оппоненты: действительный член ¡ВАСХНИЛ доктор сельскохозяйственных наук профессор Н. Г. Андреев, член-корреспондент АН УССР доктор сельскохозяйственных наук профессор Г. С. Кияк, доктор сельскохозяйственных наук профессор К. И. Саранин.

Ведущее предприятие — Всесоюзный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт кукурузы.

Задшта состоится «^Ч » . . , . . 1979 г.

в «VI. »часов на заседании Специализированного совета Д-Ш0.35.04 при Московской сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева.

Адрес: 127650, г. Москва И-550, ул. Тимирязевская, 49. Ученый совет ТСХА.

С диссертацией можно, ознакомиться в,ЦНБ ТСХА.

Автореферат разослан « X » . , , 1979 г>

Ученый секретарь Специализированного совета

доктора ТИНА

л -шм

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

1.1. Актуальность темы

. В решениях XXV съезда КПСС, июльского и ноябрьского (1978 г.) Пленумов ЦК КПСС намечены новые рубежи по увеличению производства зерна, кормов и другой продукции полеводства. Производство, зерна в нашей стране в 1978 г. достигло 235 млн. т при плане 215—220.млн, т, в том числе по Украине 50,6 млн. т 'при плане 48,0 млн. т. Средний урожай зерновых по стране составил 18,3 ц/га, а по Украине — 30,4 ц/га. На перспективу предусматривается среднегодовой валовой сбор зерна 238—243 млн. т.

Важным резервом увеличения зерна является разработка и внедрение в производство новых научных достижений по технологии возделывания высокоурожайных сортов и гибридов зерновых и других культур. В центре внимания по-прежнему остается сельскохозяйственная наука и ее роль в повышении урожайности, а также интенсификация земледелия за счет химизации, мелиорации ц комплексной механизации.

В аспекте изложенного, исходя нз задач -по растениеводству, одним нз ключевых вопросов является глубокое изучение роста и развития корневых систем сельскохозяйственных культур в зависимости от лочвенно-климатнческих условий регионов Украины.

Проведенные нами исследования позволили выяснить реакцию корней на факторы, внешней среды, а .это дает возможность целенаправленно регулировать процессы жизнедеятельности растений и, в частности, формирования урожая, повышать производство и качество растениеводческой продукции, а также рекомендовать прогрессивную технологию возделывания основных сельскохозяйственных культур.

Нами изучались закономерность роста и развития корневых систем, роль и характер взаимосвязи их с надземными

1.2. Цель научных исследований

органами растений и приемов агротехники с учетом различных почвенно-климатическнх условий.

В связи с изложенным в нашу задачу входило: провести фундаментальное исследование корней и корневых систем при различном уровне продуктивности; дать теоретические основы для разработки новых технологических приемов возделывания культур; проанализировать функциональную активность корней в процессе роста н перемещения ингредиентов корневого литания во взаимосвязи со всем организмом растения и внешней корнеобитаемой средой; выявить новые научные позиции в процессах формирования растений во взаимосвязи с корням»; составить новую методику определения расположения и активности корней в почве и статистической оценки экспериментальных данных полевых опытов.

Для конкретизации первично лолученных научных результатов применительно к основным регионам УССР в задачу исследований также вошли вопросы изучения расположения корневых волосков на корнях по их длине и конкретным зонам, установление коррелятивной связи в триаде «корень— стебель—плоды» и пространственное размещение корневой системы в пахотном н подпахотном горизонтах почвы.

1.3. Объект исследования

В качестве объекта исследования в работе были избраны Корни различных лорядков ветвления, ткани, клетки, а также целые системы корней с.-х. культур с учетом их функциональной активности, анато мо-морфологического строения и биологических особенностей.

Исследовалась почва, ее физические, водно-фнзическне, агротехнические свойства, а также коррелятивная взаимосвязь корней с продуктивностью И хозяйственно полезными признаками растений.

1.4. Научная нопнзна

Установлена степень изменчивости анатомо-морфологиче-ского строения корней у однодольных и двудольных растений, определено разветвление корней, размещение корневых систем в лочве и накопление корневой массы в региональных условиях УССР при формировании высоких урожаев, изучено изменение общей и рабочей поглощающей поверхности корней по фазам роста н развития растений, проанализировано содержание в корнях и вынос с биологическим урожаем расте-лий основных элементов питания: азота, фосфора, калия, а «также микроэлементов.

Впервые изучена бнологическая особенность и отлнчитель-

нЫе признаки корней и корневых систем отдельных видов, сортов и гибридов с.-х. культур при различных технологических приемах возделывания; разработана методика определения пространственного расположения корней в почве с одновременным определением влажности почвы при помощи созданного нами универсального корнсвлагомера УКВ-2 без нарушения жизненного цикла растения, а также методика статистической обработки опытных данных по корням и корневым системам с указанием точности опыта и наименьшей существенной разности,

1.5. Практическая ценность и реализация результатов

Разностороннее исследование корневой системы основных сельскохозяйственных культур по взаимосвязи с лофазным 'ростом и хозяйственно биологическими признаками растений позволило дать целый ряд производственных рекомендаций для получения высоких урожаев.

Исследование роста и развития корневых систем, формирования корневых волосков, физиологической активности корней при изменяющемся режиме минерального литания и различном обеспечении водой в течение вегетации растений имеет практическую ценность для выбора режима вспашки, боронования, удобрения и междурядной обработки полевых культур. Некоторые научные сведения о корнях и корневых системах пшеницы, кукурузы, гороха и других культур нами изложены впервые.

Предложен новый способ определения пространственного расположения корней в почве без нарушения жизненного цикла растений с помощью электрозонда и прибора УКВ-2. Способ осуществляется с одновременным определением влажности почвы на глубине 100 см с интервалом через каждые 10 см.

Методика определения пространственного расположения корневой системы с помощью прибора УКВ-2 внедрена во .многих научно-последовательных учреждениях и хозяйствах УССР. На указанную методику поступили сотни заявок от различных организаций республик; а также зарубежных стран.

1.6. Апробация работы

. Результаты исследовании докладывались на следующих конференциях, семинарах и совещаниях:

Зональной научно-производственной конференции «Проблема азота и урожай на Полесье», г. Житомир, 1965.

Всесоюзном семинаре по луговодству для прелодавателей

сельскохозяйственных вузов. Эстонская сельскохозяйственная академия, г. Тарту, 1967.

Всесоюзном совещании-семинаре по обсуждению и усовершенствованию методов научных исследований с зернобобовыми культурами, ВНИИЗБК, г. Орел, 1969.

5-м Всесоюзном совещании по иммунитету сельскохозяйственных растений, УСХА, г. Киев, 1969,

'Всесоюзном отчетно-методическом совещании участников географической сети опытов с удобрениями, г. Львов, 1969.

Международном совещании по увеличению производства зёрна пшеницы и пивоваренного ячменя, г, Нитра, ЧССР, 1969.

Всесоюзном совещании по использованию статистических методов в полевом опыте, УНИИРСГ, г. Харьков, 1970.

'Всесоюзной конференции «Химизация растениеводства и качество сельскохозяйственной продукции», УСХА, г. Киев, 1972.

■Всесоюзном семинаре по растениеводству, УСХА, г. Киев, 1972.

Научно-производственной конференции по увеличению урожайности зерновых н кормовых культур, шоселок Татарбу-нары Одесской области, 1972,

Всесоюзном координационном научно-методическом совещании >по повышению продуктивности сельскохозяйственных растений, ВСГИ, г. Одесса, 1973.

Научно-производственной конференции по - производству зерна пшеницы и зернобобовых культур, г. Вознесенск Ннко-' лаевской области, '1973.

Межрайонном совещании по увеличению 'производства зерна кукурузы, поселок Татарбунары Одесской области, 1974.

'Всесоюзном совещании по вопросу «.Селекшюнно-генетиче-ские-н агротехнические приемы повышении урожайности кормовых однолетних бобовых культур», г. Винница, '1975. 1

Научно-теоретической конференции преподавателей Украинской сельскохозяйственной академии, 'посвященной 60-летию Великой Октябрьской социалистической революции, г. Киев, 1977.

Научной конференции профессорско-преподавательского состава и аспирантов. Доклад «Продуктивность растений гороха в зависимости от роста и активности корневой системы», г. Knew, УСХА, 1978.

Производственные рекомендации -но усилению роста н активности корневой системы в разные фазы развития внедрены в колхозах и совхозах Николаевской, Одесской, Крымской, Киевской н ряда других областей Украины.

В целях научного сотрудничества по изучению корневых систем озимой пшеницы и других сельскохозяйственных куль-4

тур заключен двухсторонний договор с учеными Новосадского университета ¡(Югославия) л Высшей школой г.-Ннтры .(Чехословакия) на проведение исследований с использованием методов, разработанных автором.

Монография «Корневые системы и продуктивность сельскохозяйственных растений», написанная в соавторстве с П. В. Данильчук и А. Т. Гвоздиковской, пользуется спросом у специалистов к научно-исследовательских учреждении нашей страны, Чехословакии, Польши, Югославии, Англии, США, Японии и в других странах.

1.7. Публикация результатов исследования

Основные результаты экспериментальных исследований, изложенные в диссертации, опубликованы в двух монографиях; «Корневая система и урожай пшеницы». К., «Урожай», 1969 и «Корневые системы и продуктивность сельскохозяйственных растений», «Урожай», 1975 г., а также в научных статьях, опубликованных в журналах, сборниках, материалах конференций и совещаний, рекомендациях общим объемом 48 ^печатных листов. Всего опубликовано .78 наименований.

Авторские свидетельства получены на'способ определения пространственного расположения корневой системы растения с одновременным определением влажности почвы без нарушения жизненного никла растений и устройство для установки перемычки в оросительном канале при возделывании полевых культур в условиях орошения.

1.8. Объем диссертационной работы

Диссертация изложена на 429 страницах машинописи и состоит из введения, 5 глав, выводов, предложений производству, списка использованной литературы и приложения. Основная часть работы помещена на 359 страницах. В работе содержится 94 таблицы и 52 рисунка, из которых 10 графиков, 10 схем и 32 фотографии.

Список использованной литературы включает 333 наименования, из которых 27 работ на иностранных языках.

Приложение состоит из копий авторских свидетельств, технического описания и инструкции по эксплуатации универсального корневл атом ера УКВ-2, рисунков, схем -и таблиц (всего 50 страниц).

2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 2.1, Условия проведения исследований

Полевые опыты по изучению особенностей роста корневых

систем ряда полевых культур проводились нами в 1957— 1978 гг. на дерново-подзолистой почве Полесья, малогумус-ном выщелоченном черноземе Лесостепи и южном черноземе Степи УССР.

Полесье. Дерново-подзолистая почва характеризуется низким содержанием гумуса в пахотном горизонте— 1,38%, низкой обеспеченностью фосфором и обменным калием, реакция почвенного раствора слабокислая (рН=5,8—6,0), сумма поглощенных оснований слабая ,(3,6 мгэкп на J00 г сухой почвы). Низкая влагоемкость и высокая водопроницаемость определяют неустойчивый водный режим, что существенно влияет на развитие корней.

Среднегодовое количество осадков в зоне Полесья составляет 500—550 мм со значительными колебаниями по годам. Так, в 1970 году выпало осадков 640 мм, а в 1934 и 1946 гг. — 250 мм. Средняя многолетняя сумма активных температур воздуха для рассматриваемого района составляет 2600— 2660"С. Продолжительность этого периода—> 160—165 дней.

Лесостепь. Чернозем малогумусный, имеет большую глубину гумусиого горизонта .(37—15 см). Содержание гумуса составляет 3,73%. Валовой запас фосфорной кислоты варьирует от 6,5 до 11 мг на 100 г почвы, а подвижной — 5,4 мг. При этом в малодоступном состоянии находится до 60% фосфора.

Запасы калия в почве довольно высокие и находятся в основном в минералах. Подвижный калий в слое 0—20 см содержится в небольшом количестве — до 13,8 мг на 100 г поч-аы. В связи с высокой насыщенностью почв основаниями (96—97,3%) они не нуждаются в известковании. Легкосуглн-н исты и состав этих ночв обуславливает значительный запас недоступной влаги ,(12—(16%).

Климат лесостепной зоны умеренно теплый. Среднегодовое количество осадков составляет около 500 мм. Средние многолетние суммы активных температур (выше 10°С) находятся в пределах 2600—ЗООО'С, продолжительность этого периода составляет 170—185 дней.

Степь. Наиболее распространенная почвенная разность южной степи — чернозем южный. Гумусовый горизонт этих почв неглубокий — 32—38 см, содержание гумуса 2,97— 2,03%. С глубиной содержания гумуса постепенно уменьшается. Содержание подвижного фосфора повышенное — 12,68%, содержание обменного калия —12,5%. Реакция почвенного раствора слабощелочная нлн близкая к нейтральной. Горн-зонт вскипания расположен на глубине 40—60 см, а белоглазки с 70—85 см до 110—130 см. Зтн почвы характеризуются высокой влагоемкостыо — до 36%, слабой водопроницаемостью с общей скважностью более 50%, б

Недоступная для растении влага составляет 16—22% в зависимости от механического состава почвообразугощей породы.

Среднегодовое количество осадков этой зоны находится в пределах 370—470 мм.

Тема включена в »Государственный ведомственный координационный *план под номерами:

№ 76006055, индекс УДК 633.11—южная степь Украины;

№ 77004698, индекс УДК 633.11 —'Лесостепь;

№ 78076045, индекс УДК 631.5, 631.563, 633.11 —Полесье.

2.2. Методики

В полевом опыте для учета нарастания корневой системы использовались два метода: траншейный метод с сухой раскопкой по Н. А. Качинскому (1925 г.) и монолитно-буровой по Н. 3. Станкову >(1954 г.).

Длину корней лрн агропочвенном обследовании изучали обоймами Саввинова Н. И. (1942 г.). Для этой цели вырывали почвенную яму и (проводили описание почвенных горн-зонтов с последующим взятием образцов. Глубину залегания узла кушения мы производили замером расстояния от границы выхода растений на поверхность почвы до основания узла кущения по методике Г. Ланцевнча и В. Цыбулько (1962 г.).

Влажность почвы и агрохимические анализы корней мы. проводили по методу А. В. Петербургского (1967 г.). Легко-гидролнзуемый азот находили по И. В. Тюрину и М. М. Кононовой (1965 г.), нитратный азот — по Грандваль-Ляжу, аммиачный— калориметрическим методом. -Подвижные формы фосфора определяли по Л. Т. Кирсанову, а в выщелоченных и южных черноземах — по Ф. В. Чирикову*

Общая адсорбирующая и рабочая поглощающая поверхности нами определялись по Д. Л. Сабинину и И. И. Колосову (1935 г.). В последнюю методику нами внесены изменения, заключающиеся в определении электропроводности рабочего раствора с помощью нами разработанного прибора УКВ-2 взамен калориметра.

Методы определения количества и длины волосков на корнях, объема зоны 'поглощения и коэффициента продуктивности корневой системы и другие методы ло изучению корней растений взяты из книг М. Г. Тарановской «Методы изучения корневых систем» ,(1957 г.) н книги Н. 3. Станкова «Корневая система полевых культур» (1964 г.).

Для изучения брали районированные в зоне проведения опытов сорта озимой н яровой пшеницы, кукурузы, гороха, свеклы н злаковых и бобовых трап.

Изучали влияние на развитие корней предшественников,

способов и сроков посева, лоз, способов и сроков внесения минеральных удобрений, глубины заделывания сом ян и другие агротехнические приемы.

2.3. Результаты исследований

На основе многолетних экспериментальных данных определена сущность коррелятивной связи корней и корневых систем с продуктивностью растений, обоснованы н определены пути увеличения кориеобнтаемой зоны, имеющей значение для получения высоких урожаев полевых культур не только в засушливых условиях, но н в зонах неустойчивого увлажнения.

В .первой главе — «Почвенно-климатнческне условия, методика проведения опытов и программа экспериментальных исследований»— приведена характеристика климатических условий и почвенных зон проведения исследований, описаны методики их доработки, использованные автором при проведении исследований. Изложена программа исследовательской работы по теме диссертации.

Во второй главе — «Морфологическая характеристика и анатомическое строение корня и корневых систем сельскохозяйственных растений» — рассмотрены типы корневых систем однодольных и двудольных растений», их строение в различные периоды роста и развития растений, представлены фотографии и микрофотографии, схемы расположения корней и уточнена их терминология.

В процессе изучения анатомического строения корней установлено, что их поглотительная активность изменяется в зависимости от количественного содержания и степени соотношения коры с другими тканями в структуре корня. При этом показано ^выявлено), что на узловых корнях в зоне формирования корневых волосков кора занимала большую удельную массу, чем на зародышевых корнях. Показано, что зоны образования корневых волосков зависят от вида и сорта растений.

•В третьей главе — «Биологические особенности и роль корневых систем в повышении продуктивности сельскохозяйственных растений»—приведены результаты многолетних исследований по изучению реакции корней и корневых систем сортов озимых и яровых пшениц, кукурузы, гороха, сахарной свеклы и многолетних трав на изменение физических и химических свойств почв, агротехнических приемов возделывания. Показана сопряженность развития корней с другими хозяйственно ценными .признаками. Установлено, что каждый вид и сорт растения имеет генетически обусловленный тип корней; количество волосков, объем, масса корней и их адсорбирующая поверхность изменяются под влиянием корнеобитаемых условий выращивания. 3

2.3.1. Озимая пшеница

Сорта озимой пшеницы, дающие высокий урожаи, имеют хорошо развитую, активную корневую систему, особенно в верхних, более плодородных, хорошо аэрируемых слоях почвы. При неблагоприятных условиях выращивания корневые системы растений пшеницы снижают активность и потенциальные возможности формирования высокого урожая.

Правильная обработка почвы способствует интенсивному росту п развитию корней. Большое влияние на развитие корней и надземные органы растений в целом оказывает температурный режим, В естественных условиях юга Украины корни и корневые системы растений длительный период развиваются прн положительном температурном градиенте. Прямой зависимости между мощностью развития корневой системы и зимостойкостью не наблюдается, но значительно повышается засухоустойчивость у растений с глубоко развитыми корнями.

Одним из естественных факторов, лимитирующих увеличение урожая озимой пшеницы и других культур в большинстве зон нашей страны, является недостаточная влагообеспе-ченность растений. При дефиците влаги растения озимой пшеницы в большинстве случаев узловые корни не образуют осенью, и они появляются только весной. Применение влаго-зарядковых поливов стимулирует рост узловых корней с осени, способствует лучшему обеспечению питательными веществами надземной части растений, в результате чего последние заметно увеличивают прирост урожая корневой массы (табл. 1). -

При влагозарядковом и вегетационном поливах наряду с массой корней возрастает и их рабочая поверхность.

|В зависимости от влагообсспеченностн растений изменяются размеры и количество корневых волосков на корнях озимой пшеницы.

В результате этого увеличивается объем почвы, используемой корнями для поглощения элементов питания. Площадь корневых волосков па единицу корня заметно варьирует по фззам роста и развития растений и зависит от расположения корней по слоям почвы. Корневых волосков больше находится на молодых растущих корнях, причем как в верхних, так и глубоких горизонтах.

Существенное влияние на развитие корней и их поглощающую поверхность оказывают предшественники, способы обработки почвы, сроки и способы посева полевых культур. Как показали наши исследования, прн ранних и сверхранних сроках посева озимых культур развивается мощная корневая система и образуются узловые корни с осени. Но корневая система растений раннего посева быстрее стареет, особенно в

о ' Надземная н корневая масса озимой пшениии прн орошении

(в среднем за 1966—1970 гг., дерново-подзолистая почва)

Поливы Части растений Слои почв и, см Куш осенью •ние веслом Выход в трубку Колошение Созревание зерна Урожай зерна, ц/га

Без полива Надземная масса, и/га . . , 12,4 20,5 25,5 82,2 132.7 32.0

Корин, и/га , ...... 0-20 1,6 2.4 3,9 0,5 10,4

» »....... 0-40 2,0 4,2 6,5 10,7 16,0

» » ....... 0-100 3,4 0,2 9,1 21,2 23,5

% корней от надземной массы -' 27,5 30.3 35,7 25.fi 17,7

Вллгоза рядковый Надземная масса, ц/га . . . 17,5 22,1 51,5 117,3 157,7 35,7

Корпи, ц/га....... 0-20 2,4 2,9 6,4 8,2 М,1

0-10 2,0 3,3 11,4 14,1 19,0

» »....... 0-100 4,0 6,9 15,8 24,5 25,4

% корней от надземной массы - 22,8 312 30,7 20,9 . 16.1 45,8

Влагозаряаковий ■

и два вегета- Надземная масса, и/га , , .

щюшшх ■ — 18,1 22,6 57,7 134,0 172,3 45,8

Корни, и/га ....... 0-20 2,5 2,8 7,2 9,4 14,5

» > »...... 0-40 2,6 3,2 12,0 10,6 20,7

» ........ 0-100 4,1 7,0 17,4 25,0 26,2

% корней от надземной массы 22,0 31,0 30,1 19,1 15,2

верхних, наиболее плодородных слоях почвы, что снижает ос физиологическую функцию поглощения питательных веществ.

Растения же поздних сроков посева, наоборот, входят и зиму нераскустнвшимися, со слаборазвитыми зародышевыми корнями, сильнее страдают от неблагоприятных условий перезимовки н медленнее развиваются весной. Особенно заметно это .проявляется в богарных условиях.

Способы и нормы посева определяют .размещение корневой системы, степень ее разветвленное?» и" нередко скорость зарастания и активную .поверхность. При изреживанин посевов корнн образуются более толстые, длинные, сильнораз-ветвленные, охватывающие сравнительно большой объем почвы, но с меньшей насыщенностью корешками. При загущенных посевах корневая система более плотная, располагается в меньшем объеме почвы с большим количеством корневых волосков из расчета на единицу длины.

Лучшими условиями и агроириемамн, способствующими образованию корневой системы, являются такие, лрн которых формируются равномерно размещенные постоянно образующиеся молодые наиболее активные тонкие и длинные корнн. Такая система корней обеспечивает хороший контакт их с почвой и эффективное поступление питательных веществ п надземные органы растений.

4 Наибольшее влияние на корневую систему и надземные органы растений озимой пшеницы оказывают минеральные удобрения. Их эффективность зависит от влагообеслеченностч растений, плодородия и типа почв, условий воздушного и теплового режимов, а также других факторов.

Доля корней в биологическом урожае контрольных растений выше, чем у растений, выращенных на участках, где вносили удобрения. Для всех исследованных-нами сортов отмечается уменьшение доли корней с возрастом растений. С увеличением доз азотных удобрений нарастание надземной массы прогрессирует, а процент зерна и корневой массы в биологическом урожае уменьшается ¡(табл. 2).

Азотные удобрения способствуют образованию более выраженной мочковатой корневой системы с большим количеством -гонких и длинных корешков и корневых волосков, уменьшению общей, но увеличению рабочей поглощающей поверхности.

Фосфорные удобрения благоприятствуют значительному увеличению массы корней в период кущения и колошения. К концу вегетации масса корней и рабочая поглощающая поверхность заметно отличаются по срокам внесения фосфора.

Калий обеспечивает развитие корней во второй период вегетации. Устойчивы к полеганию сорта озимой пшеницы Аврора и Кавказ, более отзывчивы на калийные удобрения,

Таблица 2

Доля корней (% от биологического урожая) ло фазам развития растений у сортов озимой пшеницы (в среднем за 1970—1972 гг. в слое О—100 см,

южный чернозем)

Фазы развития Без удоб рений Внесение азота по действующему веществу, кг/га

30 , 90 1 120 | 150 | 210

Одесская 51

Кущение: осенью....... 26,4 23,6 21,5 20,2 18,4 13,7

весной ....... 34,2 29,1 24,2 22,4 19,0 14,1

Трубкованне ........ 28,7 25,6 22,1 20,1 15,2 12,3

18,7 16,3 15,0 13,1 10,8

Цветение.......... 17,3 16,8 15,6 12,6 "11,4 10,1

15,6 14,8 13,1 10.3 9,9 9,4

Кушенне; осенью весной Трубкование . . Колошение . . Цветение . . . Coipeванне зерна

Кущение: осенью весной Трубкозание . . Колошение . . Цветение . . . Созревание зерна

Безостая 1

21.2 22.0 18,7 18,7 17,5 16,0

31,1 27,3 22.2 20,4 18,1 15,3

26,5 23,4 2U0 17,5 15,6 14,4

19,3 16,7 15,1 13,2 12.7 11,2

16,2 14,6 12,8 11,8 10,9 10,5

14,8 13,00 12,5 11,0 10,8 9,7

Аврора

23,0 20,0 24,2 17,6 14,8 14,2

20,6 26,2 22,2

15.3

13.4 12,9

19,8 21, G 20,3 14,2 12,6 11.7 I

16,8 17,6 16.7/ 14,8 12,5 11,6 10,8 1 10,6 10,51 10,3

J 5.9 18,7 13,5\ 10,7 9.4 9.2

Кавказ

20,2 19,3 19,1 17,3 16,5 15.8

25,6 23,3 21,1 18,6 17,2 14,4

23.2 21,4 19,6 1С.З 14,5 13,1

16,4 14,6 13.5 12,1 11,3 10,9

14,7 13,2 11,8 10,5 10.4 9,1

13,5 12,8 11,5 10,3 10.1 9,0

Кущение: осенью . .

весной , . . Трубкозанне ....

Колошение.....

Цветение......

Созревание зерна . . ,

чем сорта Одесская 51, Безостая 1 и Прибой. Внесение калия на дерново-подзолистой почве в большей мере, чем на черноземе, стимулирует развитие корней. Коэффициент корреляции между массой сухого вещества корней в метровом слое почв и урожаем по годам был различным и изменялся от 0,686 до 0,912 на дерново-подзолистой почве и от 0,614 до 0,851 на черноземах Лесостепи.

Корин растений озимой пшеницы, выращиваемой в южных

районах, имеют большее количество корневых волосков, чем в районе южного Полесья. Корневые волоски в зависимости от типа 'почвы, сорта, фазы развития и удобрения весьма различны по размерам. Более всего корневых волосков образуется в средней части корня.

Вносимые под озимую пшеницу минеральные удобрения оказывают существенное влияние на содержание азота, фосфора и калия в корнях в различные периоды роста растении.

Содержание азота в корнях при внесении его в количестве до 30 кг)га возрастает ко времени кущения до 90,4%, трубко-вання— 146,7%, а ко времени колошения понижается до 5,7.%.

Фосфорное и калийное удобрения способствуют поступлению азота в корни на протяжении всего периода вегетации растений, особенно при их совместном внесении. Уменьшение интенсивности ростовых процессов во вторую половину вегетации ведет к повышению содержания азота, фосфора и калия в корнях в связи с меньшим .потреблением их надземными органами.

Количество фосфора в корнях достигло максимума в конце вегетации. Внесение азотных удобрений положительно влияет на увеличение фосфора в корнях. У растений озимой пшеницы, удобренных азотом во время кущения, в корнях фосфора было на 71% больше, чем у контрольных. Во время трубковання содержание 'фосфора в корнях удваивалось.

Калш1 также усиливает накопление фосфора в корневой системе,

(Как показали наши исследования, поступление азота^ фос* фора и калия в корневую систему растений озимой пшеницы находится в прямой зависимости от величины общей адсорбирующей и особенно рабочей поглощающей поверхности. Коэффициент корреляции составляет 0,852.

Содержание этих элементов в надземных органах растений значительно выше, чем в корнях. Больше всего азота накапливается в растениях во время кущения и трубкования. Затем количество его уменьшается, достигая минимума в фазу полной спелости.

Такая же пофазная закономерность наблюдается и в отношении фосфора н калия. Удобрения заметно усиливают накопление этих элементов в органах растений в течение всего вегетационного периода. Измененне содержания азота, фосфора и калия в ^корнях тесно связано с их количеством в надземных органах, а именно, увеличение их в корневой системе ведет к повышению содержания в надземных органах и наоборот. В связи с этим в условиях юга урожай пшеницы возрастает с повышением дозы удобрений до 90 кг/га, а затем снижается (табл. 3).

Урожай озимой пшеницы в колхозе «Прогресс» на фоне разных лоз полного минерального удобрения, ц/га

Гад Кон- Доза ЫРК, кг/га

троль 30 | Й0 90 120 150 180 210 % НСР, ц/га

Одесская 51

3970 1971 1972 1973 Среднее 32.6 ЗОЛ 30,9 37.6 32,8 36,5 35,9 33,1 40,1 36.4 41,1 40.4 35.5 42.8 40,0 45.2 44,0 39,4 46.3 43,8 43.1 42.2 37,2 43.5 41.6 41.8 40.9 35.2 42,0 40,0 41,0 40,3 34,9 40,7 39,2 40,1 39,9 34,1 40,4 38,6 2,15 3,22 2,31 2,14 2.7 1.5 1.8 1.6

Безостая 1

1970 1971 1972 1973 Среднее 26,0 23,8 22,2 32.5 26,1 29.1 26,5 25.3 35,3 28,3 31.1 29,6 26.0 37,9 31.2 35,8 34,8 27,3 40,2 34,5 33.4 32.1 26,9 36,4 32.2 31,1 29,8 25,6 35,0 30,4 29,9 28.5 25.2 33.9 29.3 28,7 27,7 24,5 33,0 23,5 2,21 2,54 3,61 2,92 1,9 1,2 1,7 1,4

Аврора

1970 1971 1972 1973 Среднее 34,5 32.5 21.6 32.0 30.1 39,7 37,9 24,2 34,1 34,0, 43,7 42,2 25.4 37.5 37,2 47,1 45,9 26,6 37,9 39.3 46,3 45,3 26,1 34,9 38.1 44,2 43,6 25,2 33.6 36.7 43,6 42.5 24,8 31,4 35.6 42,9 42,0 24,0 30,9 35,0 3,84 3,01 2,98 2Д9 1.4 1.9 2.0 1,1

Кавказ

1970 33,0 42.0 46,7 52,з 50.1 48,6 47,3 46,0 4,02 1.5

1971 33.4 41,1 44,9 51.2 27,0 49,0 47,6 46,5 44.9 3,45 1,6

1972 22,9 24.6 25,7 26,6 25,7 25,1 24,3 2,18 1.2

1973 32,8 35,7 38,6 42,9 40,0 38,9 38,1 37,4 1,99 1.7

Среднее 30,5 35,9 39,0 43,4 4М 40,2 39,2 38,1 — —

2.3.2. Яровая пшеница

У яровой мягкой пшеницы образуется меньше зародышевых л больше узловых корней, чем у твердой. Это преимущество сохраняется на протяжении всего вегетационного периода. Большое различие у этнх пшениц наблюдается и в отношении поглощающей поверхности корней (табл. 4).

Величина адсорбирующей и рабочей поглощающей .поверхности корней яровой пшеницы в 1,5—2 раза выше, чем у озимых сортов. Масса корней к концу вегетации у яровых форм значительно ниже, чем у озимых. Однако лысокая поглоша-

Поглощаюшая поверхность корней у мягкой и твердой яровой пшеницы в зависимости от глубины заделывания семян (фаза колошения, мг/г, слой 0—100 см)

Мягкая Коллективная Твердая Харьковская 46

Глубина,

см

обшая рабочая Общая рабочая

I 2,285 0,381 2,123 0,557

2 2.262 0,263 2,016 0,836

3 2,151 0,642 1,852 0.933

4 1,036 0.635 1,738 1,030

5 1,912 0,687 1,712 1,116

6 1.877 0,734 1.563 1,232

7 1,841 . 0,734 1.513 1,040

8 1,813 0,702 • 1,487' 0,953

9 1,654 0,693 1,466 0.841

10 1,522 0,582 1,432 0.811

II 1,504 0.550 1,315 0,724

12 1,452 0,510 1,214 0,703

ющая способность корней яровой пшеницы не компенсирует этот недостаток в урожае и обычно урожай озимых значительно выше, чем яровых.

В связи со сравнительно слабым развитием корневой системы яровой пшеницы ее корни более отзывчивы на агротехнические приемы возделывания, почвенно-климатические условия и удобрения. Для выращивания высоких и устойчивых урожаев яровой пшеницы в каждой зоне необходимо способствовать агротехническими приемами своевременному образованию мощной корневой системы.

2.3.3, Кукуруза

Для получения высоких и устойчивых урожаев кукурузы необходимо применять технологию, способствующую интенсивному развитию корневой системы. При выборе агротехнических мероприятий часто не учитывают особенностей развития се корней и их физиологической активности.

Корни и корневая система кукурузы имеют явно выраженное ярусное строение. Их подразделяют на подземные и надземные. Глубина проникновения корней и размещение их в почве зависят от многих факторов внешней среды и агротехнических приемов. Наиболее важными из них являются влажность почвы и удобрение. Именно удобрения—один из тех факторов, который регулирует рост и развитие корневой системы, обеспечивая их высокую функциональную жизнедеятельность в течение всей вегетации растении кукурузы.

Еестественио, в полевых условиях трудно выделить какой-либо один из внешних факторов, более эффективно влияющий на корни, так как они друг с другом взаимосвязаны. Корневая система кукурузы обладает слабой регенерационной способностью после ее повреждения.

Большинство исследователей считают, что чем больший объем почвы охватывает корневая система кукурузы, тем выше продуктивность ее растений. В связи с этим особое значение в южных районах приобретает глубина проникновения корней. Как показывают опыты, этому явлению способствует глубокая вспашка с одновременным внесением минеральных, И органических удобрений. При пересыхании верхних слоев почвы корневая система концентрируется в зоне расположения удобрений. Глубина заделывания семян на 8—10 см также благоприятствует углублению корней в почву.

2.2.4." Горох

На основании наших исследований у гороха и зернобобовых культур мы выделяем следующие типы корковой системы: стержневую и стеблевую.

Стержневая (основная) система образуется из зародыша и нарастающих корешков; она глубоко проникает и хорошо пронизывает почву.

Стеблевая (дополнительная или придаточная) система образуется из корнеродной части стебля. Она объединяет такие группы корней: гипокотильную, эпик от ильную и межузловую. В отлнчие от стержневой, стеблевая система обладает особым строением и свойствами в зависимости от места и времени ее образования.

Корнн, располагающиеся на подсемядольном колене или гипокотиле, названы гипокотильными. Корни, располагающиеся на участке стебля, находящемся между семядолями и местом образования приморднального листа, названы эпнчкотиль-нымн. Они появляются лишь в том случае, когда эпикотиль находится во влажной хорошо аэрируемой почве.

Корни, образующиеся на последующих междоузлиях стебля, названы межузловымн. Роль их в жизни растений также значительна. Они способны поглощать влагу и питательные вещества из самых верхних слоев почвы. Эффективность этих корней возрастает при оптимальной глубине заделывания семян.

Стеблевые корнн образуются позднее стержневых, а поэтому часто попадают в неблагоприятные условия. Особое значение для формирования корневой системы зернобобовых приобретают агротехнические мероприятия, в частности, глубина

заделывания семян. Крупнозерные сорта образуют более мощную корневую систему, чем мелкозерные. Стеблевая корневая система у гороха в основном зпнкотильная и межузловая, образуется она при глубине заделывания мелких и средних семян от 3 до 6 см, а крупных более 6 см. 'При этом на стержневом корне, начиная от семени гороха и вниз по корню в наших опытах на протяжении 1—3 см и больше, боковые корни не образуются. Мелкое заделывание семян отрицательно влияет не только на образование стеблевых корней, но и на рост и развитие боковых корней стержневой системы.

^Глубина заделывания семян по-разному влияет на количество корневых волосков, их толщину и длину (табл. 5) как

Таблица 5

Количество к размер корневых волосков на основных н эп и кот ильных корнях гороха (в среднем за 1963—1971 гг.)

Глубина заделывания, см На основных корнях На эликотильпых корнях

количество, шт. на 1 мм Размер, мк количество, шт. па 1 мм | Размер мк

толщина длина толшина длина

! 23,2 85 225 Нет корней

2 23,6 85 325 То же

3 25,4 85 325 Те же

4 26,6 90 325 22,1 90 325

5 28,2 90 365 25,4 90 390

6 28,9 90 375 28,0 93 375

7 28,1 90 375 28,4 95 350

8 27,3 90 375 29,3 93 350

9 . 26,8 75 375 28,3 92 350

10 26Д 75 400 28,2 92 350

11 25,8 75 390 28,0 91 350

12 25,1 75 390 27,6 91 350

на основных, так и эпикотильных корнях, Их количество возрастает с увеличением глубины заделывания семян, что повышает активность корневой системы за счет увеличения поглощающей поверхности (табл. 6). Общая адсорбирующая и рабочая поглощающая поверхность корней изменяется с глубиной заделывания семян. Наибольшая логлошаюшая поверхность корней у сортов Уладовский 208 и Рамонский 77 установлена при глубине заделывания 6—7 см, а у Уладовско-го 7 — 8—9 см.

Больше всего корневой массы образуется у всех сортов гороха при заделывании семян мелко- и средиесемянных на глубину от 6 до 7 и крупносемянных от 8 до 9 см. Изменения в росте корневой системы и ее активность оказали влияние и на урожай семян горохаУЧем больше развита корневая система, тем выше ее активность, и формлруется больший урожай.

2 17

Влиапе глубины заделывания семян на изменение рабочей поглощающей поверхности корней, м]/г, и урожай-гороха (среднее за 9 лет)

Уладовский:208 Рамонскнй 77 Уладовский 7

Глубина, см поверхность урожай, ц/га поверхность урожай, ц/га поверхность урожай, «/га

1 2 3 ' 4 5 6 7 8 9 10 11 12 0,34 0,36 0.38 0,42 - 0,55 0,56 0.60 - 0,47 0,43 0.40 0,41. 0,38 15,8 16,7 17,5 18,5 ■ 20,3 22,3 23,7 22,1 21.3 . 19,7 18,2 16.4 0,31 0,33 0,37 0.40 0,51 0,54 0.63 0,52 0,47 0,43 0,39 0,37 16,6 17.8 19,2 21,2 24,2 25,4 26,6 25.0 ■ 24,6 22.1 19.9 18,1 0,21 0,30 0,38 0,37 0,43 0.50 0,57 0,65 0,58 0,47 0,43 0,40 13.2 14.3 15,6 15,9 17,2 18.4 20.2 22 2 23,6 22,0 ' 20,4 18,8

Это подтверждается и коэффициентом корреляции, равным 0,844. . ' ,

В комплексе внешних факторов, влияющих на уровень урожая гороха, несомненно, большая роль принадлежит удобрению. »'Растсиия, произрастающие на удобренных участках, развивали большую корневую систему, чем на неудобренных. Положительное влияние на рост и развитие корневой системы его также оказывали и азотные удобрения. Следует отметить, что эникотильные и межузловые корни данной культуры формируются значительно позже, чем зародышевые или основные,. поэтому к периоду формирования эпикотильных и межузловых корней внесенный азот вымывается в нижние слон почвы, стимулируя лх рост. ■

В росте корней гороха важную роль играют и фосфорные удобрения.

Фосфор способствует более интенсивному росту корней. Калий повышает их жизнеспособность особенно во второй период вегетации. Наиболее эффективно полное минеральное удобрение (табл. 7).

Поглощающая поверхность корневой системы гороха изменяется в зависимости от фазы развития растений и вносимых удобрений \(та:бл. 8).

Под влиянием способов посева изменяется количество кор: невых волосков. В пересчете на 1 мм2.больше всего их было на корнях растений лри перекрестном посеве — 315 шт., широкорядном—>304 шт. и меньше при узкорядном — 255 шт. Сроки посева-также.сказываются- на росте н формнрова-18

Корневая система в слое 0—100 см и урожай семян гороха на фоне удобрений (среднее за 1962—1972 гг.)

Вариант опыта Корни Семена

ц/га прирост • ц/га прирост

Ц % ' Ц %

Без удобрений 16,2 2,3 14,2 16,2 2,8 15,3

Мм 18,5 2,8 17..3 21,1 2.0 10,9

Рм 19,0 2,4 14,8 20.3 3,8 20,8

Км 18,6 3,5 21,6 22,1 3.6 19,7

РздКао 19,7 4,6 28,4 21,9 4,7 25,7

ЫэоРмКм 20,8 4,8 29,6 23,0 5.1 27.9

МмРсКео 21,0 2,7, 16,7 23.4 2.6 14,2

Нитрофоска 18,9 20,9

Таблица 8

Поглощающая поверхность корней у гороха к основные фазы развития при внесении удобрений, м*/г

Вариант опыта Глубина слоя, см Появление усиков Цветение

общая рабочая обшая рабочая

Без удобрений .... 0—20 3,34 2,23 3,04 1,43

0—20 — — 3,81 1.99

0—20 _ _ 4,96 2.59

20—40 4,96 2,75 3,79 1,75

20—10 —, _ 4.49, 2,41

20—10 —. —. 5.26 2,81

НбоРвоКзд...... 40—60 5,28 3,23 3,99 1.95

40—60 —_ ,— 4,91 2,63

40—60 — — 5,65 2,99

нни корневой системы гороха. Наиболее развита корневая система при раннем посеве, составляя 0,6 г, или 0,39 см3 на растение, в то время как при позднем соответственно 0,3 г, или 0,22 см3 на растение,

2.3.5. Свекла

Как показали наши исследования, триплоидные растения (гибридные формы) сахарной свеклы, подобно диплоидным (обычным сортам), в первый год жизни формируют корневую систему также стержневого типа.

Однако триплондная свекла имеет корневую систему, су-

щественно отличающуюся в росте и развитии. Корни такой свеклы развиваются в более ранние фазы развития, причем значительно быстрее и глубже проникают в почву, сильнее разветвляются и имеют более высокую поглотительную активность; корневые волоски ее длнннее и содержатся в большем кол!гчестве на единицу длины!

■Установлена связь между развитием корневой системы и увеличением поверхности листьев и массы корнеплода у диплоидных и трнплоидных растении, Как'при внесении, так и без удобрений корневая система трнплоидных форм развивается значительно активнее, в результате чего повышается Зарастание ботвы й корнеплодов (табл. 9).

Т а б л » ц а 9

Масса корнеплодов, площадь листьев, поверхности корней у сортов и гибридов сахарной свеклы в зависимости от удобрений (в средпемна одно растение)

Шу чаемые объекты '

Сосуды

без удобрений

Лизиметры

без удобрений МасРмКм

Диплоидная'— сорт Рамонский 06

Ботва, г.....

Корнеплод, г . . . . Плошадь листьев, см1

39,4 169,7 610 965

С.0 22,8 570 1035

. * 307 1921 1871 3701

сн1 12,6 14.3 10,8 14.9

см* 22.6 24,6 50,6 31,5

Гибридная — БелоцерковсхнА лолигибрнд 1

27,8 127,4 752 957

4,2. 27,5 725 1190

432 1993 2374 ■ 5874

11,3 12,8 15,1 19,0

31,4 68,3 59,2 43,1

Ботва, г . . . .....

Корнеплод, г.......•.

Площадь листьев, см' ... . Поверхность главного, корне, см: Поверхность боковых корней,, см1

Корне-листьевзя корреляция проявляется по-разному в зависимости от формирования площади листьев, активности корней и урожая корнеплодов. Коэффициент корреляции между корневой системой и поверхностью листьев у контрольных растений составляет 0,737, а между массой корней и массой корнеплодов —0,683. На фоне удобрений эта сопряженность соответственно выражается коэффициентами 0,891 и 0,745. Прямая корреляция хорошо проявляется при оптимальных условиях роста и развития корневой системы у сахарной свеклы..

2.3.6. Многолетние травы

Характерной особенностью корневой системы многолетних трав является их непрерывный рост и развитие при ежегодном отчуждении надземных органов. Такие специфические особенности корневых систем неизбежно оказывают влияние на разнообразие в строении и продуктивности растений.

Исследования, проведенные нами на различных почвенных разностях в чистых и смешанных посевах с внесением минеральных удобрений, показали, что у разных видов трав корни и корневые системы существенно отличаются как по степени 'развития и глубине проникновения, так и по физиологической активности и биологическим свойствам.

. Овсяница луговая обладает енльноразвнтой мочковатой корневой системой, в связи с чем последние способны глубоко проникать в почву. Поглощающая поверхность их значительно больше, чем у тимофеевки луговой. Кустистость ее высока, что является следствием того, что у основания узла кущения интенсивно развиваются придаточные корни. Корневая система данной культуры хорошо отзывается на внесение минеральных удобрений.

Тимофеевка луговая имеет пониженную энергию роста корней. Они более коротки и охватывают меньший объем почвы в сравнении с корнями овсяницы луговой. При повышенной влажности и усиленном минеральном литании улучшается рост и развитие корней. По окончании плодоношения активность корней значительно снижается. Узловые корни более тонкие, нитеобразные; слаборазветвляюишеся и с меньшим количеством корневых волосков, чем зародышевые, которые рано стареют и часто отмирают. Рост ее корней в уплотненной почве замедляется, в связи с чем корни до 92—94% размещаются в верхних слоях почвы. Зимостойкость корневой системы тимофеевки луговой, однако, выше, чем овсяницы луговой.

У люцерны синей, клевера красного нами обнаружены следующие особенности роста и развития корней. Наиболее интенсивное наростание корневой системы наблюдается у люцерны по отношению к корням клевера -при внесении полного литерального удобрения. Независимо от вида почвы, корни люцерны размещаются как в верхних ее слоях, так и в глубине. Корни люцерны хорошо реагируют на удобрения. В начале вегетации они растут- быстрее, чем надземная масса. Ко времени цветения коэффициент корреляции между нарастанием надземной массы и корней составляет для люцерны синей 0,983, а для клевера красного — 0,622.

На второй и последующие годы жизни количество корней у люцерны и клевера увеличивается и соответственно попы-

шается урожай надземной-.массы/ Минеральные удобрения способствуют не только увеличению надземной массы и корневой системы, но иповышают количество клубеньков на корнях как в чистом посеве,, так и.в смешанном. Установлено, что после укосов на.сено рост корневой системы люцерны н клевера продолжается it-TEMt интенсивнее, чем больше минеральных удобрений внесено в виде послеукосной подкормки.

\ ' 2.3.7. Методические разработки по научению

корневых систем

В четвертой главе диссертации.— «Способ экологических экспресс-исследований корневых-систем растения с одновременным определением влажности: при помощи разработанного нами универсального корневлагомера УКВ-2» — приводятся описание и методические указания по его эксплуатации. Данный прибор значительно-сокращает время и труд исследователя н позволяет получать за- весьма' короткий период работы, необходимое количество научных сведений о природе корней и влажности почвы одновременно. ■: -

Прибор работает на принципе разной электропроводности почвы, а также основной ткани корней. Чем выше влажность при одинаковом содержании электролитов .(удобрений) в почве, тем выше проводимость' : последней и, наоборот, в сухой почве электропроводность практически равна нулю.

■При определении размещения: в-почве корней исходим из того, что в цепь включаем растение и-что при соприкосновении с1 корнями наблюдается скачок-омического сопротивления в цепи. Сравнения работы: прибора УКВ-2 проводили с буром-E. Г. Петрова (1959.г;). Точность измерений оценивали поштегралу, вероятность распределения Стьюдента прч надежности результатов 95% .7-по.методике К. Pero (1968 г.).

Исследования проводили на. корнях растений, растущих в поле и монолитах. Перпендикулярно к их оси производили соответствующие замеры, на основе которых составлены градуи-ровочные таблицы. Изучение 'электропроводности почвенно-коллондной фракции, сока-корней и корневых выделений при разных температурах позволило обнаружить дискретность его изменения в зависимости от температуры почвы. Данное явление позволяет высказать: гипотезу , о димерности (сдвоенности) молекул воды и их координационной взаимосвязи в комплексы кластерного-типа в макромолекулах при поглощении корнями растениЙ'влагн и питательных веществ и почвы.

3. Основные-выводы

3,1.. Впервые вризологин. регионов УССР нами изучены вопросы разностороннего влияния внешних условий и прие-

mod агротехники на рост корней и развитие корневых систем с учетом формирования урожая полевых культур; показано количественное накопление и распределение корней в почве, эффективность технологических приемов как средства повышения активности корневых систем; по-новому трактуется специфика новообразования и регенерации корневых волосков,

■ 3.2, Исследования по кортям и корневым системам однодольных и двудольных сельскохозяйственных, растений показали, что каждый вид или сорт формирует свои характерные корни и корневые системы, по-разному развивающиеся под влиянием факторов корнеобнтаемой среды и ¡приемов агротехники. Так, например, при уплотненной почве корни нарушают рост и развитие из-за ухудшения теллового и воздушного режимов.

3.3. Сопряженная связь между урожаем и корнями начинает проявляться уже в начальных фазах роста и развития растений. Эта связь характерна тем, что прирост урожая является прямолинейной функцией от активности, интенсивности роста корней н формирования корневых систем.

¡Вынос же основных элементов питания из почвы является возрастающей криволинейной функцией активности корневых систем, изменяющейся по фазам развития. Коэффициент корреляции выноса элементов питания к активности корней изменяется в пределах от 0,642 до 0,833. На отдельных сортах установлено, что с повышением активности корней может уменьшаться их масса.

3.4. На юге Украины формирование корневой системы растений зависит, главным образом, от влажности почвы, а в условиях Полесья — от количества внесенных удобрений.

Экстремальную величину корней, зерна и надземной массы в условиях юга дают пшеницы Одесская 5) и Прибой, а в условиях Полесья— Мироновская 808 и Полесская 70. Высокопродуктивные сорта пшениц Кавказ и Аврора п оптимальных условиях влажности юга образуют более активную корневую массу, чем Одесская 51 и Безостая 1; при дефиците влаги, наоборот, последние обгоняют в развитии корневой системы сорта Кавказ и Аврора; это возникает за счет разницы активности и глубины проникновения корней и хорошей развитости корневой системы, что в целом сглаживает недостаточность влаги в корнеобнтаемой зоне.

3.5. Опытами с удобрением под озимую пшеницу установлено, что по окупаемости использования удобрений ее корневыми системами первое место мы отводим азотному и полноминеральному. В подкормках корней интенсивных сортов осенью и весной лучше использовать фосфорные, калийные и азотно-фосфорно-калийные.

-.Азотные удобрения увеличивают массу корней, повышают общую адсорбирующую и рабочую поглощающую поверх-носп^способствуют образованию; длинных корней и увеличивают.количество тонких корневых волосков, что, в свою очередь, усиливает контакт корневой системы с почвой. - Фосфорные.удобрениястимулируют рост корней в глубину, оказывают большое влияние на их развитие, образование, толстых:« длинных'корней с короткими,.но толстыми корневыми волосками. ■ . .

■ Калийные удобрения содействуют углублению корней в почву, образованию тонких, но более разветвленных и укоро-. ченных корней и корневых волосков..

• '»Калийно-фосфорные удобрения усиливают образование' узловых корней. Совместное внесение азотно-фосфорно-калий-. ных удобрений вызывает образование большой массы мелких, корней,' хорошо покрытых корневыми волосками, проникающими в глубокие слон почвы и активизирующими возобновление придаточных корней из корнеродной части стебля.

3.6.' Предложенное нами раннефазное рыхление ло посеву ' обеспечивает ускоренное образование вторичных корней. Дополнительные узловые корни злаковых повышают мощность корневой системы, ее поглощающую способность и положительно влияют на продуктивность растений. Осеннее рыхле- . ние; например, посевов'озимой пшеницы способствует более., раннему появлению и развитию узловых корней, обуславливающих повышение зимостойкости растений. На пшенице Мироновская 808 нами установлено, что. количество живых расте-• ?шй с большим количеством узловых корней было на 26— 29,2% выше в сравнении с растениями, не имевшими аналогичных корней: .

. 3.7. Рост и развитие корневой системы и образование надземной массы кукурузы в смешанных посевах имеет различную корреляцию. Прямая корреляционная, или положитель-' ная связь между, надземной массой и корнями нами установлена при оптимальной влагообеспеченности растений в процессе их вегетации, где коэффициент корреляции составлял 0,893—0,934. При исследовании влияния бобового компонента на рост корней'и прирост зеленой массы кукурузы определена криволинейная корреляция, коэффициент которой изменялся сначала в сторону увеличения и составлял 0,884, а затем в обратном-направлении.н составлял 0,522. . Опыты с многостебельной кукурузой, образующей несколько мощных стеблей, имеющих до 22 и больше листьев, показали, что прлрост надземной массы обуславливается положительной коррелятивной связью с ростом и активностью корневой системы. Характер этой связи определяется доволь-. 24

но высоким коэффициентом корреляции, составляющим 0,911—0,934.

Изучая рост корней кукурузы, мы установили, что от всходов до фазы образования седьмого листа у многостебельной многопочатковой кукурузы, общая длина корней превышает в 4 раза длину таких же корней однопочатковых гибридных растений и в 2 раза одностебельных многопочатковых. При этом стебли такой кукурузы образуют в 3—б ярусов мощные придаточные воздушные корни, которые располагаются выше поверхности почвы.

3.8. Как нами установлено, горох, кроме стержневой, образует также л стеблевую систему корней. Стержневая система отличается по мощности развития, длине и толщине боковых и придаточных корней. Стеблевая корневая система гороха имеет особое строение в связи с тем, что она образуется из корнеродных клеток стебля. Горох имеет следующие группы стеблевых корней: гипокотнльную, эпикотильную и м ежузловую.

Гипокотильные корни образуются на укороченном участке стебля, располагающегося ог начала основного корня и до •места прикрепления семядолей, то есть на гнпокотиле или подсемядольном колене.

Корни, выросшие на участке стебля между семядолями и первыми редуцированными листьями, являются эпикотиль-ными.

Корки, которые образуются на междоузлиях стебля, отнесены к межузловым.

На рост и развитие корневой системы гороха влияет глубина заделывания семян, срок посева и использование удобрений,

3.9. Наше исследование корневой системы растений свеклы показало, что в начальных фазах развития боковые корни "и корневые волоски у нее образуются не только на главном корне, но и на корневой шейке или на гипокотильной части корня. В сравнении с диплоидными сортами преобладающее большинство их установлено у гибридных растений. В опытах корневая шейка имела различную длину, особенно у растений, произраставших на фоне минеральных удобрений; при этом установлено, что растения диплоидной И триплонд-ной сахарной свеклы на удобрения реагируют неодинаково.

Растения триплоидного гибрида как на удобренных, так и на неудобренных фонах имеют значительное преимущество в росте и развитии корневой системы и формировании поглощающей поверхности корней в сравнении с диплоидными сортами. Установлена тесная сопряженная связь между привесом корнеплода, поверхностью листьев и развитием корневой системы у гибридных и обычных форм растений свеклы.

3.10. Корневая система многолетних бобовых трап, как показали исследования, продолжает развиваться и после скашивания надземной биомассы. Интенсивную регенерацию корней и побегов из корневой головки вызывает рыхление на глубшу залегания головки. Такое мероприятие интенсифицирует рост корней м прирост урожая трав. Бормолибденовые и марганецсодержащие мнкроудобрення' вызывают интенсивное развитие всей корневой системы у клевера и люцерны, ■выращиваемых на семена.

3.11. Исследование поперечных срезов корней и корневых "волосков у корней озимой пшеницы показало, что отношение

рабочей поглощающей поверхности к общей в фазу осеннего кущения составляло 1 : 1,2, весеннего— 1 : 1,6, а в фазу восковой спелости их соотношение^ изменялось в пределах от 1 :2 до 1:3.

' : Таким образом, кора корня как орган поглощения жидкой фазы в виде электролита из почвы определяет адсорбирующую мембранную поверхность корней у растений, изменяющуюся по фазам.

,, Так, у сортов и гибридов озимой пшеницы в фазе осеннего кущения на долю первичной- коры в зародышевом корне в среднем приходилось 82%' из всех тканей корня, а в узловом ее количество достигало 92%1 В фазу же весеннего кущения установлено значительное уменьшение доли коры в структуре корня, что соответственно, составляло 31% и 67%.

3.12. Для изучения пространственного расположения корней и корневой системы нами разработаны метод и специальный прибор УКВ-2, действующий на принципе электропроводности корней и почвы. В электрическую цепь включены естественные структуры «стебель—корень—почва», что позволило разработать способ пространственной; индикации корневых снстем'в чистых посевах в фитоценозе. ;

Датчик прибора имеет сверло, изолированное от остальной !части бура и служащее электроконтактным органом между измерительной частью прибора и корнем растения. Рабочим электроконтактным органом на почвенном срезе служит портативный щуп-игла-

Принципиальная новизна данной теоретической разработки защищена авторским свидетельством на изобретение СССР № 383429. • • . •

• 3.13.: С помощью прибора УКВ-2:многолетними исследованиями установлено, что у. злаковых культур 60—80%, а у бобовых 40—60% корней, располагается в верхних'слоях почвы. При этом наибольшее их: количество сосредоточено в пахотном; горизонте.: - '*■ -

На дерново-подзолистой почве до 80% .корней злаковых ¿6

культур расположено в слое 0—30 см с тенденцией к горизонтальному ветвлению до 100 см по диаметру и-даже более.

На мощных и обыкновенных черноземах в слое 0—30 см расположено около 30% корней этих культур с зоной горизонтального ветвления до 70% по диаметру. На глубине 80— 100 см находится корней в 4—5 раз больше, чем на дерново-подзолистой и в 1,2—2 раза больше, чем на почвах ,с тяжелым механическим составом.

•3.14. Корневые волоски на молодых корнях располагаются по всей длине корня неравномерно. В связи с этим растущий -корень с имеющимися на нем волосками мы .разделили на зоны:

а) меристематическую, или зону деления;

б) растяжения, или дифференцирования;

в) зону новообразования и формирования волосков;

т) зону образования боковых корней; '

д) зону старения и отмирания корневых волосков.

3.15. Многочисленными разносторонними исследованиями установлена коррелятивная связь в «триаде»: корень—стебель—плоды.

Исследование данного «триада» показало взаимосвязь между органами питания, фазами развития и урожаем; некоторые факты по морфолого-биологическим особенностям корневых систем зерновых и зернобобовых изложены впервые.

Статистическая обработка результатов урожайности по относительным и абсолютным величинам показала, что более высокий сбор зерна дают сорта, которые имеют хорошо развитую корневую систему, расположенную в богатых питательными веществами и влагой слоях почвы. Однако мощная корневая система злаковых не всегда предопределяет высокую их продуктивность. Причиной является варьирование обшей адсорбирующей н рабочей поглотительной поверхности корней, связанное с влиянием на них часто изменяющихся в течение вегетационного периода факторов внешней среды.

3.16. Эффективность влияния минеральных удобрений на прирост урожая определяется степенью роста и развития корней. В засушливых условиях степи Украины самый высокий урожай зерна озимой пшенииы получен при дозе NsoPmKjo— 32,6 ц/ra и наличии корневой массы 29,4 ц/га, в центральной Степи NuoPuaKiio — 36,5 ц/га и наличии корневой массы 30,2 ц/га, в Полесье NtsaPtsoKuo — 36,6 ц/га и наличии корневой массы 28,04 ц/га.

'Коэффициент корреляции между массой сухих веществ корней в метровом слое почвы в фазе молочной спелости составлял: южная Степь — 0,724, центральная Степь — 0,851, Полесье —0,686.

3.17. Корни и корневые системы интенсивных сортов ози-

мой пшеницы (Безостая 1, Одесская 51,. Кавказ и Прибой) .при ранних и оптимальных сроках посева к периоду прекра-. щения осенней вегетации имеют неодинаковую степень разви-тия;Прн позднем сроке посева корни проникают на меньшую глубину и вся корневая система формируется в верхних слоях •почвы*. >

.3.18. На основании, изучения электропроводности корней и почвенно-коллоидно к фракции нами-установлено, что жизненные, процессы-в них: изменяются дискретно в зависимости от температуры. : . • *.■* . .

На основании этого нами высказана: гипотеза о существовании димер-ассоциатов воды, образующих макромолекулы, в которых'днмерьг связаны, в единый атрегат координационно и образуют комплекс кластерного типа, изображаемый нами формулой

tH .(H20) ОНЬ .

Путем построения диаграммы аномалий точек замерзания гбирндов элементов подгруппы кислорода таблицы Д. И. Менделеева мы определили, что при температуре 273 градуса по Кельвину гидриду кислорода соответствует молекулярный вес 180, который соответствует указанной формуле.

Число димеров воды в приведенной формуле уменьшается ступенчато с повышением температуры в почве. Яровизация-'озимых происходит при максимальном количестве димеров в ^молекуле. . |

В дальнейшем строение молекул воды в корнях и'почвен-но'-коллоидной фракции целесообразно : изучать,' используя ^специальные методы физической химии. ■

I

4. Предложения производству

• 4.1. Для производства нами предложены новые патентоспособные рекомендации по технологии возделывания злаковых, культур: . *

а) рыхление почвы по посеву на глубину залегания узла кущения {в пределах 30±10 м'м); •

. .6) рыхление почвы по посеву в период после развития фазы «третий лист» у 75% зеленых растений; причем из них 10—15% должны находиться в фазе «кущение»;

в) рыхление почвы плотностью 1,2—1,4 г/см3 при удельном давлении зуба бороны в пределах 0,4—0,7 кг/смг, рыхление почвы плотностью 1,4—1,6 г/сма при удельном давлении зуба-бороны в пределах 0,7—0,95 кг/см2, рыхление почвы плотностью4свыше 1,6 гУсм3 при удельном давлении зуба бороны в пределах 0,95—1,25 кг/см2. - . .

4.2. Осуществлять активное, регулирование роста развития корней и корневых.систем,.их функциональной активности пу-28

тем рыхления почвы и внесения азотных, фосфорных н калийных удобрений раздельно или в определенных сочетаниях с учетом целенаправленности получения желаемой продуктивности растений.

Рекомендуется учитывать, что азот способствует формированию длинных корней и тонкнх корневых волосков, фосфор— толстых разветвленных и глубоко проникающих, а калий — тонких и жизненно стойких, особенно в условиях низких температур в осенне-зимний период.

4.3. Под многолетние бобовые травы, особенно люцерну и клевер, для стимулирования роста корневых систем рекомендуются дозы минеральных удобрений в пределах 45—60 кг/га по действующему веществу в следующие сроки:

а) осенне-весенний (внесение половины дозы удобрений осенью 31 второй половины весной);

б) осенний .(полная доза);

в) весенний (полная доза в виде подкормки весной);

г) послеукосный в виде подкормки (полная доза).

4.4. С целью уменьшения травмирования корней кукурузы, сахарной свеклы и гороха рекомендуется производить рыхление с учетом глубины расположения корневых систем и отдельных корешков:

а) -в глубину;

б) в ширину.

4.5. При возделывании гороха рекомендуется с целью интенсификации продуктивности корневой системы его заделывание семян в почву производить в зависимости от размера и массы семян:

а) мелкие на 5—6 см;

б) средние на 6—7 см;

в) крупные на 7—8 см.

4.6. Изучение развития и состояния корневой системы выполнять с помощью разработанного нами электрозонда и прибора УК'В-2, позволяющими в кратчайшие сроки получать экспресс-информацию о корнях на глубину до 100 см с интервалом через каждые 40 см.

4,6. В производстве культур на орошаемых землях глубину залегания слоя активного влагообыена предложезю осуществлять но выведенной нами формуле

где Вз —'влагозатасы исследуемого слоя почвы, мм; Вс —влажность соответствующего слоя .почвы, мм; Кс — масса содержания корней в исследуемом слое почвы,. ц/га; , К —общая масса корней в кориеобитаемом слое почвы, н/га.

■ , :Влаг6запасы почвьг ка:любой глубине, предложено определять; по сумме влагозаиасов отдельных слоев почвы по формуле .... . ■ ..'..

р'__yiBc' Кс

• ; ••. ; • ; В "ТТ*- _ ;

Выведенные формулы- позволяют получать производственные данные по' активным запасам; влаги л водопотреблению растениями по фазам, развития, в отдельных почвенных слоях и с учетом накопившейся в них корневой массы. , ■ Данные рекомендации могут быть использованы в элек-тронновычислительных машинах при программировании урожаев'..- . .*..■. t . ,*.

4,7. Разработан! -производственный метод регулирования водного режима , корнеобитаемой среды, за счет специальной перемычки в, оросительном канале,- обеспечивающей механизацию водоподачн, защищенной- авторским свидетельством СССР -NY539566. - ; . : : .

, 4:8. Для специалистов сельского хозяйства, студентов и работников- науки издана монография-«Корневые системы и продуктивность .сельскохозяйственных растений» (К., «Уро-■ жай»,-;1975), которая позволяет изучать и выращивать урожаи новыми методами. Она содержит новые научные сведения о корнях, иллюстрирована рисунками и фотографиями.

4.9. Для выращивания урожаев на, научной основе с использованием вычислительной техники разработана специальная методика «Статистическая обработка опытных данных», которая учитывает взаимосвязь корневых систем с остальными органами и продуктивностью сельскохозяйственных куль-

.тур- . *' •

S. Список основных опубликованных работ по теме диссертации

. - 1:'Опыт использования местных шгаммов азотобактера пол кукурузу. Сб. студенческих научно-исследовательских работ. Вып. I, ГС Из. УССР, К., 1954 (в соавторстве).' ;

2. Влияние минеральных, удобрений-на повышение урожайности многолетних трав. Сб. студенческих, научно-исследовательских работ. Выл. II, ГСИз; УССР, К,-1955. -,--'• г

3. Динамика накопления, физиологически, активных веществ и активности ферментов у многолетних трав, под влиянием минеральных удобрений, Ж. «Вестннк с.-х. науки». К.. УАСХН, 1960. .V» 11.

4. Особенности роста и развития корневой системы многолетних трав при различных условиях' минерального, питания. Научные труды, т. 17,. вып. 12.. К., УДСХН, 1960. • ' .

5. Влияние удобрений , на содержание; минеральных н органических веществ в-надзе.чной'и корневой массе дюиерны синей и клевера красного. Сб.: «Роль удобрений и других = факторов в повышении, урожайности с.-х. культур»,- К., «Урожай», 1965, • ,

В. Влияние минеральных удобрений на развитие корневой системы и формирование урожая озимой пшеницы; Сб.: «Удобрения на полях Кнев-щнны>, К., 196fa (в соавторстве).

30' 1

7. Влияние бактериальных удобрений й малых доз суперфосфата на формирование урожая и образование корневой массы гороха. Сб.: «Приемы повышения урожайности с.-х. культур». К., «Урожаи», 1967 (а соавторстве) .

8. Влияние минеральных удобрений на урожай и содержание азота, фосфора и калня в надземных органах и корнях озимой пшеницы. Сб.: «Химия на полях Украины», К., 1967 (в соавторстве).

9. Влияние удобрений и условий выращивания .на рост надземной и корневой массы полевых культур. Сб.: «Химия на полях Украины», К., 1967 <в соавторстве).

10. Повышение продуктивности и улучшение роста корневой системы гороха при использовании минеральных удобрений. Тезисы докладов научной конференции «Удобрение па полях Украины», К.. 1067 (в соавторстве).

П. Урожай озимых сильных пшениц в зависимости от роста н активности; корневых систем н условий пырашиаання. Сб. «Агробиологические основы повышения урожайности с.-х. культур», К., «Урожай», 1968 (в соавторстве). . .

12. Рост и развитие корневой системы ди- и триплоидной сахарной свеклы при внесении минеральных удобрений. Сб.: «Повышение урожайности с.-х. культур». К., «Урожай», 1963 (в соавторстве).

13. Продуктивность растений озимой пшеницы в зависимости от нарастания и активности корней и сроков внесения минеральных удобрений. Рекомендации «Озимая пшеница в лесостепи н на Полесье УССР», К., 1969 (в соавторстве).

М. Зависимость урожая озимой пшеницы от изменения роста и активности корневой системы под влиянием минеральных удобрений. Сб. «Агробиологические основы повышения урожайности с.-х. культур», вып. 15, К., 1969 (в соавторстве),

15. Продуктивность растений и рост корневой системы люцерны синей при корневой и внекорневой подкормке мнкроудобреннями. Сб.: «Агробиологические основы повышения урожайности с.-х. культур», вып. 15, К„ 1969 (в соавторстве).

16. Корневая система и урожай озимой пшеницы. Монография «Озимая пшеница». К„ «Урожай», 1969 (в соавторстве).

17. Урожай н рост корневой системы озимой пшеницы при разных сроках внесения минеральных удобрений. Сб.: «Достижение агрохимии в производство». К., «Урожай», 1970 (в соавторстве).

18. Развитие корневой системы ошмой пшеницы в зависимости от способов основной обработки почвы. Сб.: «Научные труды по химизации сельского хозяйства», вып. 23, К., 19Г0 (в соавторстве).

19. Урожай и рост корневой системы озимой пшеницы в зависимости от содержания влаги в почве. Сб.: «Научные труды по химизации сельского хозяйства», вып. 23, К., 1970 (в соавторстве).

20. Изменение концентрации клеточного сока к осмотического давления в корневой системе и надземных органах растений озимой пшеницы под влиянием разных доз минеральных удобрений. Научные труды УСХА «Агробиологические основы повышения урожайности с.-х. культур», вып. 37, 1971 (в соавторстве).

21. Продуктивность растений и активность корней у озимой пшеницы с разной устойчивостью против поражения болезнями ржавчины. Научные труды УСХЛ «Повышение продуктинностн с.-х. культур», вып. 59, К., 1971 <в соавторстве).

22. Универсальный корневлагомеп типа УКВ-2. Техническое описание и инструкция no эксплуатации. УПК УСХА, К„ 1973 (в соавторстве),

23. Корневые системы и продуктивность сельскохозяйственных растений. Монография. К., «Урожай», 1975 (в соавторстве).

21. Коррелятивная Зависимость между ростом корневой системы и надземной частью растений озимой пшеницы. Научные труды УСХЛ вып. 119, К., 1975, с. 10—12.

' 25.'Активаость 0Ы1слителъно-воостаковнтельних ферментов озимой пшеницы в осенне-зимне-весениий период. Научные труды УСХА «Повышение урожайности зерновых и.кормовых хультур.в условиях Полесья и Лесостепи УССР», вып. 163, К., 1975 (в соавторстве).

26. Рост корневой системы и продуктивность растений озимой пшеницы в условиях орошения. Научные труды УСХА'«Биологические основы повышения урожайности сельскохозяйственных культур», вып. 146, К., 1975 (в соавторстве).

27. Статистическая ^обработка: опытных'.данных. Методическое пособие (таблицы определения точности опыта н наименьшей существенной разности). 4,1. К., УПК УСХА, 1978 (в соавторстве).

; 28. Статистическая обработка опытных данных (таблицы определения точности опыта н наименьшей существенной разности). Ч. 2, К., УПК УСХА, 1978 (в соавторстве).

29. Сравнительная , эффективность осенней и весенней подкормок озимой пшеницы минеральными -удобрениям»,. Информационное письмо. № 442. К., УПК УСХА, 1978 (в соавторстве).

Авторские свидетельства на изобретения:

а) а. с. № 383429, «Способ определения пространственного расположения корневой системы растения*, приоритет от 22.7.71;

б) а. с. № 539566, «Устройство для установки перемычки. , в оросительном канале», приоритет от 25.7.75.

Объем 2 п. л. Заказ 1047. Тираж 120

Типография Московской с.-х. академии им. К. А. Тимирязева 127550: Москва И-550, Тимирязевская ул., 44