рослинництво

Як відомо, фосфору належить важлива роль у формуванні продукції високої технологічної та продовольчої якості. Під впливом фосфору посилюються процеси нагромадження цукру в коренеплодах цукрових буряків, утворення крохмалю в бульбах картоплі, підвищується вміст олії в насінні соняшнику, поліпшується якісний склад білка зернових культур. Фосфор входить до складу нуклеїнових кислот, без яких неможливий синтез білкових молекул та передача спадкових якостей, тобто жоден процес в живому організмі не відбувається без участі фосфору.

На кислих дерново-підзолистих ґрунтах, незважаючи на іноді достатньо високий вміст рухомого фосфору в ґрунті, рослини відчувають його нестачу. Однією з причин недостатнього надходження фосфору в рослини може бути висока концентрація рухомого алюмінію в ґрунті, який знижує його доступність. Це пов’язано з тим, що на стінках рослинних клітин відбувається акумуляція ортофосфат-іону РО4- за рахунок адсорбційного зв’язування його з алюмінієм і утворення нерозчинного осаду АlРO4, що в подальшому призводить до істотного порушення процесів метаболізму фосфору. Тому для підвищення коефіцієнта засвоєння фосфору рослинами треба зменшити у ґрунті концентрацію розчинного алюмінію, що досягається вапнуванням кислих ґрунтів.

Незважаючи на різні співвідношення та зростання доз мінеральних добрив, деякі показники якості залишаються майже без змін. Йдеться про вміст крохмалю, клейковини і золи в зерні пшениці. Тут простежується відома тенденція: чим вищий вміст білка, тим менша крохмалистість зерна, і навпаки.

Добрива помітно впливають на фізичні та технологічні якості зерна. Азотні добрива підвищують його скловидність, вміст клейковини, силу борошна, об’єм хліба, але дещо знижують масу 1000 зерен та об’ємну масу зерна. Калійні добрива сприяють поліпшенню фізичних якостей зерна.

Калій – оптимізує строки достигання і поліпшує якість сільськогосподарських культур. Але неправильне застосування калійних добрив, яке найчастіше зводиться до завищення доз, незбалансованості калію з іншими елементами, невідповідності біологічної групи деяких рослин окремим формам калійних добрив, обумовлює не стільки зменшення врожаїв, скільки погіршення їх якості. Наприклад, найчастіше на якість бульб картоплі негативно діє не калій, дози якого під картоплю становлять 120-200 кг/га, а тісний його супутник в калійних добривах – хлор. При використанні під картоплю хлорвмісних добрив, хлор негативно впливає на ріст і розвиток картоплі, в бульбах зменшується вміст крохмалю.

131

Нерідко виникає потреба вносити калійні добрива у високих дозах один раз за ротацію ланки сівозміни – про запас. В цьому випадку має значення під яку культуру слід вносити про запас калійні добрива, особливо ті, що містять хлор. Доведена можливість внесення калійних добрив про запас на 3 роки під озиме жито – попередник картоплі. В цьому випадку якість картоплі не погіршується. Одноразове внесення сівозмінної дози під картоплю на дерново-підзолистому ґрунті, знижує в середньому по формах добрив вміст крохмалю в бульбах на 1,2%. При внесенні про запас калію під кукурудзу отримують низький збір продукції в зернових одиницях.

Значення калію для одержання якісного зерна пивоварного ячменю з високим вмістом екстрактивних речовин відоме. Але в окремі роки, під дією калійних добрив екстрактивність зерна зменшується, незважаючи на те, що вміст крохмалю (основної екстрактивної речовини) в зерні збільшується. Це пояснюється тим, що під дією калійних добрив відбувається як збільшення кількості крохмалю, так і перетворення простих, розчинних у воді білків у високомолекулярні сполуки, які не переходять в екстракт.

Отже, в умовах інтенсивного землеробства, яке передбачає застосування під картоплю, овочі та деякі технічні зернові культури високих доз калію, з перевищенням його доз над дозами азоту в 1,5-2 рази, слід брати до уваги і можливі негативні наслідки, враховувати фактори, що їх зумовлюють (збалансованість калію з іншими елементами, зокрема з фосфором, кальцієм, магнієм; властивості ґрунту, особливості сорту тощо). Надмірне внесення калійних добрив порушує в ґрунті баланс магнію, натрію, кальцію, бору та їх співвідношення, що може негативно вплинути на процеси живлення культурних рослин.

В останні роки підвищилася увага до нагромадження хлору в сільськогосподарській продукції. Внесення підвищених доз хлорвмісних калійних добрив на дерново-глейовому супіщаному ґрунті, зумовило нагромадження хлору у вирощуваних рослинах і акумулятивному горизонті. На вміст хлору в ґрунті значно впливають атмосферні опади. Внесення підвищених доз калійних добрив роздрібнено під кожний укіс багаторічних трав не призводить до нагромадження хлору в токсичних кількостях.

Підвищення доз калійних добрив впливає на вміст у рослинах і деяких інших елементів. Так, воно збільшувало концентрацію марганцю в рослинах льону-довгунця на дерново-середньопідзолистому

132

легкосуглинковому ґрунті. Високі дози калійних добрив, на бідному фосфорному фоні, сприяли більш інтенсивному поглинанню цинку рослинами сорго, а при пониженій кислотності ґрунту – підсилюють надходження в рослини важких металів. Із збільшенням доз калійних добрив на сірому лісовому ґрунті, в листках кормових буряків зростав вміст нітратів.

Використання калійних добрив із залишковою природною радіоактивністю не призводить до істотного підвищення радіоактивності сільськогосподарських культур, але бувають випадки зростання її у кілька разів порівняно з радіоактивністю рослин, вирощених у природних умовах без застосування мінеральних добрив. Таке явище пов’язане з нагромадженням калію і, як правило, спостерігається в молодих рослинах на ранніх стадіях розвитку, при внесенні в ґрунт високих доз калійних добрив. Внесення їх у великих кількостях на культурних пасовищах за один прийом, може підвищувати радіоактивність корму в 2-3 рази порівняно із звичайним рівнем.

Численні досліди з підстилковим гноєм та торфогнойовими компостами, проведені в дослідній мережі України, свідчать, що при раціональному використанні ці види добрив не погіршують якості продукції рослинництва, а, навпаки, поліпшують основні її показники. Дещо складніша справа з нетрадиційними видами органічних добрив, застосування яких повинно бути нормованим. Йдеться, насамперед, про безпідстилковий гній та осади стічних вод міських очисних споруд

іпідприємств легкої промисловості. Відповідь на ці питання дає серія польових дослідів, проведених на чорноземі типовому малогумусному середньосуглинковому в Лісостепу і на Поліссі.

Систематичне внесення рідкого гною і продуктів його механічної переробки (рідка і тверда фракції) при застосуванні їх у помірних дозах не призвело до погіршення якості основної продукції польової сівозміни. Порівняно з контролем (без добрив) не відмічалося погіршення якості таких показників, як хлібопекарні властивості й клейковина зерна пшениці, а вміст протеїну в зерні пшениці, ячменю і зеленій масі однорічних трав підвищився. Більш високу якість при застосуванні добрив одержано за такими показниками, як скловидність, об’єм хліба

ісила борошна зерна озимої пшениці, як вміст клейковини в зерні ячменю і протеїну в зеленій масі кукурудзи.

Вміст цукру в кормових буряках на всіх удобрених варіантах був нижчим, ніж на контролі без добрив.

133

У варіантах, де вивчали порівняльну ефективність рідкого і підстилкового гною свиней, твердої і рідкої фракції рідкого гною та мінеральних добрив при внесенні їх в еквівалентній кількості за вмістом загального азоту (N100), одержано по всіх видах добрив показники якості, що перевищували контрольні. Серед удобрених варіантів здебільшого кращими були варіанти з підстилковим гноєм і мінеральними добривами.

Але осади стічних вод порівняно з іншими органічними добривами часто мають підвищений вміст важких металів. Перевищення гранично допустимих концентрацій в осадах спостерігається по хрому, кобальту, решта важких металів нижче значень ГДК і знаходиться майже на рівні підстилкового гною. Як показав аналіз зерна озимої пшениці, вирощеної в дослідах при застосуванні як помірних, так і високих доз осадів стічних вод підприємств легкої промисловості, вміст важких металів у ньому був на рівні неудобреного контролю.

Здебільшого підвищений вміст важких металів у коренеплодах буряків спостерігається при застосуванні високих доз осаду. При використанні помірних доз осаду, до яких належить і рекомендована доза N100, у переважній більшості не перевищує їх концентрацій у традиційних добривах, хоч така тенденція є по хрому і свинцю. Що стосується зеленої маси кукурудзи на силос, то нагромадження важких металів у ній відбувалося аналогічно коренеплодам буряків – по гною вміст свинцю становив 1,2, хрому – 0,62 мг/кг сухої маси, при внесенні помірних доз осаду стічних вод відповідно 2,2 і 1 мг.

Найбільш низькою здатністю до вбирання важких металів відзначаються зернові культури. Як у прямій дії осаду стічних вод очисних споруд, так і в післядії при використанні його в помірних дозах не спостерігали перевищення прийнятих гранично допустимих концентрацій.

4.2. Фізіологічні основи кореневого живлення

Характеризуючи елементи мінерального живлення ґрунту, слід відмітити, що окрім вуглецю, кисню і водню до складу рослин входять близько 70 хімічних елементів. Ті елементи, які після спалювання рослини залишаються у золі (попелі), називаються зольними (калій, фосфор, магній, сірка, марганець, залізо, натрій, бор, кремній). Елементи, вміст яких у рослинах коливається від сотих часток, до цілих відсотків (>0,01%) у розрахунку на суху речовину, називають макроелементами (азот, фосфор, калій, кальцій, кисень, вуглець, водень, сірка).

134

Ті ж елементи, яких рослини містять дуже мало – від тисячних до стотисячних часток відсотка (0,001-0,0001%), називають мікроелементами (марганець, бор, молібден, мідь, ванадій, цинк, кобальт, йод та ін.), а менше мільйонних часток відсотка (<0,000001%) – ультрамікроелементами (рубідій, цезій, селен, кадмій, срібло, ртуть, золото).

Суха речовина рослин складається з вуглецю (45%), кисню (42%), водню (6,5%), азоту (1,5 - 5%) і золи (5 - 12%), в якій містяться зольні елементи. В рослинах виявлено більше 80 елементів зі 108 відомих у природі. Вважається, що для нормального росту і розвитку рослинам необхідні 15 елементів: вуглець, кисень, водень, азот, фосфор, калій, кальцій, магній, залізо, сірка, мідь, бор, молібден, цинк, марганець. Такі ж елементи як літій, срібло, стронцій, кадмій, алюміній, силіцій, титан, свинець, хром, селен, фтор та нікель належать до умовно необхідних.

Азот найбільше впливає на ростові процеси рослин. Він входить до складу амінокислот, білків, нуклеїнових кислот, хлорофілу, ліпідів та інших сполук. Основним джерелом надходження азоту в ґрунт є рослинні рештки, азотфіксуючі мікроорганізми, органічні й мінеральні добрива, частково атмосферні опади. При достатньому забезпеченні азотом рослини інтенсивно ростуть, мають темно-зелене забарвлення, у них багато білка. Надмірна кількість азоту ослаблює механічні тканини, подовжує вегетаційний період. При дефіциті азоту рослини жовтозелені, погано ростуть, у них зменшується вміст білка.

Фосфор входить до складу білків ядра, нуклеопротеїдів, а також нуклеїнових кислот, ліпідів, фітину й макроергічних сполук. Він прискорює достигання рослин. При недостатньому вмісті фосфору в ґрунті затримуються ріст і розвиток рослин, особливо у молодому віці.

Калій сприяє оводненості клітин, переміщенню вуглеводів із листків у інші органи. При нестачі калію в рослинах знижуються тургор у клітинах, стійкість рослин проти несприятливих умов середовища.

Рослини розвиваються і живуть завдяки повітряному і кореневому живленню. Листками вони засвоюють понад 95% вуглекислого газу. З водних розчинів листки рослини засвоюють зольні елементи, азот, сірку. Проте основна кількість азоту, зольних елементів і води надходить в рослину крізь кореневу систему, яку слід розглядати як орган вбирання й синтезу поживних речовин.

Кореневе живлення – складний фізіологічний процес вбирання мінеральних елементів із ґрунту, переміщення їх у рослині та участі в процесах синтезу органічних речовин, а також вторинного їх використання (реутилізації). Солі поглинаються коренями за законами

135

обмінної адсорбції. У ґрунтовому розчині вони дисоціюють на катіони N+, К+, Са+2 і аніони NО-3, H2PО4-, SO42- та ін. Аніони адсорбуються на поверхні коренів, оскільки протоплазма клітин кореневих волосків на поверхні несе позитивно й негативно заряджені частинки, які утворюються внаслідок дихання коренів. Корені у процесі дихання виділяють СО2, який, розчиняючись у клітинному соку, утворює вугільну кислоту. Вона дисоціює на іони Н+ і НСО3-, які насичують поверхню кореневих волосків. Адсорбовані зі ґрунтового розчину іони в поверхневих шарах протоплазми клітин обмінюються на іони Н+ і НСО3-, які й переходять у ґрунтовий розчин.

Рослини інтенсивніше вбирають ті катіони або аніони, які активніше включаються у процеси синтезу речовин. Надмірна кількість певних іонів солей може порушити обмін та інтенсивність вбирання потрібних рослині іонів. Найбільш шкідлива надмірна концентрація іонів Н+ (кислі ґрунти) і ОН- (лужні ґрунти). У більшості рослин процеси живлення краще відбуваються при слабко кислій або нейтральній реакції (рН 6-7). Найвищі концентрації іонів у розчині знижують інтенсивність надходження їх у рослини, але різні рослини неоднаково реагують на підвищення концентрації солей у ґрунті.

Рослинам властива добова ритмічність вбирання елементів живлення. Упродовж доби спостерігається 4–6 періодів активізації та гальмування процесів їх вбирання. Інтенсивність вбирання елементів живлення із ґрунту змінюється і протягом вегетації. Інтенсивніше рослини поглинають елементи в молодому віці та в період максимального наростання листкової маси.

Кореневе живлення можливе не лише із ґрунту, а й з інших субстратів. Вирощування рослин без ґрунту (у штучних поживних середовищах) називається гідропонікою. Субстратом для цього можуть бути промитий шлак, галька, подрібнена цегла, керамзит, вермикуліт, пластмасова кришка та інші матеріали, позбавлені отруйних речовин. Рослини вирощують і без субстрату. Такий спосіб вирощування називається аеропонікою. Вода та мінеральні елементи живлення подаються рослинам за допомогою періодичного автоматичного вприскування форсунками.

Для вирощування високих урожаїв сільськогосподарських культур, природних запасів більшості елементів живлення в ґрунтах недостатньо. Для повнішого задоволення потреб рослин в елементах живлення в ґрунт вносять добрива.

136

Характеристика морфо-біологічної будови кореневої системи польових культур та її функції. Корені є вегетативними органами рослин, за допомогою яких вони вбирають основні елементи мінерального живлення з ґрунту, а також виводять з рослин різні сполуки. Так відбувається обмін речовин у системі ґрунт – рослина. При добре розвиненій кореневій системі рослини ефективно використовують вологу і поживні речовини ґрунту.

Корінь, який росте, має так званий кореневий чохлик, під ним безпосередньо розміщується зона клітинного поділу, а за нею – зона росту (розтягу) кореня, в якій клітини витягуються. В них з’являються вакуолі – порожнини в цитоплазмі клітин, що заповнюються клітинним соком. Завдяки цьому корінь заглиблюється в землю. Якщо цю зону кореня видалити, то ріст його донизу припиняється, утворюються бічні корінці. Іноді це роблять штучно з агротехнічною метою на площах насінників люцерни, при пересаджуванні розсади кормових коренеплодів та ін.

Вище зони росту розміщена всмоктувальна зона 0,5-2 см завдовжки. Вона густо обростає кореневими волосками – тонкими виростками клітин епідермісу 0,2-1 см у всисній зоні. Через них в рослину надходять (всмоктуються) поживні речовини разом з вологою. Це найактивніша зона кореневої системи. Кореневі волоски відмирають через кожні 15-20 днів і знову утворюються на ростучих коренях. Ці тонкі корінці – коренева ризосфера – проникають між ґрунтовими частинками і міцно утримують рослину в ґрунті. Коріння рослин знаходиться в оточенні ґрунтових мікроорганізмів, які утворюють своєрідний “чохол” – ризосферу, і є трофічними посередниками між ґрунтом і рослиною.

Виходячи із цього основними функціями кореневої системи

польових культур є: запасна, видільна, провідна, механічна (утримання рослин у вертикальному положенні) та як орган вегетативного розмноження.

Основна маса коренів (65-80%) польових культур на суглинкових ґрунтах Лісостепу й Степу розміщена в шарі ґрунту до 40 см, а з урахуванням довжини коренів найбільше їх (80-85%) у шарі 20-60 см.

Важливе значення для отримання стабільних урожаїв польових культур має глибина проникнення кореневої системи в ґрунт, так корені ячменю, вівса, гороху, сої та інших культур проникають у ґрунт на глибину від 125-150 до 200 см; кукурудзи, суданської трави, соняшнику, цукрових буряків, сорго від 250-350 до 400 см. Це дозволяє рослинам, які мають глибоко проникаючу кореневу систему, використовувати запаси вологи із нижніх ґрунтових горизонтів.

137

Глибина проникнення коренів у ґрунт залежить не тільки від умов зволоження, а й від механічного та хімічного складу орного й підорного шарів ґрунту. Якщо на глибині 100-120 см ґрунт надмірно зволожений, то коренева система рослин формується в шарі до 100 см. За таких умов загальний обсяг кореневмісного шару менший і для отримання високого врожаю треба збільшувати норми внесення добрив.

В орному шарі ґрунту розміщується основна маса коренів польових культур. Внесення добрив на посівах злакових сприяє збільшенню маси коренів у верхньому шарі. На посівах бобових (в даному разі сої) це не спостерігається, а навпаки, загальна маса коренів може зменшуватись. Основна кількість коренів за довжиною (дрібні корінці, так звана ризосфера) розміщується в підорному шарі.

Важливе значення має коренева система як джерело поживних речовин для наступних культур. Після різних польових культур у ґрунті залишається від 35-45 до 70-100 ц/га і навіть більше кореневих і стерньових решток. Так, на посівах багаторічних трав щороку залишається в ґрунті 60-80 ц/га сухої маси коренів. За 3-4 роки використання люцерна залишає 25-30 т/га органічної маси, в якій міститься 450500 кг/га азоту, 100-120 фосфору, 350-400 кг/га калію. Кореневі рештки бобових трав (люцерни, конюшини, вики озимої і ярої, буркуну) містять у два-три рази більше азоту, значно більше фосфору і кальцію, ніж кореневі рештки злакових культур. Навіть 30-40 ц/га сухої речовини бобових культур, зокрема вики ярої і мохнатої, залишається 60-100 кг/га азоту. Крім того, в процесі вегетації значна його кількість надходить від мінералізації бульбочок та асоціативних азотфіксуючих бактерій, що містяться в ризосфері коренів. Останнє стосується не лише бобових, а й злакових та інших рослин – соняшнику, цукрових і кормових буряків та ін.

У польових культур розрізняють два типи кореневої системи – мичкувату (у злакових) і стрижневу (у бобових, хрестоцвітих та інших двосім’ядольних рослин). Зустрічаються також культури з кореневищним типом кореневої системи (хміль), у яких корені є підземними стеблами з міжвузлями, з яких відростають стебла та корені. До них відносяться переважно багаторічні кормові трави – стоколос безостий, лисохвіст лучний, мітлиця. Є також проміжні форми між мичкуватими й кореневищними рослинами (райграс пасовищний, вівсяниця (костриця) червона, тонконіг лучний).

Вегетативним центром у злакових культур є вузол кущення, у бобових, хрестоцвітих та інших – коренева шийка. Процес утворення корінців і надземних пагонів у злакових називають кущенням, у бобових – пагоноутворенням. Кущення і пагоноутворення в однорічних польових культур, крім отавних (відростаючих) кормових трав,

138

відбувається один раз, у багаторічних високоотавних культур – протягом усього вегетаційного періоду майже безперервно, протягом 2- 5 років і більше.

Поділ культур за способами живлення. Серед культурних рослин розрізняють автотрофи, бактеріотрофи й мікотрофи. У природних фітоценозах трапляються також напівпаразити і паразити.

До автотрофів належать рослини, що тісно взаємодіють з ґрунтовими мікроорганізмами, особливо з тими, що живуть у ризосфері кореневих систем. Це так звані асоціативні мікроорганізми. Вони забезпечують засвоєння речовин, які надходять у ґрунт або залишаються в ньому після попередників. Ризосферні асоціативні мікроорганізми є також своєрідним біологічним фільтром для рослин у процесі живлення.

До мікотрофних належить більшість польових культур і рослин природних фітоценозів. Ці рослини мають на кореневій системі гриб-

мікоризу.

Внаслідок обробітку ґрунту гумус поступово розкладається, поживні речовини, що вивільняються при цьому в мінеральній формі, використовуються рослинами. Особливе значення має азот органічної речовини ґрунту.

Крім органічних решток рослин і тварин, у ґрунті є багато дрібних (мікробіоти – бактерії, гриби, ґрунтові водорості і найпростіші організми), середніх (мезобіота – нематоди, дрібні личинки комах, кліщі, ногохвістки, інші дрібні організми) і більших (макробіота – коріння вегетуючих рослин, великі комахи, дощові черви) організмів, які значною мірою впливають на життєдіяльність рослин, зокрема кореневе живлення.

Найбільше значення для вегетуючих рослин має мікробіота (рис. 6). Вона зосереджена на коріннях рослин і в ґрунті, прилеглому до їх ризосфери, яка розміщується в шарі ґрунту до 60 см. Цей шар є

середовищем мікробіологічної діяльності.

Біологічну активність ґрунту підтримують глибоким розпушуванням, заорюванням органічних решток, внесенням мінеральних добрив, зрошенням, дотримуванням правильного чергування культур у сівозміні та їх вирощуванням у змішаних, сумісних або ущільнених посівах. При безладному (стихійному) розміщенні культур різко знижується активність мікробіоти та збільшується кількість небажаної мезобіоти – нематод, личинок кліщів, різних шкідливих комах. Найактивніша мікробіота біля кореневої системи бобових – люцерни, конюшини, люпину, серадели, вики мохнатої, буркуну, сої та ін.

139

Рис. 6. Мікроорганізми ґрунту (за А.П. Шенніковим)

а - г – гриби гімофіцети; д – актиноміцети; е - ж – футляри залізобактерій; з-л – водорості; м – сіркобактерії.

У процесі розкладання гумусу мікроорганізми, крім азоту вивільняють й інші поживні речовини (фосфор, сірку, мікроелементи), а також оксид вуглецю, необхідний для фотосинтезу рослин. Наприклад, для формування врожаю озимої пшениці 50 ц/га, в період її інтенсивного росту добова потреба в СО2 перевищує 200 кг/га. Оскільки 70% цієї кількості забезпечується за рахунок мінералізації гумусу ґрунту, органічних добрив, рослинних решток, то ця потреба залишається актуальною навіть для достатньо технічного і ресурсного забезпечення (пальне, мінеральні добрива, засоби захисту рослин, наявність необхідної техніки).

140