Способность корней поддерживать здоровье почв и растений – «морфология корней»

Способность корней поддерживать здоровье почв и растений – «морфология корней»

Елена Соколова
656

Сегодня мне бы хотелось  обратить внимание на многообразие возможностей корней улучшать здоровье почв и растений. Практическая значимость материала – с одной стороны вы получаете аргументы в пользу необходимости создания  условий для формирования активно функционирующей   корневой системы , с другой стороны ,возможно. будете  выбирать растения с более мощной корневой системой для управления здоровьем почв. Вы также найдете и диагностические ориентиры – то есть по каким морфологическим признакам можно судить о состоянии растений.

Особенностью жизнедеятельности растений является наличие двух сред – филлосфера (наземная часть растения) и ризосфера (подземная). Естественно, в подземной  зоне главную роль играет корневая система. В процессе своей жизнедеятельности растения теряют отмершие клетки, сбрасывают корневые волоски и т. д., а после их гибели в почве остаются надземные части и остатки корней, все это активно перерабатывается микроорганизмами. Через корни растения выделяют всевозможные органические и минеральные вещества, формируя микробные сообщества прикорневой зоны в соответствии со своими потребностями . Микроорганизмы, в свою очередь способны стимулировать рост и развитие растения, очищать его среду обитания, защищать от неблагоприятных условий окружающей среды и от нежелательной микрофлоры.

Стабильность почвы

Морфология корней (их длина, плотность, диаметр) оказывает сильное влияние на стабильность почвы. Более плотные корневые системы, состоящие из тонких корней, лучше противостоят эрозионным процессам. На плотность почвы эффективно влияет и диаметр корней. Более толстые корни увеличивают плотность почвы за счет сдвигания и опрессовывания почвенных частиц, прилегающих к корню, длина таких корней позволяет стабилизировать почву и на глубине . В то же время корни формируют биопоры в почве, повышая аэрацию и инфильтрацию воды, а поглощение воды корнями ускоряет циклы смачивания-высушивания, что также поддерживает  структуру почвы. В аэрированной почве создаются лучшие условия для  минерализации, повышается  доступность минеральных веществ.

Поддержание агрономически-ценной структуры

Исследования структурно-агрегатного состава почв, занятых растениями различного сельскохозяйственного назначения, показали различия в соотношениях почвенных агрегатов разного размера. Формирование почвенных агрегатов происходит главным образом за счет корневых экссудатов, содержащих полисахариды и белки, и муцигеля которые действуют как клей, соединяя частицы минералов вместе, или обладают водоотталкивающим действием, предотвращая смачивание почвенных агрегатов . Формированию почвенных агрегатов также способствует и мицелий грибов микоризообразователей, которые также могут формировать каркас при помощи мицелия и создавать или разрушать почвенные агрегаты при помощи своих выделений .

Поглощение воды

Следующий тип влияния морфологии корневой системы – это их физиология, то есть поглощение питательных веществ и воды, выделение отходов и экссудатов. Связь между наземной и подземной частями растения осуществляется посредством переноса питательных веществ и при помощи химических сигналов.

Корни активно потребляют воду из почвы, при этом растение с более развитой корневой системой при прочих равных условиях, имеет более широкий диапазон оптимального водного питания . Растения способны поглощать воду по всему почвенному профилю, но это сильно зависит от типа почвы и окружающей среды. Например, в засушливых почвах поглощение осуществляется на большей глубине молодыми корнями.                           

Отклик архитектуры и морфологии корневой системы на дефицит воды в почве может заключаться в подавлении роста корневой шейки и боковых корней, так как остановка ветвления является следствием экономии ресурсов растения и направления их на развитие главного корня, уходящего глубже в почву . Также следует помнить, что вода в почве находится в различном состоянии, и корневая система приспосабливается к этому несколькими способами: «hydropattering», когда корневая система растет и ветвится в участках с доступной водой, «hydrotropism», когда корневая система, используя гормоны, определяет источники с доступной водой .

Поглощение питательных веществ

Для исследования отклика на условия окружающей среды архитектуры и морфологии корневых систем наиболее наглядными являются два элемента – азот и фосфор, они оба крайне необходимы для жизнедеятельности растений, но при этом, их соединения находятся в почвах в недостаточном количестве или в виде труднодоступных для растений соединений . Адаптации корневых систем к нехватке питательных элементов изучены достаточно широко. 

Азот

Источниками азота для растений являются соли азотной и азотистой кислот, аммиачные формы азота, органические соединения азота, такие как мочевина и аминокислоты, а также молекулярный азот (усваивается в симбиозе с клубеньковыми бактериями) . Зачастую соединения азота неподвижны, из-за создания нерастворимых комплексов с почвенными коллоидами, как органическими, так и минеральными . Корни способны стимулировать выделение ферментов микробами, которые участвуют в распаде органического азота, тем самым ускоряя поступление азота растению.

Корневая система реагирует на недостаток азота в почве следующим образом:

  • увеличивается угол наклона у придаточных и каркасных корней,
  •  удлиняются боковые и главные корни,
  • уменьшается плотность корней у поверхности,
  • уменьшается количество главных корней .

Таким образом, корневая система стремится проникать в глубокие слои почвы в поисках участков, обогащенных азотом в то время, как в почвах, богатых азотными соединениями, развитие корневой системы тормозится: повышение концентрации NH4+ингибирует  удлинение главных корней, а повышение NO3- сокращает количество боковых и каркасных корней, так как распределение углерода и метаболитов направлено в сторону стебля.

Фосфор

Фосфор является сложно доступным элементом, существующим в верхних слоях почвы, главным образом, в виде фосфатов . Источниками фосфора в почве являются органические фосфаты после минерализации. Растения способны выделять эксудаты, богатые органическими кислотами, которые повышают десорбцию и солюбилизацию минеральных поверхностей . Восстановление фосфора из несложных фосфоорганических соединений достигается выделением растением (например, концентрируются в клетках у растений – пшеница горох, кукуруза, бобы) фосфотаз, которые и выделяются при дефиците фосфора в почве . Также, растения получают фосфор в симбиозе с микоризными грибами. Некоторые растения (люпин, горчица, горох и тд.) способны получать фосфор из труднорастворимых трехзамещенных фосфорнокислых, солей, так как их корневые выделения отличаются повышенной кислотностью. Визуальная реакция корневых систем на недостаток фосфора выражается в увеличении числа и длины корней, формировании протеоидных или кластерных корней.

Эксперименты с Arabiopsis ( Brassicae), выращиваемой в условиях недостатка фосфора, показали такие изменения архитектуры корневой системы, как приоритет развития боковых корней, при этом они были сконцентрированы у поверхности почвы . Локальное внесение удобрений показало сильное развитие корневых систем в зонах их концентрации, так как интенсивное ветвление увеличивает поглощающую способность, но, при этом, значительное превышение концентраций питательных веществ приводило к угнетению корневых систем .

Таким образом, изменения архитектуры и морфологии корневых систем, их пластичность по отношению к изменениям окружающей среды дают возможность использовать эти критерии в качестве диагностической реакции на ее  изменения.

Справочная информация

Кластерные / протеоидные корни – корни, которые образуют плотную короткие боковые корни группы близко друг к другу -  похожих на ершики с большим количеством корневых волосков. Корни протеидов могут образовывать толстый слой толщиной от двух до пяти сантиметров, расположенный прямо под подстилкой из мертвых листьев.

 

При подготовке сообщения были использованы следующие литературные источники, находящиеся в открытом доступе:

НОВЫЕ АСПЕКТЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ РАСТЕНИЙ И МИКРООРГАНИЗМОВ НА ПРИМЕРЕ ЯЧМЕНЯ ОБЫКНОВЕННОГО (HORDEUM VULGARE L.) , Пинчук И.П, 2018

 

Надеюсь, что представленный материал  не только расширил кругозор,  но и вы нашли для себя практическую пользу.

Опубликовано: 19 сентября, 2023 в 17:11
Тэги:
Похожие посты
Культуропригодность почв для Кукурузы : 1. плотность, скважность, аэрация
Здоровье почв : управляем физическими параметрами – есть ориентиры!
За ризосферными микроорганизмами будущее?
Способность корней поддерживать здоровье почв и растений – микробные комплексы
Оцениваем статус здоровья почв в поле: 14 почвенная прикопка vs 2 пенетрометр

Нет комментариев