Проблемы дыхания корней⁠⁠

Любая почва состоит из трех фракций – твердой (сами минералы, образующие почвы и органическое вещество), жидкой – вода и растворенные в ней соли, и газообразной (почвенный воздух). От правильного соотношения этих трех фракций и зависит успех роста и развития корневой системы, активность ее работы, а значит и рост самого растения.

О важности первых двух хорошо известно каждому агроному, а вот роль и значение воздуха в почве стоит разобрать более детально.

Воздух в почве необходим в первую очередь, для жизнедеятельности самих корней растения, Объем корневой системы очень велик. Так, например один куст помидора за сезон образует несколько тысяч корешков, суммарная длина которых превышает 200 метров, а количество корней взрослой яблони исчисляется миллионами при суммарной длине в десятки километров. И все эти корешки не только всасывают воду и питательные вещества, но и дышат, а значит потребляют кислород.

По результатам проведенных исследований учеными-биологами было установлено, что корень взрослого растения томата при сухой массе в 2 г всего за час поглощает 15 мг кислорода. Это количество содержится 0,05 литрах воздуха. То есть одному растению каждые сутки нужен целый литр свежего воздуха!

И если оно этот воздух не получит – немедленно начнется отмирание корневых волосков, затем мелких обрастающих корней и далее – вплоть до гибели всего растения. Такую картину мы можем наблюдать на полях, где после сильных ливней стоят лужи – уже на третий день подтопления можно увидеть полную гибель культуры.

Но кислород требуется не только самим растениям, но и микроорганизмам, живущим в почве и играющим очень важную роль в обеспечении растения доступными элементами питания.

Например, широко известные клубеньковые бактерии (Rhizobium) являются аэробами, то есть способны жить и размножаться только при доступе кислорода. К аэробным организмам относятся и свободноживущие азотфиксирующие бактерии рода Azotobacter и множество других полезных представителей почвенной микрофлоры.

Каким же образом агрономы решают проблему аэрации почвы?

На сегодняшний день таких способов достаточно много.

Первый из них – механическая обработка почвы.

Вспашка, чизелевание, все прочие варианты глубокой основной обработки почвы как раз и направлены в первую очередь на то, чтобы разрыхлить слежавшийся за сезон монолит, увеличить количество почвенных пор, в которых и будет циркулировать воздух. В течение сезона вегетации на пропашных культурах эти рыхления повторяют уже в междурядьях – лапками и долотами культиваторов. Эти операции являются классикой земледелия. Однако, уже много лет назад были установлены и отрицательные стороны этих методов. Частые обработки почвы приводят к ее обесструктуриванию, разрушению ее конгломератов, да и колеса тяжелой техники давят на почву, уплотняя ее и оставляя все меньше места для воздуха. «Плужная подошва» мешает фильтрации излишков влаги, что также приводит к кислородному голоданию корней.

Второй метод улучшения аэрации корневой системы – профилирование поверхности поля.

Формирование высоких гряд или гребней. Этот агроприем наиболее эффективен в регионах с обильными осадками, а также с периодами ливневых дождей, после которых почва длительное время перенасыщена водой, а значит воздуха в ней будет критически мало. Особенно остро это проявляется на тяжелых, глинистых почвах, и на солонцах, где водопроницамость очень низка, а значит лужи буду удерживаться очень долго.

Формирование высоких гряд и гребней в этом случае дает возможность собрать излишки воды в межгрядном пространстве, тогда как значительная часть корневой системы в самой гряде будет хорошо обеспечена воздухом, находясь выше уровня застоя воды.

Важной частью стратегии в борьбе за обеспечение хорошей аэрации корневой системы растений является работа агронома над улучшением физических свойств почвы, ее оструктуренности. Механический состав почв определяется геологическими факторами, за миллионы лет ее формирования и мы, как правило, не можем существенно изменять его на больших площадях. (Внесение песка на глинистые почвы может позволить себе разве что дачник на классических «6 сотках»). Но вот бороться за увеличение содержания гумуса на своих землях может и должен каждый агроном. Ибо именно гумус собирает и склеивает почвенные частички в конгломераты, между которыми всегда будет достаточно места для воздуха, именно на хорошо гумусированных почвах наиболее легко достигается и сохраняется на длительное время тот самый баланс между водой и воздухом. Для решения этой задачи используют внесение высоких доз органических удобрений, посевы сидератов с последующей заделкой в почву, залужение междурядий в садах и виноградниках. Ну и конечно же, исключение из агрономической практики таких варварских методов, как сжигание стерни.

Для обеспечения хорошей воздухоемкости почвы важнейшей задачей является контроль ее солонцеватости.

Солонцеватость нельзя путать с засолением. Солонец – это вязкая, киселеобразная, обесструктуренная почва, при подсыхании образующая толстую корку, трескающуюся на крупные монолиты. Солонцы образуются при перенасыщении почвенно-поглощающего комплекса обменным натрием и для «лечения» их проводят гипсование. Если же его не провести вовремя – растения будут страдать от недостатка воздуха в почве вне зависимости от проведения нами любых других мероприятий по аэрации.

С массовым распространением на наших полях систем капельного полива, появился еще один любопытный метод решения проблемы воздуха в почве – аэрация поливной воды.

Для этого используют как обычные инжекторы Venturi, так и системы принудительного нагнетания. Идея эта была позаимствована у тех, кто работает на гидропонике – там без дополнительных мероприятий по аэрации воды просто не обойтись. В ряде случаев экспериментально подтверждается эффективность такого агроприема, однако он таит в себе и немало опасностей и негативных побочных последствий.

Во-первых, насыщение поливной воды воздухом под давлением приводит к высвобождению его в трубопроводе по мере понижения давления, а значит к опасности образования воздушных «пробок», препятствующих работе системы. Во избежание этого, вам придется дополнительно потратиться на установку воздушных клапанов и их обслуживание (а это очень недешево).

Во-вторых, по мере движения по капельным трубкам давление падает с каждым метром, а значит и высвобождение воздуха будет также неравномерным, на дальних концах поливной трубки содержание его в воде будет гораздо ниже, чем в начале. А значит для таких систем вам придется сокращать длину поливных линий, следовательно увеличивать количество разводящих труб, что также заметно удорожит систему полива.

В третьих, поливная вода нередко содержит большое количество растворенных в ней соединений железа и кальция, которые при избытке воздуха переходят в нерастворимую форму и образуют осадки, откладывающиеся на стенках трубки и в самих капельницах. А это может резко сократить срок эксплуатации системы капельного полива.

Таким образом, можно заключить, что идея принудительно аэрации поливной воды, безупречно работающая в гидропонных теплицах, для открытого грунта далеко не всегда может быть оптимальной по агрономическим и экономическим резонам.

Однако если на поле сложилась ситуация критического дефицита воздуха в прикорневой зоне и иные варианты решения проблемы невозможны, такая технология вполне может стать очень эффективным методом оперативного исправления ситуации. Все перечисленные негативные ее стороны не проявятся за одну-две такие обработки, а польза от них может быть очень заметной, если выполнены они будут в самый критический момент (переуплотнение почвы при невозможности провести рыхление).

Но самым важным и самым действенным методом обеспечения хорошей аэрации почвы в течение всего периода вегетации растений было и остается соблюдение оптимального режима полива.Ничто так не вытесняет воздух из почвы, как лишние кубометры воды. Оптимальный режим орошения означает что мы должны не только точно рассчитать поливную норму, но и выбрать оптимальную частоту поливов. И в этом плане на сегодня наукой разработаны четкие и точные методы.

Как определяется поливная норма?

Методов существует несколько, но самый точный – это расчет по суммарному испарению. Сколько воды испарилось с гектара, столько вы должны и вернуть (с поправкой на вид вашего растения и фазу его развития).

Определять же это испарение лучше всего при помощи цифровой метеостанции. Еще недавно такое оборудование было дорогой диковинкой, но сейчас такие системы стоят очень дешево и позволяют даже маленькому фермеру устанавливать их на участке в несколько гектар.

Специально разработанное мобильное приложение каждое утро покажет и суммарное испарение с гектара и оптимальную поливную норму для каждой из культур.

Точный расчет поливной нормы крайне важен для любой системы полива (в тч и для дождевания), но более всего – для систем подземного капельного орошения. Ведь на «подземке» мы вообще не видим ту влагу, которую подаем на поле, для таких систем используется технология «невидимого полива», когда влага циркулирует исключительно в зоне корней, не появляясь на поверхности.

Но, допустим мы знаем точное суточное испарение и определили точную суточную потребность растений в поливе, скажем 45 кубических метров на гектар. Но каким образом эти кубометры дать растениям?

Как часто нужно поливать?

Ежедневно проводить поливы по 45 кубов? Или раз в два дня по 90 кубометров?

Ответ на эти вопрос будет разным для разных полей и разных культур (это отдельный большой разговор). но  в процессе исследований этой проблематики учеными Израиля было найдена фактически новая технология полива растений - импульсный полив.  Оказалось, что наибольший эффект дает максимальное дробление полива. Вплоть до включения системы капельного орошения 10 - 60 раз в день всего на несколько минут за каждую экспозицию. Именно при таких режимах полива достигается максимум урожайности.

И это объясняется как раз все той же оптимизацией аэрации почвы в прикорневой зоне. Идеальное состояние почвы - наименьшая влагоемкость (когда все капилляры заполнены влагой а все поры воздухом) при таком режиме поддерживается стабильно и капельный полив в полном смысле становится не системой полива, а системой стабильного поддержания оптимального баланса влаги и воздуха в почве.

Эта разработка была названа системой «Autoagronom», она включает в себя комплекс онлайн- датчиков влажности, соединенный с цифровой метеостанцией и автоматикой управления поливом (конечно же на системах ручного управления поливом вряд ли реально включать поливные клетки 15 или тем более 50 раз в сутки на 1-2 минуты).

Метод был успешно испытан на ряде культур в самых разных почвенно-климатических зонах и сегодня объемы продаж этих систем исчисляются десятками миллионов долларов ежегодно, при окупаемости их за один-два сезона.

Это наглядный пример того, как глубокое понимание физиологии растений приводит к нахождению блестящих агрономических решений, позволяющих добиваться не только роста урожайности, но и существенной экономии воды – одного из самых драгоценных на сегодня ресурсов.

Конечно, не каждый наш фермер на сегодня может позволить себе устанавливать у себя систему автоматического полива такого уровня, но большая часть из описанных тут мер по улучшению аэрации почвы доступна каждому.

И каждый из нас и может, и должен долгими зимними вечерами поглубже знакомиться с достижениями современной науки и практикой их применения, для того чтобы на своем поле успешно справляться с задачей обеспечения растений всем необходимым.

И питанием.

И влагой.

И воздухом.