Сельскохозяйственное завещание Глава 9 Аэрация почвы

Сельскохозяйственное завещание Глава 9

Оглавление

Часть III.
Здоровье, недомогание и болезни в сельском хозяйстве

Глава 9
Аэрация почвы

Превращение плодородия почвы в урожай возможно только посредством окислительных процессов. Различные почвенные организмы, в частности бактерии и грибы, а также активные корни нуждаются в постоянном снабжении кислородом. Как только это осознали, аэрация стала важным фактором изучения почвы. В этом вопросе, однако, практика давно опередила теорию: многие устройства, такие как дренаж подпочвенного слоя, недоразвитие, а также смешанное возделывание сельскохозяйственных культур, — все из которых способствуют вентиляции почвы, — использовались в течение длительного времени. время.

Полное значение аэрации почвы в сельском хозяйстве было признано исследователями только за последнюю четверть века. Причина интересная. До недавнего времени большинство сельскохозяйственных опытных станций располагалось во влажных регионах с хорошим распределением осадков. Дождь — это насыщенный кислородом раствор, который очень эффективно снабжает почву этим газом всякий раз, когда возможна просачивание. Следовательно, в таких регионах зерновые культуры вряд ли пострадают от плохой аэрации в такой же степени, как растения, выращиваемые в засушливых регионах Северо-Западной Индии, где почвы иловидные, а большая часть влаги должна поступать за счет поливной воды. с низким содержанием растворенного кислорода. Такие почвы легче всего теряют пористость при затоплении; мельчайшие частицы объединяются и образуют непроницаемую поверхностную корку. Только при высоком содержании гумуса можно поддерживать адекватную проницаемость. Задолго до появления современного канала земледельцы Индии действовали по этому принципу. Содержание органического вещества на площадях под колодцами всегда поддерживалось на высоком уровне. Инженеры по ирригации и сельскохозяйственные департаменты не спешат использовать этот опыт. Вода из канала была обеспечена, но одновременно не было предпринято никаких шагов по увеличению содержания гумуса в почве.

ТАБЛИЦА III.
Изображение большего размера
Осадки, температура, влажность и дренаж, Пуса, 1922.

Из постоянной потребности почвы в свежем воздухе следует, что любое воздействие, даже частично или временно, на аэрацию, должно иметь первостепенное значение в сельском хозяйстве. Возникает ряд факторов, которые приводят к каждой градации между ограничением подачи кислорода и полным удушьем. Первые приводят к бесплодию, вторые — к отмиранию почвы.

Как растение реагирует на почвенные условия, в которых кислород становится ограничивающим фактором? Обычно корневая система реагирует незамедлительно. Это хорошо видно на лесных деревьях и в подлеске, встречающемся в лесных массивах. Корни приспосабливаются к новым условиям; деревья приживаются и в то же время улучшают аэрацию, а также повышают плодородие почвы; кстати, все остальные конкуренты побеждены. Следовательно, аэрацию почвы нельзя изучать как изолированный фактор в почвоведении. Это необходимо учитывать наряду с (1) реакцией корневой системы на недостаток воздуха, (2) взаимосвязью между деятельностью корней и почвенными условиями в течение года и (3) конкуренцией между корнями различных видов. Таким образом, становится очевидным полное значение этого фактора в сельском хозяйстве и поддержании плодородия почв. Это тема настоящей главы. Будет сделана попытка объяснить аэрацию почвы, поскольку она влияет на растение по отношению к окружающей среде, и показать, как само растение можно использовать в качестве исследовательского агента.

Фактор аэрации почвы по отношению к траве и деревьям

Между 1914 и 1924 годами факторы, участвующие в конкуренции между травой и деревьями, были исследованы мной в Пузе. Принимались во внимание три основные проблемы, а именно: (1) почему трава может быть настолько вредной для фруктовых деревьев, (2) природа оружия, с помощью которого лесные деревья уничтожают траву, и (3) реакция корневой системы деревьев. к аэрации почвы. Отчет об этом исследовании был опубликован в Proceedings of the Royal Society of London в 1925 г. (B, vol. Xcvii, pp. 284-321). Поскольку результаты подтверждают мнение о том, что в исследовании фактора аэрации почвы растение всегда может внести важный вклад, в эту главу были включены краткое изложение основных результатов и ряд оригинальных иллюстраций.

Климатические факторы в Пусе суммированы на Таблице III. Можно видеть, что после перерыва юго-западного муссона в июне влажность повышается с последующим устойчивым повышением уровня грунтовых вод до октября, когда он снова упадет. В 1922 году общий подъем уровня грунтовых вод составлял 16,5 футов, фактор, который неизбежно препятствовал подаче кислорода, поскольку почвенный воздух, богатый углекислым газом, медленно вытесняется в атмосферу восходящей водой. Таблица.

Почва представляет собой сильно известковистый иловидный суглинок, содержащий около 75%. мелкого песка и около 2 процентов. из глины. Около 98 процентов. пройдет через сито с 80 ячейками на линейный дюйм. Нет никакой демаркационной линии между почвой и подпочвой: подпочва похожа на почву и состоит из чередующихся слоев суглинка, глины и мелкого песка до подпочвенных вод, которые обычно находятся на расстоянии около 20 футов от поверхности. Процент карбоната кальция часто превышает 30, в то время как доступный фосфат составляет около 0,001 процента. Несмотря на такое низкое содержание фосфатов, территория, в которой расположена Пуса, является очень плодородной, поддерживает население более 1200 человек на квадратную милю и экспортирует большое количество семян, табака, крупного рогатого скота и излишков рабочей силы без помощи каких-либо фосфатов. удобрения. Факты, касающиеся сельскохозяйственного производства в этом урочище, категорически противоречат одной из теорий сельскохозяйственной науки, а именно, о необходимости фосфатных удобрений в районах, где анализ почвы показывает заметный дефицит этого элемента. Однако два других фактора ограничивают производство сельскохозяйственных культур — нехватка гумуса и потеря водопроницаемости во время поздних дождей из-за коллоидного состояния почвы; поровые пространства у поверхности заболачиваются; просачивание прекращается, и почва почти удушается, на что сначала указывает поведение корневой системы, а затем — ограничение роста.

ИНЖИР. 2. План экспериментального фруктового участка, г. Пуса.

Для исследования фактора аэрации почвы по отношению к траве и деревьям в Пусе восемь видов фруктовых деревьев — три лиственных и пять вечнозеленых — были посажены на трех акрах однородной земли, причем каждый вид был выращен от одного родителя. План (рис. 2) дает дополнительные детали и поясняет расположение. Через два года после посадки, когда деревья полностью прижились и стали удивительно ровными, в траву уложили полосу, в которую входило девять деревьев каждого из восьми рядов. Два конечных участка, которые были чистыми, служили контролем. Когда трава была хорошо прижита и ее вредное воздействие на молодые деревья было четко обозначено, три южных дерева на травяном участке были оборудованы траншеями для аэрации, шириной 18 дюймов и глубиной 24 дюйма, заполненными битыми кирпичами, эти траншеи были сделаны посередине между ними. линии деревьев. Чтобы установить влияние травы на укоренившиеся деревья в полном росте, в 1921 году южная полоса северного контрольного участка была засажена травой. Общие результаты эксперимента, наблюдавшиеся в 1923 году, показаны на Таблице IV. Вредное воздействие травы на фруктовые деревья в Пусе даже сильнее, чем на глинистых почвах, таких как Вобурн в Великобритании. Несколько видов были полностью уничтожены за несколько лет.

ТАБЛИЦА IV.

Изображение большего размера.
Вредное действие травы на плодовые деревья, Пуса, 1923.

Поскольку наблюдались большие различия в развитии корней между деревьями под травой, под травой с траншеями для аэрации и при чистой культивации, первым шагом в исследовании причины вредного воздействия травы стало систематическое исследование корневой системы в условиях чистой почвы. культивирование, чтобы установить общие факты распространения, установить регионы активности корней в течение года и сопоставить эту информацию с ростом надземной части деревьев. Это было выполнено в 1921 году, и эта работа была повторена в 1922 году и снова в 1923 году. Применяемый метод был прямым: быстро обнажить корневую систему и использовать тонкую струю воды для освобождения активных корней от частиц почвы. Используя свежее дерево для каждого обследования и задействовав рабочих, можно было обнажить любую желаемую часть корневой системы на глубине до 20 футов за несколько часов и провести наблюдения до того, как корни успеют отреагировать на новые условия.

Корневая система лиственных деревьев

Сначала были изучены корневые системы трех лиственных деревьев — сливы, персика и заварного яблока. Результаты, полученные у трех видов, были очень похожи, поэтому необходимо подробно описать только один из них — сливу.

Местный сорт сливы сбрасывает листья в ноябре и обильно цветет в феврале и марте. Созревают плоды в начале мая, в самый жаркий период года. Новые всходы появляются в жаркую погоду и ранние дожди.

Корневая система обширна и сначала кажется полностью поверхностной и состоит из множества крупных свободно ветвящихся корней, идущих более или менее параллельно поверхности в верхних 18 дюймах почвы. Дальнейшие исследования выявили вторую корневую систему. С нижней стороны больших поверхностных корней отходят более мелкие элементы, которые растут вертикально вниз примерно на 16 футов от поверхности. Они распадаются на множество ветвей в глубоких слоях влажного мелкого песка прямо над уровнем грунтовых вод. Таким образом, индийский сорт сливы имеет две корневые системы (табл. V, рис. I). Глубокая корневая система начинает развиваться вскоре после посадки молодых деревьев. В августе 1923 г. были исследованы корневые системы молодых заварных яблок, манго, гуавы, лайма и мушмулы, посаженных в марте 1922 г. Молодые вертикальные корни различались по длине от 10 дюймов у заварного яблока и лайма до 1 фута у манго, 1 фута 2,5 дюйма у гуавы и 1 фута 8 дюймов у мушмулы. Недавно посаженные деревья образуют прежде всего поверхностную систему, а затем быстро — глубокую.

В период покоя (с декабря по январь) в поверхностной системе иногда образуются всасывающие корни. Когда начинается цветение, образование новых бескорневых распространяется с поверхности в глубокие слои почвы. По мере высыхания поверхностной почвы в марте активные корни поверхностной системы становятся коричневыми и отмирают, и эта часть переходит в состояние покоя. С середины марта до начала дождей в июне всасывание корней полностью ограничивается более глубокими слоями почвы. Таким образом, 14 апреля 1921 года, когда деревья созревали и давали новый рост в период сильной жары и засухи, большая часть воды, азота и минералов, необходимых для роста, была поглощена слоем влажного мелкого песка между 10 футов на 6 дюймов и 15 футов ниже поверхности. Такое положение дел продолжается до июньского перерыва в дождях, когда происходит резкое изменение. Увлажнение поверхностного слоя почвы быстро приводит в действие поверхностную корневую систему. Эти доселе спящие корни буквально разрываются на новые активные корешки во всех направлениях, причем процесс начинается примерно через тридцать часов после первого выпадения дождя. Поэтому в ранний сезон дождей деревья используют всю корневую систему, как поверхностную, так и глубокую. Изменение происходит в конце июля по мере повышения уровня грунтовых вод. В начале августа активные корни практически приурочены к верхним 2 футам почвы. Поглощение теперь ограничено поверхностной системой. В этот период активные корни реагируют на плохую аэрацию почвы из-за повышения уровня грунтовых вод, вырастая в атмосферу и даже из почвы в воздух, особенно в тени деревьев и там, где почва покрыта. слоем мертвых листьев (табл. V, рис. 3). Этот аэротропизм продолжается до начала октября, когда рост над землей прекращается, и деревья созревают, чтобы подготовиться к опаданию листьев и перерыву в холодную погоду. В течение октября, когда уровень грунтовых вод падает и воздух втягивается в почву, происходит некоторое возобновление активности корней у поверхности и до 3 футов.

Есть одно интересное исключение из этой периодичности в корневой активности сливы. В жаркое время года иногда выпадает дождь, размером почти дюйм. Было исследовано влияние на поверхностную корневую систему сливы трех из этих штормов. Когда количество осадков составляло 0,75 дюйма или более, поверхностные корни сразу же реагировали и производили множество новых поглощающих корней. По мере высыхания почвы они перестали функционировать и умирали. В одном случае, когда количество осадков составило всего 0,23 дюйма, никакого эффекта не было. Орошение в жаркую погоду действует аналогично этим внезапным дождям. Он поддерживает работу поверхностной корневой системы в течение этого периода и объясняет, почему полив в жаркие месяцы необходим на аллювии, если нужно получить действительно качественные плоды. Это правда, что без искусственного полива деревья созревают урожай в Пусе, но по размеру и качеству урожай значительно уступает урожаю, полученному с помощью полива. Из любой корневой системы получится слива. Высокое качество достигается только при функционировании поверхностной системы; низкое качество всегда возникает, когда действует только глубокая система.

PLATE V.
Изображение большего размера.
Слива (Prunus communis, Huds).
Рис. 1. Корни поверхностные и глубокие (25 апреля 1921 г.)
Рис. 2. Восстановление глубокой корневой системы (6 августа 1923 г.).
Рис. 3. Поверхностные корешки, растущие к поверхности (12 августа 1922 г.).
Рис. 4 и 5. Новая посевная древесина и трава (25 января 1923 г.)
Рис. 6 и 7. Новые побеги и листья при чистой культивации (5 апреля 1923 г.).
Рис. 8 и 9. Соответствующий прирост под травой (5 апреля 1923 г.).

При детальном исследовании активных поверхностных корней сливы и семи других видов в этом эксперименте часто наблюдали, как свежий грибной мицелий бежит от почвы к растущим корням. В более глубоких слоях почвы этого никогда не наблюдалось. По всей видимости, этот мицелий связан с так часто встречающейся у фруктовых деревьев микоризной ассоциацией. В то время этот вопрос не получил дальнейшего развития. Однако более чем вероятно, что все восемь видов фруктовых деревьев в эксперименте Pusa образуют микоризу, и что гриб, наблюдаемый вокруг активных корней, был связан с этой ассоциацией. Микоризные отношения в поверхностных корнях, вероятно, участвуют в производстве высококачественных фруктов. Таким образом, растения с двумя корневыми системами, подобные этим, прекрасно подходят для будущего изучения взаимосвязи между гумусом в почве, микоризной ассоциацией и развитием качества. Нетрудно сравнить растения, выращенные бок о бок на подпочве (для удаления гумуса, образующегося на поверхности почвы), одно засыпано полностью искусственными веществами, а другое — свежеприготовленным перегноем. В первом случае микоризное вторжение было бы незначительным или отсутствовало бы; в последнем случае она, вероятно, будет значительной. Если, что наиболее вероятно, микоризная ассоциация позволяет дереву поглощать питательные вещества в органической форме путем переваривания грибкового мицелия, это объясняет, почему качество достигается только тогда, когда действуют поверхностные корни.

В поддержку взгляда на питание растений, предложенного в предыдущем абзаце, послужило заварной крем яблони, развитие корней которого аналогично развитию корней сливы и персика. У заварного яблока новые ростки образуются в жаркую погоду, когда вода, азот и питательные вещества поступают только из глубоких слоев почвы. После перерыва в дождях и возобновления корневой деятельности на поверхности листья увеличиваются в размерах (с 5,8 x 2,6 см до 10,5 x 4,5 см), приобретают более глубокий и здоровый зеленый цвет, а междоузлия удлиняются. Яблоко с заварным кремом фиксирует результаты этих различных факторов в размере и цвете своих листьев и, таким образом, действует как собственный анализ почвы.

ИНЖИР. 3. Жаркая погода (ниже аа ) и муссонная листва (выше аа ) заварного яблока.

Пока печаталась эта книга, образцы молодых активных корней заварного яблока, манго и лайма были собраны в саду г-на Хиралала, Тукогандж, Индор, Центральная Индия, 11 ноября 1939 года г-ном Й. Д. Вадом. Они были обследованы доктором Идой Левисон 19 декабря 1939 года, которая сообщила, что у всех трех видов наблюдалась типичная эндотрофическая микоризная инфекция, макроскопически выражавшаяся в отсутствии корневых волосков или значительном сокращении их количества, и, в частности, в манго, бусами. . Активные гифы во всех трех случаях были большого диаметра, с тонкими стенками и зернистым содержимым, стадии пищеварения происходили во внутренней коре со скоплением мицелия, остатками гиф и однородными зернистыми массами. Поглощение грибка происходило очень быстро. У заварного яблока такой же мицелий был обнаружен вне корней и связан с ними.

Корневая система вечнозеленых растений

Самой интересной корневой системой из пяти изученных вечнозеленых растений — манго, гуавы, личи, кислого лайма и мушмулы — была гуава.

Гуава сбрасывает листву в начале марта, одновременно образуя новые листья. Он оказался отличным растением для изучения корневой системы, так как красноватые корни сильно развиты и легко отслеживаются на серой аллювиальной почве, такой как у Пуса. Существует обильная поверхностная система, дающая множество ответвлений, которые растут вниз до уровня постоянной воды (табл. VI, рис. 1). Вся корневая система, поверхностная и глубокая, оказалась активной в начале жаркой погоды (21 марта 1921 г.), основная зона активности находится во влажном слое мелкого песка от 10 футов 4 дюйма до 14 футов. 7 дюймов от поверхности. Когда установилась жаркая погода, поглощающие корни гуавы у поверхности высохли, и активность корней ограничилась более глубокими слоями почвы. В 1922 году 3 июня начался сезон дождей. Обнажение поверхностных корней было произведено 5 июня, через 48 часов после начала дождя. В большом количестве были обнаружены новые корни от 1 фута 5 дюймов до 12 футов, самый длинный из которых достигал 1 см. По мере того как почва увлажнялась ранними дождями, зона покоя давала новые корни сверху вниз, пока вся корневая система не стала активной. После июля происходит изменение грунтовых вод, когда глубокие корни становятся бездействующими по мере погружения. 25 августа 1922 года активность корней была в основном ограничена поверхностной системой в верхних 29 дюймах почвы, причем последний активный корень находился на глубине 40 дюймов. Во время поздних дождей активные корни избегают удушья, становясь сильно аэротропными (табл. VI, рис. 4). Интересное изменение происходит после падения уровня грунтовых вод в октябре и возобновления аэрации нижних слоев почвы. Глубокая корневая система снова становится активной в ноябре, степень активности зависит от количества дождевых дождей (табл. VI, рис. 5). В 1921 году, в год кратковременных осадков, когда уровень грунтовых вод был очень небольшим, в ноябре активизировались глубокие корни, опустившись до 15 футов 3 дюйма. В следующем году, в ноябре 1922 года, когда сезон дождей и подъем грунтовых вод были нормальными, активность корней не опускалась ниже 5 футов 7 дюймов.

ТАБЛИЦА VI.
Изображение большего размера.
Гуава (инвазивная гуява, L)
Рис. 1. Корни поверхностные и глубокие (23 ноября 1921 г.)
Рис. 2. Влияние текстуры почвы на формирование корешков (29 марта 1921 г.).
Рис. 3. Корневая система под травой (21 апреля 1921 г.).
Рис. 4. Поверхностные корешки, выходящие на поверхность (28 августа 1921 г.).
Рис. 5. Образование новых корешков в мелком песке после падения грунтовых вод (20 ноября 1921 г.).
Рис. 6. Уменьшение размеров листьев после 20 месяцев пребывания под травой (справа).

Хотя гуава способна давать новые ростки в жаркое время года благодаря своей глубокой корневой системе, несомненным преимуществом является поддержание в действии поверхностных корней с помощью орошения. Поверхностный полив в жаркую погоду 1921 г. увеличил размер листьев с 9,1 х 4,0 см. до 11,6 х 5,0 см. и значительно улучшили их цвет.

Корневая система и развитие активных корней у манго, личи, лайма и мушмулы в целом следуют тому, что было описано для гуавы. Все эти виды дают вертикальные корни из поверхностной системы, но в случае личи и извести они не проникают в более глубокие слои. Корни всех четырех видов проявляют выраженный аэротропизм в поздние дожди. Вертикальные корни извести всегда не могли проникнуть в более глубокие слои глины