За более чем столетний период изучения проблемы локального питания растений накоплен обширный материал, свидетельствующий о значительных преимуществах данной технологии над разбросным внесением минеральных удобрений. Широкое ее практическое применение в мире, в т.ч. и в странах с высоким уровнем химизации земледелия, является тому подтверждением. Однако природа феномена локального питания, когда часть корневой системы растения функционирует в условиях гиперконцентрации ионов, остается во многом непознанной. Много лет назад Д.А.Сабинин [1971/1937] указывал, что повышенную эффективность локального применения минеральных удобрений нельзя объяснить лишь бульшим поглощением элементов питания растениями. Весь ход последующих исследований подтвердил ограниченность подобного чисто количественного объяснения. Из них следует, что дискретное распределение удобрений оказывает многоплановое влияние на процессы в почве. В ответные реакции на искусственно создаваемую гетерогенность корнеобитаемой среды вовлекается вся система целого растения, все ключевые физиологические функции, определяющие продукционный процесс и его конечные результаты. Роль пускового механизма в полифункциональном действии очага высокого содержания ионов выполняет высокосолевая прядь корней. Наличие такой информации позволяет представить интегральную картину (хотя еще и недостаточно полную) влияния локального распределения удобрений на почву и растения. При нынешнем уровне изученности проблемы это можно представить в следующем виде:
|
Система. Уровень организации |
Эффект |
|
|
|
|
|
Локальное повышение концентрации ионов и изменение показателей ее биологической активности (состава и численности микрофлоры, активности ферментов, интенсивности распада органического вещества). Изменение соотношения минерального азота в пользу восстановленной формы. Ингибирование процессов нитрификации и денитрификации. Уменьшение потерь элементов питания. Изменение роли и значения эволюционно выработанных механизмов “поиска” элементов питания растениями: корневого перехвата, массового потока, диффузии по градиенту концентрации. Сохранение естественного плодородия почвы. |
|
|
Активация репликации ДНК, белоксинтезирующей системы, лежащих в основе интенсивно протекающей пролиферации клеток высокосолевых (ВС) корней и апикальной меристемы. |
|
|
Изменение проницаемости мембран клеток ВС и низкосолевых (НС) корней растения. |
|
|
|
|
|
Индукция ветвления корней в зоне очага. Относительная функциональная специализация прядей корней разного солевого статуса: ВС корни вносят основной вклад в обеспечение побега ионами, аминокислотами, фитогормонами; НС корни – водой. Активация поглотительной , синтетической и акцепторной функций не только ВС, но и НС корней. Ускорение формирования вторичной корневой системы. Преодоление противоречия между поглощением воды и ионов корнями растений. |
|
|
Активация усвоения СО2, экспорта ассимилятов и продуктов реутилизации веществ в запасающие органы. |
|
|
Стимуляция образования боковых побегов. Оптимизация флоэмного и ксилемного транспорта веществ. |
|
|
Оптимизация
отложения веществ в запас. Повышенная аттрагирующая способность зерновок.
|
|
|
Полифункциональное действие на продукционный процесс. Синхронная активация ключевых физиологических функций (роста и развития, воздушного и корневого питания, транспорта веществ). Гармонизация механизмов гормональной и субстратной регуляции. Оптимизация донорно-акцепторных взаимодействий на основе их более жесткой детерминации. Повышенный уровень упорядоченности и надежности системы целого растения во времени и пространстве. Изменение отзывчивости на дополнительные воздействия. |
|
|
Оптимизация
продукционного процесса и его стабилизация при неблагоприятных условиях
произрастания: дефиците влаги, тепла, уплотнении почвы. Возможность уменьшения
доз удобрения на 30-50%. Повышение коэффициента использования элементов
питания удобрений и ресурсов внешней среды (ФАР, Н2О,
СО2). Снижение засоренности
посевов. Формирование более высокого урожая без снижения (часто с повышением)
биохимических и технологических показателей его качества. Уменьшение содержания
нитратов. Наиболее полная реализация генетического потенциала растений.
Технология возделывания. Локальное питание как основа для разработки ресурсосберегающих экологически безопасных технологий, средство преодоления отрицательной связи между величиной урожая и его качеством. Коррекция доз, сроков применения дополнительных воздействий (регуляторов роста, средств защиты, некорневых подкормок) или их исключение. Уточнение диагностических параметров обеспеченности растений элементами питания.
|
|
|
Снижение поступления элементов питания из агроценозов в смежные с ними агроландшафты за счет изменения процессов их трансформации в почве, уменьшения эрозионного смыва и вымывания в грунтовые воды. |
Действие локального применения удобрений на системы различного уровня сложности не ограничивается вышеперечисленными эффектами. На самом деле картина значительно сложнее, чем она представляется нам на данном этапе изученности проблемы. В целом по сравнению с разбросным способом технология локального применения минеральных удобрений является более физиологичной (в смысле возможного положительного влияния на уровень экспрессии генома и продукционный процесс), более экологичной (в большей степени повышает устойчивость агроценозов к неблагоприятным условиям и меньший вред наносится природной среде) и более экономичной (дает возможность снизить дозы удобрений и исключить некоторые дополнительные воздействия). Представляется, что локальное внесение удобрений является важным элементом при разработке адаптивных систем земледелия, средством преодоления многих противоречий экологического, энергетического и социально-экономического характера, возникающих при широкомасштабном использовании промышленных туков. В случае ограниченности ресурсов минеральных удобрений данная технология позволяет их использовать с наибольшей эффективностью.