11 Root Growth in Conservation Tillage Systems
Conservation tillage is defined as any tillage sequence, the objective of which is to minimize or reduce of loss of soil and water; operationally, a tillage or tillage and planting combination that leaves a 30 % or greater cover of crop residue on the surface (Soil Science Society of America, 2008). Säilyttävän maanmuokkauksen etuja ovat maaperän eroosion vähentäminen, maaperän kosteuden säilyttäminen, maaperän lämpötilan vaihtelujen välttäminen peltomaan syvyydessä ja maanmuokkauskustannusten vähentäminen. Lisäksi säilyttävän maanmuokkauksen käyttöä kannustetaan osana strategiaa, jolla pyritään vähentämään C:n hävikkiä maatalousmaaperästä (Kern ja Johnson, 1993). Maan orgaanisen aineksen hajoamisnopeus on yleensä hitaampi muokkaamattomassa maanmuokkauksessa kuin tavanomaisessa maanmuokkauksessa, jossa maan orgaanisen aineksen hajoamista edistävät maan sekoittuminen ja muutokset maan mikroilmastossa (Parton et al., 1996). Holland ja Coleman (1987) esittivät, että C:n pidättyminen lisääntyy muokkaamattomassa maanmuokkauksessa, koska pintajäännöksiä hajottavat pääasiassa sienet, joiden assimilaatiotehokkuus on korkeampi kuin bakteerien, jotka hallitsevat maahan sekoitetun jäännöksen hajoamisprosesseja. Gale ja Cambardella (2000) raportoivat, että pintajäännöksen ja juuristosta peräisin olevan C:n jakautumisessa oli selvä ero hajoamisen aikana, ja viittaavat siihen, että kylvöttömyyden suotuisat vaikutukset maaperän orgaanisen C:n kertymiseen johtuvat ensisijaisesti juuristosta peräisin olevan C:n lisääntyneestä pidättymisestä maaperään. Tieto siitä, miten kasvien juuristot kasvavat säilyttävässä maanmuokkauksessa, on tärkeää, koska tämä käytäntö on laajalti käytössä monissa maissa eri puolilla maailmaa, erityisesti Yhdysvalloissa, Brasiliassa, Argentiinassa, Kanadassa ja Australiassa (Bolliger et al., 2006). Brasilian koko viljellystä maasta arviolta 45 prosenttia hoidetaan nykyisin säilyttävällä maanmuokkauksella, joskin Etelä-Brasiliassa luvun kerrotaan olevan yli 80 prosenttia (Bolliger et al., 2006).
Säilyttävä maanmuokkaus vähentää maaperän eroosiota, säästää maaperän kosteutta, säästää energiaa, lisää maaperän orgaanisen aineksen pitoisuutta ja näin ollen myös maaperän laatua. Säilyttävä maanmuokkaus voi kuitenkin tiivistää pintamaahorisontteja ja johtaa juurten huonoon kasvuun. Maan tiivistymisen haitalliset vaikutukset kasvintuotantoon on tunnustettu jo vuosia. Cato vanhempi (234-149 eKr.) kirjoitti, että hyvän viljelyn ensimmäinen periaate on kyntää hyvin ja toinen periaate on kyntää uudelleen, oletettavasti ”pehmeän” (hyvin ilmastetun) siemenpohjan aikaansaamiseksi (Unger ja Kaspar, 1994). Luonnonmukainen maanmuokkaus lisää maan irtotiheyttä (Martino ja Shaykewich, 1994), mikä voi estää juurten kasvua maaperäprofiilin yläosassa (Cannell, 1985; Lampurlanes et al., 2001), mikä vähentää ravinteiden hyväksikäyttöä ja kasvien kasvua (Peterson et al., 1984). Qin ym. (2004) raportoivat, että vehnän juuren pituustiheys, keskimääräinen juuren halkaisija ja halkaisijaltaan pienten juurien prosenttiosuus olivat pienempiä muokkaamattomassa maanmuokkauksessa kuin tavanomaisessa maanmuokkauksessa. Juuren läpimitta voi olla osoitus maan lujuuden vaikutuksesta juurten kasvuun ja vaikuttaa maaperän ravinteiden hyödyntämiseen. Sidiras et al. (2001) raportoivat, että ohran juuret olivat paksummat tavanomaisessa maanmuokkauksessa kuin muokkaamattomassa maanmuokkauksessa. Yleisesti ottaen juurten kasvua haittaavat irtotiheydet ovat 1,55 Mg m- 3 savihiekoilla, 1,65 Mg m- 3 silttihiekoilla, 1,80 Mg m- 3 hiekkahiekoilla ja 1,85 Mg m- 3 savisilla hienojakoisilla hiekoilla (Miller, 1986).
Mullankäsittelyn aiheuttamilla eroilla maaperän ravinnetilanteessa voi olla myös merkittävä vaikutus juurten kasvuun (Qin ym., 2004). Säilyttävä maanmuokkaus johtaa usein maaperän ravinteiden, erityisesti liikkumattomien ravinteiden, kuten P:n, kerrostumiseen (Crozier et al., 1999; Holanda et al., 1998; Logan et al., 1991). Tämä lisää maaperän viljavuutta lähellä maan pintaa, mikä, toisin kuin edellä kuvatut tiivistymisen vaikutukset, aiheuttaa juurten pituustiheyden lisääntymistä lähellä maan pintaa säilyttävän maanmuokkauksen yhteydessä (Cannell ja Hawes, 1994; Gregory, 1994). Juurten kasvu on usein suurempaa 0-5 cm:n etäisyydellä säilyttävässä maanmuokkauksessa ja muokkaamattomassa maanmuokkauksessa kuin tavanomaisessa maanmuokkauksessa (Chan ja Mead, 1992; Rasmussen, 1991; Wulfsohn ja muut), 1996).
Radiaalista juurten turpoamista on raportoitu lupiineilla (Lupinus angustifolius L.), joita kasvatetaan tiivistetyssä maassa (Atwell, 1989), ohralla (H. vulgare L.) mekaanisen impedanssin alaisena (Wilson ym., 1977) ja sinapilla (Brassica sp.) kuivassa maassa (Vartanian, 1981). Tutkimukset puuvillan juurten pidentymisestä maan lujuuden ja vesipitoisuuden funktiona osoittivat, että juurten pidentyminen on herkempää maan lujuudelle kuin vesipitoisuudelle (Taylor ja Ratliff, 1969). Juuren tilavuus vaikutti vähemmän kuin pituus, mikä viittaa juuren läpimitan kasvuun (Ball et al., 1994). Chassot et al. (2001) raportoivat, että säilyttävä maanmuokkaus laskee maan lämpötilaa, ja tämä voi olla tärkein syy maissin taimien juurten ja versojen heikkoon kasvuun verrattuna tavanomaiseen maanmuokkaukseen lauhkeissa kosteissa olosuhteissa.
Kun otetaan huomioon säilyvän maanmuokkauksen lukuisat edut tavanomaiseen maanmuokkaukseen verrattuna, säilyvän maanmuokkauksen aiheuttaman maaperän tiivistymisen vaikutukset voidaan minimoida. Unger ja Kaspar (1994) raportoivat, että syväjuuristen viljelykasvien viljely vuoroviljelyssä auttaa välttämään tai lievittämään tiivistymistä, parantaa juurten jakautumista ja lisää juuristosyvyyttä. Nämä kirjoittajat raportoivat myös, että sääolosuhteet ja maan kosteus voivat lisätä tai vähentää tiivistymisen vaikutuksia juurten kasvuun. Vaikka tiivistyminen rajoittaa juurten kasvua, myöhemmät sääilmiöt voivat joko lisätä tai vähentää juurten rajoituksen vaikutusta kasvien kasvuun. Ensimmäinen kirjoittaja on tehnyt kenttäkokeita riisin ja kuivien papujen vuoroviljelyssä, jossa on käytetty säilyttävää maanmuokkausta brasilialaisilla Oxisoleilla. Riisin juuristo vaikutti haitallisesti vuoristoalueiden riisin juuristoon, ja riisin sato oli alhainen (noin 2000 kg ha-1 ), noin puolet siitä, mitä odotettiin peltokokeessa, jossa maanmuokkaus suoritettiin tavanomaisesti ja ympäristöolosuhteet olivat suotuisat. Kuivapapusadot olivat kuitenkin yli 3000 kg ha- 1 (Fageria, 2008; Fageria ja Stone, 2004). Näin ollen sopivan viljelykasvin valinta on tärkeää.