11 Root Growth in Conservation Tillage Systems
Ochronną uprawę roli definiuje się jako dowolną sekwencję uprawy, której celem jest zminimalizowanie lub ograniczenie strat gleby i wody; operacyjnie, kombinację uprawy roli lub uprawy i sadzenia, która pozostawia 30% lub więcej pokrywy z resztek pożniwnych na powierzchni (Soil Science Society of America, 2008). Korzyści z uprawy konserwującej polegają na ograniczeniu erozji gleby, zachowaniu wilgotności gleby, uniknięciu wahań temperatury gleby w warstwie ornej oraz zmniejszeniu kosztów przygotowania gleby. Ponadto, stosowanie uprawy konserwującej jest promowane jako część strategii mającej na celu zmniejszenie strat C z gleb rolnych (Kern i Johnson, 1993). Tempo rozkładu jest na ogół wolniejsze w uprawie zerowej niż w uprawie tradycyjnej, w której rozkład materii organicznej jest przyspieszany przez mieszanie gleby i zmiany w mikroklimacie gleby (Parton i in., 1996). Holland i Coleman (1987) sugerują, że retencja C jest zwiększona w uprawie bez orki, ponieważ resztki pożniwne na powierzchni gleby są rozkładane głównie przez grzyby, które mają wyższą wydajność asymilacji niż bakterie, które dominują w procesach rozkładu resztek wymieszanych z glebą. Gale i Cambardella (2000) stwierdzili, że istnieje wyraźna różnica w podziale C pochodzącego z resztek powierzchniowych i z korzeni podczas rozkładu i sugerują, że korzystny wpływ uprawy zerowej na akumulację organicznego C w glebie wynika przede wszystkim ze zwiększonej retencji C pochodzącego z korzeni w glebie. Wiedza na temat rozwoju systemów korzeniowych roślin w uprawie konserwującej jest ważna, ponieważ praktyka ta jest szeroko stosowana w wielu krajach na całym świecie, zwłaszcza w takich krajach jak Stany Zjednoczone, Brazylia, Argentyna, Kanada i Australia (Bolliger i in., 2006). Szacuje się, że obecnie 45% wszystkich gruntów uprawnych w Brazylii jest zagospodarowywanych z zastosowaniem uprawy konserwującej, a w południowej Brazylii liczba ta przekracza 80% (Bolliger i in., 2006).
Ochronna uprawa roli ogranicza erozję gleby, utrzymuje wilgoć w glebie, oszczędza energię, zwiększa zawartość materii organicznej w glebie, a w konsekwencji jakość gleby. Jednakże uprawa konserwująca może powodować zagęszczenie powierzchniowych warstw gleby, co może prowadzić do słabego wzrostu korzeni. Niekorzystny wpływ zagęszczenia gleby na produkcję roślinną jest znany od wielu lat. Katon Starszy (234-149 p.n.e.) napisał, że pierwszą zasadą dobrej uprawy roli jest dobre zaoranie, a drugą zasadą jest ponowne zaoranie, prawdopodobnie w celu zapewnienia „miękkiego” (dobrze napowietrzonego) podłoża dla nasion (Unger i Kaspar, 1994). Uprawa konserwująca zwiększa gęstość objętościową gleby (Martino i Shaykewich, 1994), co może hamować wzrost korzeni w górnej części profilu glebowego (Cannell, 1985; Lampurlanes i in., 2001), ograniczając pobieranie składników pokarmowych i wzrost roślin (Peterson i in., 1984). Qin i in. (2004) stwierdzili, że gęstość długości korzeni pszenicy, średnia średnica korzeni i procent korzeni o małej średnicy były niższe w uprawie bez orki niż w uprawie konwencjonalnej. Średnica korzeni może świadczyć o wpływie wytrzymałości gleby na wzrost korzeni i wpływa na wykorzystanie składników pokarmowych w glebie. Sidiras i wsp. (2001) stwierdzili grubsze korzenie jęczmienia w uprawie konwencjonalnej niż w uprawie zerowej. Ogólnie rzecz biorąc, gęstość nasypowa, która utrudnia wzrost korzeni, wynosi 1,55 Mg m- 3 dla glin ilastych, 1,65 Mg m- 3 dla glin pylastych, 1,80 Mg m- 3 dla glin piaszczystych i 1,85 Mg m- 3 dla piasków gliniastych drobnoziarnistych (Miller, 1986).
Różnice w stanie odżywienia gleby spowodowane uprawą roli mogą mieć również istotny wpływ na wzrost korzeni (Qin i in., 2004). Uprawa konserwująca często powoduje stratyfikację składników pokarmowych w glebie, zwłaszcza składników niemobilnych, takich jak P (Crozier i in., 1999; Holanda i in., 1998; Logan i in., 1991). Powoduje to większą żyzność gleby w pobliżu jej powierzchni, co w przeciwieństwie do opisanych powyżej skutków zagęszczenia powoduje wzrost gęstości długości korzeni w pobliżu powierzchni gleby w uprawie konserwującej (Cannell i Hawes, 1994; Gregory, 1994). Często wzrost korzeni jest większy w zakresie od 0 do 5 cm w systemach uprawy konserwującej i bezorkowej niż w systemach uprawy konwencjonalnej (Chan i Mead, 1992; Rasmussen, 1991; Wulfsohn i in, 1996).
Pęcznienie korzeni odnotowano dla łubinu (Lupinus angustifolius L.) uprawianego w ubitej glebie (Atwell, 1989), dla jęczmienia (H. vulgare L.) w warunkach impedancji mechanicznej (Wilson i in., 1977) oraz dla gorczycy (Brassica sp.) w wysychającej glebie (Vartanian, 1981). Badania nad wydłużaniem się korzeni bawełny w zależności od wytrzymałości gleby i zawartości wody w glebie wykazały, że wydłużanie się korzeni jest bardziej wrażliwe na wytrzymałość gleby niż na zawartość wody (Taylor i Ratliff, 1969). Objętość korzeni miała mniejszy wpływ niż długość, co wskazuje na wzrost średnicy korzeni (Ball i in., 1994). Chassot i wsp. (2001) stwierdzili, że uprawa konserwująca obniża temperaturę gleby, co może być główną przyczyną słabego wzrostu korzeni i pędów siewek kukurydzy w porównaniu z uprawą konwencjonalną w warunkach umiarkowanej wilgotności.
Patrząc na wiele zalet uprawy konserwującej w porównaniu z uprawą konwencjonalną, można zminimalizować skutki ugniatania gleby powodowanego przez uprawę konserwującą. Unger i Kaspar (1994) stwierdzili, że uprawa roślin o głębokim systemie korzeniowym w zmianowaniu pomoże uniknąć lub złagodzić zagęszczenie gleby, poprawiając rozmieszczenie korzeni i zwiększając ich głębokość. Autorzy ci stwierdzili również, że warunki pogodowe i wilgotność gleby mogą wzmacniać lub osłabiać wpływ zagęszczenia na wzrost korzeni. Nawet jeśli zagęszczenie ogranicza wzrost korzeni, kolejne zjawiska pogodowe mogą wzmocnić lub osłabić wpływ ograniczenia wzrostu korzeni na wzrost roślin. Pierwszy z autorów przeprowadził doświadczenia polowe nad płodozmianem ryż-sucha fasola w uprawie konserwującej na brazylijskich oksisolach. System korzeniowy ryżu wyżynnego został uszkodzony, a plony ryżu były niskie (około 2000 kg ha- 1), około połowy plonów spodziewanych w doświadczeniu polowym z konwencjonalnym przygotowaniem gleby i korzystnymi warunkami środowiskowymi. Jednakże wydajność suchej fasoli była wyższa niż 3000 kg ha- 1 (Fageria, 2008; Fageria i Stone, 2004). Dlatego tak ważny jest wybór odpowiedniej uprawy.