Поиск

Корневая система травянистых растений
29.10.2015

Травянистые растения не имеют глубоко идущей системы крупных корней, характерной для растений древесных. Травянистая растительность образует весьма разветвленную сетку обильных тонких корешков, корней и корневищ в самых верхних горизонтах почв, формируя так называемую дернину. Почвообразовательный процесс, происходящий под влиянием корней и дернины, называется «дерновым процессом», и почвы, имеющие такие скрепленные корнями прочные гумусированные биогенные горизонты, называются дерновыми почвами.
Сюда относится большой ряд почв: луговые глеевые почвы, темные луговые и дерновые почвы пойм и низких речных террас, брюниземы — темноцветные почвы прерий, различные черноземы, горные луговые почвы, учебные и темные почвы саванн, регуры — черные хлопковые (маргалитовые) почвы субгумидных тропиков. При всех различиях эти почвы имеют ряд общих особенностей, отличающих их от почв, образованных под лесной растительностью. Эти общие черты обязаны дерновому процессу, т. е. длительному воздействию корневых систем трав и ассоциирующих с ними почвенных организмов.
Травянистая растительность вовлекает в биологический круговорот большие количества углерода, азота, относительно подвижного кремнезема, кальция, магния, калия, фосфора, серы, меди, кобальта, обогащая ими верхние горизонты почвы, и образует мощные гумусовые горизонты (0,5—2,0 м) с преобладанием гуминовых кислот над фульвокислотами, с высокими энергетическими, пищевыми ресурсами и развитой катионной поглотительной способностью (25—30—50 мг*экв). Для почв этой формации характерны нейтральная и слабощелочная реакция среды, наличие солей углекислого кальция, образование глинных минералов группы монтмориллонита и иллита.
Геоморфологически и геохимически районы с почвами этой формации расположены на слабодренированных аккумулятивных равнинах, характеризующихся в прошлом или настоящем гидроморфным режимом. Многие районы распространения темных гумусовых почв, лугово-черноземных почв, почв прерий имеют неглубокие грунтовые воды (4—6 м), которые и в настоящее время оказывают решающее влияние на растительность и почвообразование (Кубань, Тамбовская область, Западная Сибирь, Молдавия, Венгрия, Аргентина, Канада). В этой же группе находятся так называемые послелесные почвы и высокоокультуренные почвы полей.
В целинных условиях черноземных луговых степей Кубани, Молдавии, Центрально-Черноземных областей России травянистая растительность развивает мощную корневую систему, проникающую на глубину 2—2,5 м (рис. 81). Суммарно ризомасса на черноземах достигает 24 т/га — 26 т/га. В настоящей прерии США верхние 10 см почвы содержат до 10 т/га органического вещества корней.

Корневая система травянистых растений

В среднем к концу лета злаково-травянистые растения прерий производят от 175 до 882 отдельных корней на одно растение. За год вегетации в экспериментальных условиях такие растения, как Bouteloua, Andropogon, образуют каждое до 80—320 г корней при 280—900 г наземной фитомассы. Вевер считает, что некоторые корни травянистых растений прерий живут значительно дольше трех лет, благодаря этому и создается прочная и развитая дернина почв прерий, защищающая их от эрозии.
Большинство культурных растений, особенно кукуруза и подсолнечник, развивает корневую систему также до глубины 2—2,5 и даже 3 м. Ho общая ризомасса культурных растений даже на черноземах редко превышает 50—60—70 ц/га, составляя чаще 25—30 ц/га.
Степень разветвленности корневых систем у травянистых растений во много раз большая, чем у древесных. Общая длина всех корней у травянистых растений достигает поразительных размеров: при одиночном стоянии — до 70—80 км, а при сплошном покрове — до 850—960 м на растение. По не вполне проверенным данным, длина корневых волосков достигает у одиночных растений 10 000 км, а прирост их в день 80 км. Столь же интенсивно постоянное отмирание корневых волосков. Представление об огромной длине, объеме и поверхности корней травянистых растений степей дают данные табл. 96. Н.З. Станков считает, что поверхность поглощения корневых волосков в 20—30 раз больше поверхности тонких корешков. Корневая масса травянистых растений крайне сильно воздействует на почву, механически и биохимически создавая особую прикорневую зону, насыщенную микрофауной и микрофлорой, богатую ферментативными и каталитическими соединениями, имеющую особый воздушный, газовый, окислительно-восстановительный и кислотно-щелочной режимы.
Корневая система травянистых растений

В отличие от древесных растений, у которых наземная масса значительно преобладает над ризомассой, у травянистых корни либо равны по весу наземной фитомассе, либо (что чаще) превышают ее (рис. 82). Так, например, по данным Е.А. Афанасьевой, общий запас надземной и подземной фитомассы в биогеоценозах луговых степей Русской равнины с мощными и тучными черноземами равен 34 г/га. Это включает около 3,3 г/га наземной сухой растительной массы, 6,7 т/га степного войлока и 24 т/га корней. Чем менее благоприятны экологические условия, тем большая часть суммарной фитомассы травянистых приходится на долю корней. При возрастании сухости климата соотношение наземной и подземной частей резко меняется в пользу корней. На лугах и луговых степях корни превышают наземную массу на 200—300%, в типичных степях на 400—500%, а в сухих степях на 600—1000%; соответственно усиливается и почвообразующий эффект корней.
Корневая система травянистых растений

В условиях высокогорий еще отчетливее проявляется концентрация биомассы травянистой растительности в виде корней в верхних почвенных горизонтах. Так, 95—99% общей биомассы горных степей и лугов Тянь-Шаня представлено корнями. В опаде до 86—97% массы приходится на долю корневых остатков (табл. 97).
Корневая система травянистых растений

Тенденция к аккумуляции фитомассы в почве особенно резко выражена в условиях горного дернового почвообразования Кавказа. Так, по данным С.А. Алиева, ризомасса превышает наземную биомассу в травянистых сообществах горного Азербайджана в 6—9—18 раз (табл. 98). В отдельных случаях биомасса живых и мертвых корней превышает наземную биомассу в 64 раза. Даже древесная растительность в горных условиях имеет такое соотношение, хотя и в очень ослабленной степени (отношения около 2,4).
Есть еще одно различие в характере ризомассы древесных и травянистых — это сосредоточенность корней в верхних горизонтах почвы, обычно в 50—60 см и особенно в верхних 0—10, 0—20 см. В горно-луговых почвах Кавказа 90% веса корней находится в самой верхней части профиля почвы (0—20 см). У луговых пойменных и глеево-луговых почв Кавказа (сазовых) 85—90% ризомассы сосредоточено в верхних 0— 20 см, где она образует прочную сложную дернину. В черноземных почвах Азербайджана распределение ризомассы несколько иное. Корни размещаются в большем объеме и на большую глубину: 85—90% ризомассы сосредоточено в слое 0—30 или 0—40 см.
Корневая система травянистых растений

Однако нельзя считать, что в дерновом процессе и в истории почв лугов, прерий, степей древесные растения не играли никакой роли. Наоборот, та или иная степень участия древесной или кустарниковой растительности в дерновом почвообразовательном процессе, по-видимому, была неизбежной. Это могло быть в период прошлого поемного режима древних водно-аккумулятивных равнин. Могло это быть и в форме поселения дубрав, березовых и осиновых колков, реликты которых и поныне наблюдаются на черноземах.
Человек и его хозяйственная деятельность способствовали почти полному исчезновению древесных на лугах, в прериях, степях и саваннах. Это способствовало и увеличению роли дернового почвообразования там, где дернина не была уничтожена выжиганием, пастьбой, распашкой.