Корневые выделения меняют почву

Проросшее семя ячменя. Фото с сайта http://barleyseeds.com

Слизь, которую выделяют корневые окончания, способна изменять растворимость гумусовых веществ почвы. Количество растворенного органического углерода при выщелачивании чернозема, предварительно подвергшегося воздействию корневых выделений, повышается на 40,4%. Вероятно, корневые выделения высвобождают катионы металлов из гумуса и тем самым меняют его структуру.

Завоевание почвенного пространства растением происходит за счет постоянного роста его корней. Общая поверхность корневой системы может превышать таковую надземных органов в 140-150 раз. При выращивании, например, одиночного растения ржи длина всех его корней может достигать 600 км, а кукуруза в период активной вегетации ежедневно отращивает около трех км корней.

Помимо фиксации растения в земле и поглощения воды и минеральных солей, корень выполняет выделительную функцию. СО₂, поступающий в почву при дыхании корня, превращается в угольную кислоту – растворитель, способствующий извлечению необходимых микроэлементов. Через корневую систему из растений частично удаляются токсины. Органика, выделяемая корнем, может стимулировать или угнетать окружающую флору. Она же питает полезных бактерий и тормозит развитие вредных. Предполагается, что корневой экссудат принимает участие в связывании никеля, кадмия и других тяжелых металлов. В то же время органические выделения корня хелатируют трехвалентное железо, необходимое для метаболизма растений, переводя его из нерастворимой формы в растворимую. Причем дефицит железа вызывает усиление корневой секреции.

Рисунок с сайта http://fizrast.ru

Выделяемые вещества способны накапливаться в пространстве вокруг растения, такое пространство называют «фитогенным полем». Однако корневые выделения недолговечны и большинство из них разрушаются почвенными микроорганизмами.

Слизистые вещества корня включают полисахариды, фенолы, аминокислоты, органические кислоты. Локализованы они на самом окончании корешка, в зонах чехлика и растяжения, вплоть до корневых волосков (см. Корень).

О.И. Волков из Казанского государственного университета культуры и искусств экспериментально показал влияние корневых выделений на растворимость органических компонентов почвы. Слизь корневого окончания смачивает почвенные агрегаты, непосредственно контактирующие с ним. Она связывает катионы двух- и поливалентных металлов почвы с помощью карбоксильных и гидроксильных групп полисахаридов, аминокислот и карбоновых кислот в комплексные соединения и концентрирует эти катионы. Корень продолжает свой рост, и обработанные слизью почвенные комочки вскоре оказываются в зоне корневых волосков, где происходит наиболее активное всасывание питательных веществ. Таким способом корневые выделения «осваивают» почву, предоставляя в пользование корневым волоскам пространство, обогащенное необходимыми растению ионами металлов. О.И. Волков отмечает, что катионы металлов стабилизируют химический состав почвы: они играют роль связующего звена между макромолекулами гумусовых веществ. Соответственно изъятие катионов должно приводить к увеличению растворимости гумуса.

Для проверки данного предположения были пророщены семена ячменя в лесной почве и в черноземе. Комочки земли, плотно прилипшие к корешкам молодых растений, отбирали в течение 10 дней после прорастания семян, обрабатывали щелочными растворами солей лития и разделяли на фракции в хроматографической колонке. Контролем служила такая же почва без растений.

Почвенные агрегаты на корне ячменя. Источник: http://www.agric.wa.gov.au/objtwr/imported_assets/content/pw/weed/major/barleyg.pdf

Опыт показал прирост оптической плотности экстрактов как лесной, так и черноземной почвы, снятой с корешков, по сравнению с контролем – до 9,7 и 33% соответственно. Повышение оптической плотность получившихся экстрактов говорит об увеличении количества растворенных органических веществ. При этом динамика роста оптической плотности для каждой фракции оказалась различной.

Параллельно с помощью хромовой смеси был измерен растворенный органический углерод. В экстракте лесной почвы из-под ячменя количество растворенного углерода увеличилось на 15,5% относительно контроля, а в черноземной почве – на 40,4%. Автор считает, что более резкие изменения гумуса чернозема в ответ на выделения корней можно объяснить нарушением структуры пахотного горизонта в результате сельскохозяйственной деятельности.

Таким образом, увеличение растворимости гумусовых веществ почвы, контактировавшей с пророщенным ячменем, свидетельствует о нарушении ее стабильности под воздействием корневых выделений.