Здоровые корни – залог здоровья растения. как способствовать развитию корневой системы и создать наилучшие условия для растения

ООО «ГроуТэк» – компания, известная на российском рынке продукции и услуг для защищенного грунта как надежный поставщик кокосового субстрата BIOGROW и минеральной ваты GrowTech, водорастворимых минеральных удобрений ведущих отечественных и зарубежных производителей. С текущего года компания является дистрибьютером семян овощных культур BASF Nunhems. Кроме того, ООО «ГроуТэк» предоставляет покупателям консультационные услуги по всем вопросам ведения и питания овощных культур. С 2022 года компания ГроуТэк запустила партнерскую программу сотрудничества с крупнейшими европейскими компаниями агропромышленного сектора с целью просвещения российских агрономов в вопросах современных тенденций выращивания, а также ознакомления с новинками технологических и агрономических исследований, которые уже используются на передовых европейских комбинатах.

Hoogendoorn Growth Management – компания обеспечивающая комплексные решения автоматизации для оптимального производства и высокого качества выращивания. Эксперт по эффективному использованию воды, питательных веществ и энергии. С 2006 года компания участвует в программе исследований New Generation Growing (новое поколение выращивания) в сотрудничестве с университетом Wageningen University and Research (WUR). Именно это исследование привело нас к новым взглядам на водный баланс растений, усовершенствовало подход к климатическим системам и системе контроля полива. Программное обеспечение Hoogendoorn iSii поддерживает эти новые, продвинутые стратегии, которые описаны ниже, соответствует нуждам растений с точки зрения полива, питания, оптимизации условий корневой зоны, а также специфических характеристик мата. При помощи программы можно получить прямую информацию о том, что происходит в мате и о функционировании поливной системы в целом.

Вашему вниманию будет представлена серия публикаций с указанием представителей компаний и контактных данных, что даст вам возможность задать интересующие вас вопросы.

Предисловие 

Данная статья является частью серии публикаций, посвященных оптимизации роста растения в теплице, публикуемых компанией Hoogendoorn Growth Management совместно с партнерами. В предыдущих публикациях были рассмотрены несколько аспектов роста, основанных на одном или нескольких балансах растения. Грамотное использование экранов для энергетического баланса растения максимально усиливает фотосинтез и поддерживает его активность при любых условиях. Корректно организованный полив в комбинации с правильно подобранным субстратом поддерживает водный баланс растения и предотвращает водный стресс. Компьютеризированный контроль процесса, основанный на датчиках и аналитических отчетах, является связующим звеном всех ранее перечисленных факторов и обеспечивает принятие во внимание всех основополагающих факторов роста одновременно.

Но данная статья посвящена микрожизни корневой системы, которую часто недооценивают в ежедневной работе, но которая играет ключевую роль для здоровья и стрессоустойчивости растения.

Введение

Здоровое растение – это ключевой фактор достижения наилучшей урожайности и высокого качества, при минимальном использовании пестицидов. Хотя корневая система растения практически не видима, она играет важнейшую роль в поддержании здоровья растения. Корни – физическая основа растения, они осуществляют поглощение воды, минералов и метаболитов и переносят их в листья, цветы и плоды. Корни также выделяют карбогидраты (сахара) и другие вещества, которые являются питанием различных микроорганизмов, например полезные бактерии (Bacillus, Pseudomonas) или грибы (Trichoderma, Mycorrhiza).
У полезных грибов и бактерий много функций:
• Они формируют барьер от корневых заболеваний,
• Могут являться фунгицидом,
• Некоторые из них участвуют в процессе питания,
• Или способствуют устойчивости растения к заболеваниям. Все микроорганизмы в корневой зоне – ризобиом – это набор инструментов, который приносит большую пользу до тех пор, пока мы с ними правильно обращаемся. У агронома есть масса рычагов управления корнями во благо общего здоровья растения.

Что значит здоровая корневая система? 

Очевидно, что для каждой культуры характерна своя архитектура корневой системы, от легкой поверхностной до глубокой стержневой, либо их комбинация. Но общей характеристикой крепкой системы является белесый цвет, ветвистость (множество боковых корней) и многочисленные корневые кончики с корневыми волосками. Использование Trichoderma harzianum (Trianum) and биостимуляторов (Vidi Parva) в рассадном периоде делает корневую систему ветвистой и здоровой. Корневые кончики – то место, где и происходит большая часть событий: поглощение воды и питания, процесс выделения (или ‘выпотевание’) различных компонентов для подкормки ризобиома.

К сожалению, рост и состояние корней плохо визуализируются. Это заставляет агрономов изучать эффект собственных действий на рост корневой системы. 

Существует ли идеальная почва/субстрат?

Хорошая почва или субстрат обладают следующими характеристиками: сбалансированное количество твердых частиц (минералы, органика), жидкость (вода, растворенные питательные элементы) и газ (воздух с кислородом, углекислый газ и другие газы)(см. рис. 1). Очень важно, чтобы у раствора и воздуха была возможность обновляться. Например, кислороду (O2 ) нужна возможность заходить, а углекислому газу (CO2 ) – возможность выходить из почвы/корневой зоны.

Конечно, это очень общее описание, есть масса способов создать требуемый субстрат. Это может быть и почва, и минеральная вата, и кокос и многие другие. Но каждый из субстратов имеет свою специфику.

Рисунок 1: У хорошего субстрата есть определенные физические параметры: сбалансированное количество твердых частиц (минералов, органики), жидкости (питательные элементы, растворенные в воде) и воздуха (кислород, углекислый газ).

Температура корней – важная физическая характеристика, так как она влияет на метаболизм в корневой зоне и, следовательно, на поглощение воды и питательных элементов. Высокая температура корней усиливает поглощение воды; низкая температура корней замедляет. Хотя технически влиять на температуру корней практически невозможно, необходимо проводить замеры температуры и вести записи. Многие системы климат контроля обладают данными функциями. К сожалению, не многие этими функциями пользуются.
Химический состав питательных элементов в растворе влияет на то, как корни будут их поглощать и как доставлять к растению. Агрономы могут «играть» с ЕС для того, чтобы влиять на поглощение минералов и воды. Но этот фактор не единственный. pH раствора в корневой зоне имеет большое влияние на доступность каждого питательного элемента (см. рис. 2). Уровень pH в диапазоне 6.0 – 6.5 – является лучшим для большинства культур.

Рисунок 2: Уровень pH в диапазоне 6.0 – 6.5 является лучшим для большинства культур.

Поскольку многие процессы роста растения взаимосвязаны, не удивительно, что это применимо и к корневой системе и трем балансам растения. Эту роль мы опишем ниже. 

Корни и баланс ассимилятов. 

Развивающиеся плоды и цветы самые первые получают ассимиляты от фотосинтеза, происходящего в листьях, далее точка роста, далее корни. Это три «стока». Это означает, что в случае дефицита корни получат ассимиляты последними. В результате активация респирации корней (энергия для метаболизма) получает не только меньше ассимилятов, но и меньше карбогидратов и других компонентов необходимых для питания микроорганизмов в корневой зоне (ризобиом).

Сбалансированное соотношение температуры и радиации обеспечит наилучшую поставку ассимилятов в корневую зону для подкормки микроорганизмов. В случае дефицита можно воспользоваться биостимуляторами для обеспечения дополнительного питания для ризобиома. Здоровые корни могут обеспечить воду, так необходимую для регуляции оптимальной температуры листа, что является основой максимального открытия устьиц и максимального фотосинтеза хлорофилла растения. Энергия света здесь трансформируется в химическую энергию целого диапазона компонентов, которые являются не только источником силы роста и пищей для ризобиома, но и делают свой вклад в иммунитет растения.

Баланс растения в основном определяется соотношением температуры/света (RTR). Современные системы контроля Hoogendoorn дают возможность агрономам поддерживать стабильное соотношение на ежедневной основе и стабилизировать баланс ассимилятов в растении. В результате – микробиому в корневой зоне всегда достаточно пищи.

Корни и баланс света.

Листья регулируют собственную температуру посредством испарения, при помощи открытия устьиц. Но это возможно лишь пока корни обеспечивают достаточно воды для испарения. А обеспечить они могут только если есть достаточное количество здоровых корневых кончиков, которые и осуществляют поглощение воды, а также если у корневой системы не ограничена функция транспортировки (например, из-за корневых заболеваний как Pythium, Fusarium, и т. д.). Если функция ограничена, это станет барьером для подъема воды вверх через ксилему к листьям. Кальций, который находится в ткани растений, требует особого внимания. Благодаря испарению он достаточно легко проходит вместе с водой в ксилему. Много кальция идет в листья, так как они испаряют больше всего; немного идет в точку роста и на развитие цветов/плодов.

Кальций не очень мобилен внутри растения, если новые клетки образовывались при дефиците кальция, второго шанса у него попасть туда не будет. Кальций скрепляет слои пектина и образует сильные стенки клетки. Слабые стенки клетки подвержены воздействию вредителей и болезней. Постоянное испарение – лучший способ обеспечить непрерывное поступление кальция и напрямую способствует формированию крепких стенок клетки.

Испарение – самый эффективный механизм охлаждения в растении. Поэтому функционирование корней напрямую связано с энергетическим балансом растения.
Температура поливочной воды может влиять на температуру корневой зоны и, следовательно, поглощение воды и питательных элементов.
Поглощение холодной воды, особенно утром, может понизить температуру нижней части стебля растения. Если температура нижней части стебля опустится ниже точки росы, начнет конденсировать влага, создавая благоприятные условия для возникновения грибных заболеваний как серая гниль и фузариоз.
И наоборот, теплая вода усилит поглощение воды (и питательных элементов). Если это произойдёт при низком уровне испарения, образуются капли на краешках листа. Это называется гуттация. Иногда вода, возникающая в процессе гуттации, может провоцировать грибные и бактериальные заболевания.
Это демонстрирует важность контроля температур в корневой зоне.

Что говорили авторитетные эксперты о Здоровье Растения? 

В 1985 году Francis Chaboussou написал книгу под названием «Здоровая культура – новая агрономическая революция». Chaboussou был агрономом французского государственного научно-исследовательского института. Именно он ввел понятие трофобиоз. Теория трофобиоза гласила – устойчивость растения к заболеваниям и вредителям зависит от его уровней питания. Вредители и заболевания не атакуют здоровое растение. Здоровье растения напрямую ассоциируется с его внутренним балансом, который постоянно меняется. По словам Chaboussou, вредители и патогены поражают те растения, которые могут служить для них пищей. Большинству вредителей и возбудителям болезней для роста нужны свободные аминокислоты и сахара – моносахариды – растворенные в клеточном соке растений. Растения, выращиваемые в условиях ограниченного использования нитратов, с использованием органических удобрений и своевременным синтезом протеинов практически не накапливают свободных аминокислот. 

Чем более сбалансированно выращиваются растения, тем меньше этих веществ доступно. Поэтому, чтобы растение было максимально устойчиво к стрессам, важно правильно управлять его ростом. Все факторы, влияющие на внутренний баланс растения, могут усиливать или снижать его восприимчивость к болезням и вредителям. Это могут быть и факторы, связанные с самим растением (адаптация к климату, возраст растения, прививка) или окружающие факторы (климат, свет, температура, влажность, ветер) или со стратегией выращивания (качество субстрата, дата посадки, расстановки, нормировка, используемые удобрения).

Если коротко, то трофобиоз описывает симбиоз организмов, дающих и берущих пищу. Термин трофобиоз также используется для описания работы по вредителям на растении с применением пестицидов. Распад протеинов на аминокислоты (протеолиз) вызывает изменение состава листа, делая листья более привлекательными для вредителей и болезней. Это ведет к повышению зависимости от пестицидов.

Наследием господина Chaboussou стала трансформация нашего мышления о здоровье растения.

Джон Кемпф /John Kempf/ продолжил его идею и разработал пирамиду здоровья растения /Plant Health Pyramid™/: интеграция исследования по физиологии растения и практического опыта о том, как субстраты и растения достигают более высокой сопротивляемости к вредителям и болезням и переходят на новый уровень здоровья растения. Многие их этих исследований близко связаны с балансами растения, что будет описано в следующем разделе.

 Когда к субстратам и растениям применяются регенеративные практики, они проходят 4 стадии улучшения здоровья растения. Эти практики включают в себя максимальное восстановление естественных и биологических характеристик растения/субстрата. В процессе, у растения повышается иммунитет, сопротивляемость к патогенам, устойчивость к вредителям, улучшается производство липидов, что в свою очередь ведет к усиленному образованию более крепких клеточных мембран, плоды становятся вкуснее, срок их хранения увеличивается, питательная ценность повышается.

Уровни 1 и 2 – для большинства культур и субстратов обычно легко достижимы через полноценное питание, особенно при сбалансированном минеральном питании. Важную роль также играют внекорневые подкормки. 

Уровни 3 и 4 – не так быстро достижимы, как первые два. Чтобы достичь уровня номер 3 необходимо иметь здоровую, сильную систему переработки в субстрате (пищевая цепь или ризобиом), которая сможет обеспечить большую часть потребностей растения в питании. Без этого микробного процесса переработки, растения никогда не получат резерва энергии, необходимого для достижения более высоких уровней производства липидов и запаса энергии.

На первых двух уровнях Пирамиды здоровья растения™, изменения происходят в фитохимии. Третий и четвертый этапы задействуют изменения в биологии, в ризосфере.

Рисунок 4: Инфографическая Пирамида Здоровья Растения (источник: John Kempf)

Чтобы достичь этого уровня растениям требуются адекватные уровни магния, железа, марганца, азота и фосфора. Фосфор напрямую не вовлечен в фотосинтез, но требуется для фотосинтетического метаболизма.

Фотосинтез увеличивается при изменении потенциала растения и профиля карбогидратов на более сложный, с низким уровнем невосстанавливающихся сахаров (таких как глюкоза, фруктоза и сахароза). У растения появляется сопротивляемость к грибным патогенам, таким как Fusarium, Rhizoctonia, Pythium, Phytophthora, и т. д. На этом уровне также важен баланс ассимилятов.

Уровень 2: Полный синтез протеинов 

Чтобы достичь этого уровня растению требуются адекватные уровни магния, серы, молибдена и бора. Растение должно быстрее перерабатывать растворимые компоненты азота в аминокислоты и полноценные протеины, чтобы весь азот становился полноценными протеинами. В результате в растении не останется нитрата и аммония. Проверить можно, проведя анализ. Растение после этого станет более устойчивым к вредителям, особенно личиночным и сосущим, как гусеницы, тля, белокрылка, трипс и т. д.

Хороший водный баланс и поглощение жизненно важных минералов предотвратит водный стресс и обеспечит наилучший синтез протеинов в листьях.

Уровень 3: Повышенный синтез липидов 

Растения начинают поглощать большинство питательных элементов в форме микробиологических метаболитов, которые гораздо более энергоэффективны, чем минеральные вещества. Это также положительный вклад в баланс ассимилятов. Затем они начинают «запасать» излишки энергии в форме липидов. И это тоже положительный вклад в баланс ассимилятов.

Все это помогает растениям развить повышенную резистентность к переносимым по воздуху грибным патогенам, как ложномучнистая и мучнистая роса и бактериальным патогенам, которые попадая на поверхность листа выделяют пиктолитические энзимы для переваривания пектина стенок клетки. Воск и масла на поверхности листа служат щитом и не дают этим энзимам попасть внутрь листа.

 Очень активный микробиом ризосферы растения помогает растению поглощать большинство питательных элементов в форме микробиологических метаболитов, а это и есть основное условие достижения этого уровня здоровья. Trichoderma (Trianum) и другие полезные микробы помогают растению достичь этого уровня.

Уровень 4: Повышенный синтез вторичных метаболитов растения (PSM) 

Растения, растущие в стрессе и условиях дефицитов начинают производить вторичные метаболиты, но поскольку им не хватает энергии, это приводит к снижению урожайности и качества. 

Здоровые растения с хорошим балансом ассимилятов используют свой запас энергии, чтобы подпитывать свой иммунитет (SAR [Системная приобретенная устойчивость] и ISR [Индуцированная системная устойчивость]). Триггерами являются микробы микробиома растения, как в ризосфере, так и в филлосфере (внешний слой листа), или другие иммунные триггеры. В результате увеличивается концентрация иммунных компонентов и вторичных метаболитов. На этом уровне растения развивают повышенную резистентность к вредителям, обладающим более сложной системой пищеварения (жуки, клопы, нематоды корневой гнили) и к вирусам.

На каждом уровне здоровья растениям требуются определенные микробы в микробиоте, чтобы активировать иммунный ответ. Применение Trichoderma (Trianum) и других полезных микробов в корневой зоне или при внекорневой обработке помогает достичь этого уровня.

Высокие температуры также активируют выработку вторичных метаболитов. Выращивание по принципам Расширения Возможностей Растения /Plant Empowerment/ обычно ведет к повышению температур и это также стимулирует выработку большинства вторичных метаболитов в растениях.  

Заключение 

Сейчас многие агрономы уже переходят от стратегии «реагирования на уже возникшую проблему» к более превентивному, комплексному подходу. Они применяют новые принципы Расширения Возможности Растения /Plant Empowerment/, целью которых является минимизировать зависимость от пестицидов и удобрений. Эти принципы позволяют достичь большего с использованием меньшего, что зачастую также положительно сказывается и на финансовых результатах.

Все описываемое выше объясняет, как управлять корнями во благо здоровья растения, объединяя в себе принципы Расширения Возможности Растения и научный подход к этой стратегии. Несколько практических рекомендаций:

1. Убедитесь в том, что в вашей воде для полива содержится достаточно кислорода. Кислород очень важен для ризобиома и функционирования корней.

2. Выбирайте субстрат, который «удовлетворит потребности» ризобиома. Изучите добавки, которые помогут создать идеальную среду.

3. Постоянно измеряйте и записывайте температуру корневой зоны.

4. Прямо с самого начала начните добавлять полезные микробы. Trichoderma harzianum T22 (Trianum) – очень мощное средство от почвенных патогенов, которое одновременно стимулирует рост самого растения.

5. Избегайте передозировки нитратов, так как это делает растение привлекательным для вредителей и заболеваний – особенно при использовании микроорганизмов, стимулирующих рост растения, так как это усиливает поглощение питательных веществ.

6. Стремитесь к балансу катионов в корневой зоне, так как это ведет к балансу всего растения. Проверяйте, не препятствует ли высокий уровень фосфатов поглощению микроэлементов. Обеспечьте непрерывное поглощение кальция, управляя водным и энергетическим балансами.

7. Измеряйте состав сока растения, чтобы определить корректность поглощения питательных элементов.

8. Не убивайте бесценный ризобиом, используя несовместимые пестициды. Если вы начали использовать пестицид, дороги обратно уже нет, либо на это уйдет значительное время.

9. Поддерживайте микробиом (вокруг корней и в субстрате), особенно в стрессовый период, когда соотношение температуры и радиации высокое и снижается доступность сахаров для корней, в этот момент ризобиом начинает «голодать». 

10. Используйте биостимуляторы, чтобы помочь растению справится с абиотическим стрессом. 

Теперь еще раз коротко: сфокусируйтесь на субстрате, качестве поливной воды, характеристиках гибрида, обеспечьте био разнообразие вкорневой зоне, на питании растения, на контроле климата, используйте биоконтроль вредителей и болезней, используйте биостимуляторы для того, чтобы ваши растения были здоровыми и стрессоустойчивыми.