Els agricultors passen la major part del temps mirant - les fulles, les flors i els fruits -, però la part de la planta que finalment determina el rendiment i la resistència creix sota terra. Les arrels són la meitat oculta del cultiu i, en els sistemes moderns de producció d'alta-entrada i alta-densitat, el seu desenvolupament és sovint el factor limitant més que la varietat o el programa de fertilitzants. Un cultiu amb un sistema d'arrels dèbil i poc profund no pot explotar completament l'aigua i els nutrients que ja hi ha al sòl, és més vulnerable a la sequera i l'allotjament, i tendeix a senescència primerenca durant l'ompliment del gra. Per contra, un sistema arrel profund i ben-ramificat amb abundants pèls arrels actius captura més recursos, suporta millor l'estrès i converteix els fertilitzants i l'aigua en rendiment de manera més eficient. A mesura que les granges es mouen cap a densitats de plantació més altes, conreu reduït i temps més variables, invertir en la salut de les arrels s'ha convertit en una de les decisions de gestió de rendiment més-que pot prendre un cultivador.
Què fan realment les arrels
Les arrels realitzen diverses funcions que són indispensables per al rendiment del cultiu. El més evident és l'absorció d'aigua i nutrients: les arrels, i especialment els milers de petits pèls de l'arrel que emergeixen de l'epidermis de l'arrel, proporcionen la superfície a través de la qual la planta absorbeix aigua i minerals dissolts. Només els pèls de l'arrel poden representar aproximadament la meitat de l'absorció total d'aigua de la planta i són especialment importants per als nutrients immòbils com el fòsfor, que no es mou gaire lluny a la solució del sòl i ha de ser interceptat pel creixement de les arrels. Les arrels també fixen la planta al sòl, resistint l'allotjament del vent i la pluja - un factor important de pèrdua de rendiment-de cereals i llavors oleaginoses. Serveixen com a fàbrica d'hormones, produint citoquinines i altres senyals que regulen el creixement dels brots, la senescència de les fulles i les respostes a l'estrès. En molts cultius, les arrels emmagatzemen hidrats de carboni i nutrients que es remobilitzen durant el creixement reproductiu. Finalment, les arrels donen forma a la rizosfera - la fina capa de sòl al voltant de l'arrel - exsudant compostos orgànics que alimenten microbis beneficiosos, inclosos els fongs micorízics i el creixement-de les plantes-promocionant els rizobacteris, que al seu torn milloren la disponibilitat de nutrients i la resistència a les malalties.
Arquitectura arrel i captura de recursos
No tots els sistemes arrels són iguals. L'arquitectura del sistema radicular - la disposició espacial de les arrels primàries, les arrels laterals, les arrels adventícies i els pèls de l'arrel - determina amb quina eficàcia un cultiu explora el perfil del sòl. Un sistema d'arrels profunds amb angles de creixement pronunciats pot accedir a l'aigua i al nitrogen emmagatzemats a les capes més profundes del sòl, la qual cosa és fonamental durant les sequeres de mitja-estació i per reduir la lixiviació de nitrogen. Un sistema d'arrels poc profund i molt ramificat amb pèls densos és més eficient per capturar fòsfor i potassi de la terra superior, on aquests nutrients tendeixen a acumular-se. La cria i la gestió modernes s'orienten cada cop més a trets arquitectònics específics: arrelament més profund per a entorns propensos a la sequera-, més pèls de l'arrel i ramificació lateral per a sòls de baixa-fertilitat i aerènquima (canals d'aire a l'arrel) per a condicions d'aigua. La planta remodela activament la seva arquitectura arrel en resposta a les condicions locals - proliferant arrels laterals i pèls de l'arrel en pegats rics en nutrients-, frenant el creixement de l'arrel primària sota sòls durs i ajustant la conductivitat hidràulica sota sequera - mitjançant xarxes de senyalització hormonal que inclouen auxina, etilè i àcid abscísic.
Arrels i tolerància a l'estrès
El desenvolupament de les arrels és la primera línia de defensa contra gairebé tots els estrès abiòtics que pateix un cultiu. La tolerància a la sequera depèn en gran mesura de la profunditat d'arrel i de la conductivitat hidràulica de l'arrel: un cultiu amb arrels que arriben a 1,5 metres pot extreure aigua de capes a les quals no arriba mai un cultiu d'arrel-poca, mantenint la fotosíntesi i l'ompliment de gra quan la terra superior està seca. La resistència a l'allotjament està determinada tant per la força de l'arrel com per la propagació de l'arrel - una base de l'arrel àmplia i profundament ancorada resisteix molt millor el llançament del vent que una estora fibrosa poc profunda. La tolerància a l'aigua es basa en les arrels que formen aerènquima per transportar l'oxigen des del brot fins a la punta de l'arrel, evitant la mort de les arrels en sòls saturats. L'estrès dels nutrients es mitiga per la plasticitat de l'arrel: amb un nivell baix de fòsfor, les plantes produeixen pèls de l'arrel cada cop més llargs, exsuden àcids orgànics per solubilitzar el fòsfor lligat i s'associen més fortament amb fongs micorízics arbusculars, les hifes dels quals estenen l'abast efectiu de l'arrel moltes vegades. En tots els casos, la capacitat del sistema radicular de créixer, explorar i adaptar-se determina si el cultiu sobreviu a l'estrès o pateix una pèrdua de rendiment irreversible.
La meitat oculta: restriccions en la producció moderna
Malgrat la seva importància, els sistemes d'arrels en l'agricultura moderna s'enfronten a limitacions creixents. La compactació del sòl - causada per la maquinària pesada, el trànsit repetit de rodes i la formació d'una safata d'arada dura a 15-30 cm de profunditat - és potser el factor limitant de l'arrel-més estès. El sòl compactat té una alta impedància mecànica, poca porositat i poca aireació; les arrels no poden penetrar-hi, de manera que es limiten a una capa poc profunda on l'aigua i els nutrients s'esgoten ràpidament. La investigació mostra que el conreu profund combinat amb fem orgànic pot reduir la compactació del subsòl aproximadament un 18% i augmentar la densitat de la longitud de l'arrel a la capa de 15-30 cm en un 10%, amb els corresponents guanys en l'absorció d'aigua i nutrients. La degradació del sòl - pèrdua de matèria orgànica, degradació de l'estructura del sòl, erosió i acidificació - restringeix encara més el creixement de les arrels reduint l'espai de porus, disminuint la disponibilitat de nutrients i augmentant l'alumini i el manganès tòxics en sòls àcids. Les altes densitats de plantació, alhora que augmenten el potencial de rendiment, intensifiquen la competència arrel per l'aigua i els nutrients, i requereixen varietats i pràctiques de gestió que mantinguin l'eficiència de les arrels sota l'aglomeració. La variabilitat climàtica, amb sequeres més freqüents i esdeveniments de pluges intenses, privilegia els sistemes radiculars que poden arribar a aigües profundes i tolerar la saturació temporal.
Construir millors sistemes arrels
La millora del desenvolupament de les arrels es pot aconseguir mitjançant una combinació de gestió del sòl, nutrició, inputs biològics i protecció dels cultius. La millora del sòl és fonamental: l'aplicació de fems orgànics i el retorn dels rostolls dels cultius augmenta la matèria orgànica del sòl, millora l'estabilitat dels agregats i millora la força de les arrels, la duresa i el rang de distribució; l'afluixament o el subsòl profund trenca les capes compactades i permet que les arrels penetrin més profundament. Una nutrició equilibrada és important perquè els nutrients específics influeixen directament en el creixement de les arrels - el fòsfor estimula la ramificació de les arrels i el desenvolupament primerenc de les arrels, el zinc i altres micronutrients donen suport a l'activitat dels meristemes de les arrels i el calci manté la integritat de les cèl·lules radiculars. Els inputs biològics, com ara els fongs micorízics arbusculars i els rizobacteris-creixement-de plantes, amplien l'àrea d'absorció efectiva de l'arrel, solubilitzen el fòsfor i produeixen hormones que estimulen el creixement de les arrels. Els tractaments de llavors i plàntules amb agents d'arrel - incloses auxines com IBA i NAA, àcids húmics, extractes d'algues marines i microbis beneficiosos - donen a les plantes joves un inici d'arrels més ràpid i vigorós, que és especialment valuós a principis de primavera quan els sòls freds i humits frenen el creixement natural de les arrels. Les pràctiques de gestió de l'aigua, com ara el reg dèficit o l'assecat controlat durant el creixement primerenc, poden estimular un arrelament més profund (un efecte "d'entrenament"), mentre que el reg per degoteig col·loca l'aigua i els nutrients a la zona arrel de manera més eficient. Finalment, la selecció de varietats per a trets d'arrel - arrelament més profund, ancoratge radicular més fort, més pèls arrel - està cada cop més disponible a través dels programes de millora moderns.
Conclusió
El desenvolupament de les arrels és la base de la productivitat dels cultius, però segueix sent la part més mal gestionada-de la producció moderna. Un sistema d'arrels actiu, profund i ben-ramificat, capta més aigua i nutrients, resisteix la sequera i l'allotjament, tolera l'engordament i l'estrès de nutrients, i manté la fotosíntesi i l'ompliment de gra durant el període reproductiu crític. En l'entorn de producció actual - caracteritzat per la compactació del sòl, la disminució de la matèria orgànica, les altes densitats de plantació i el clima cada cop més variable -, el sistema radicular és sovint el coll d'ampolla que limita el rendiment, independentment de la quantitat de fertilitzant o d'aigua que s'apliqui. Construir millors arrels requereix un enfocament integrat: millorar l'estructura del sòl mitjançant la matèria orgànica i el conreu profund, equilibrar la nutrició, desplegar inputs biològics i agents d'arrelament, gestionar l'aigua per afavorir l'arrelament profund i seleccionar varietats amb una arquitectura d'arrels favorable. El rendiment d'aquesta inversió no és només un rendiment més elevat en anys bons, sinó un rendiment més estable i costos d'entrada més baixos en anys difícils -, que és exactament el que necessita la producció moderna de cultius.
