Niejednorodność gleby stanowi naturalną cechę ośrodka wzrostu korzeni, a znaczny zakres zmienności właściwości gleby jest obserwowany w skali odległości zbliżonej do zasięgu korzeni jednej rośliny. W warunkach pola uprawnego zmienność właściwości gleby powstaje w wyniku procesów naturalnych i związanych z techniką uprawy. Zmienność zasobności gleby w składniki mineralne zostaje uwydatniona w procesie zlokalizowanego nawożenia roślin, zabiegu zalecanego w uprawie kukurydzy.

Celem przeprowadzonych badań było określenie wpływu zlokalizowanego nawożenia i zagęszczenia gleby w obrębie sytemu korzeniowego jednej rośliny na wzrost korzeni i części nadziemnych kukurydzy oraz pobieranie wody i rozpuszczonych w niej substancji mineralnych.

W 45-dniowym doświadczeniu, prowadzonym w kontrolowanych warunkach laboratoryjnych, części pionowo podzielonego systemu korzeniowego kukurydzy wzrastały w kolumnach z glebą o średnicy 20 i wysokości 45 cm. Warunki panujące w kolumnach glebowych miały w pewnym uproszczeniu odzwierciedlać warunki panujące wokół rośliny, której cześć systemu korzeniowego wzrastała w glebie zagęszczonej przejazdami maszyn rolniczych i, która została poddana nawożeniu w sposób zlokalizowany z nawozami wprowadzonymi do gleby, o różnym stopniu zagęszczenia (luźnej, średnio i mocno zagęszczonej). W badaniach wykorzystano aparaturę utrzymującą potencjał wody glebowej na stałym, optymalnym dla wzrostu roślin poziomie i pozwalającą na pomiar zużycia wody przez części pionowo podzielonego systemu korzeniowego kukurydzy.

W badanym zakresie gęstości gleby odpowiadającym glebie luźnej, średnio i mocno zagęszczonej w górnej warstwie gleby, niezależnie od rozmieszczenia dawki składników mineralnych, wzrost zagęszczenia skutkował ogólnym spadkiem masy roślin. Wyższa biomasa części nadziemnych analizowanych obiektów wskazuje, że w warunkach nierównomiernego zagęszczenia gleby korzystniejsze warunki dla przyrostu masy części nadziemnych roślin występują, gdy składniki mineralne zlokalizowane są w glebie o mniejszej gęstości. W glebie równomiernie zagęszczonej zlokalizowane nawożenie wierzchniej warstwy skutkowało intensywniejszym wzrostem korzeni w glebie wzbogaconej w składniki mineralne. Efekt ten był najwyraźniejszy w glebie luźnej i zmniejszał się ze wzrostem gęstości gleby. Zlokalizowane nawożenie gleby mocno zagęszczonej było mniej efektywne niż nawożenie gleby luźnej i mocno zagęszczonej, ale do pewnego stopnia łagodziło skutki niekorzystnego wpływu mocnego zagęszczenia gleby. Stwierdzono zwiększenie całkowitej długości korzeni, zmiany rozmieszczenia długości korzeni z głębokością oraz udziału korzeni cienkich w nawożonej połowie kolumny z glebą mocno zagęszczoną, w porównaniu do korzeni z części nienawożonej.

Głównym czynnikiem ograniczającym pobór wody przez rośliny z gleby mocno zagęszczonej okazał się wpływ podwyższonego oporu penetracji warunkującego skrócenie długości korzeni. Krótsze korzenie z obiektów z glebą mocno zagęszczoną cechowały się większą efektywnością poboru wody, w porównaniu do korzenni z gleby luźnej i średnio zagęszczonej. Jednak zwiększenie efektywności poboru wody nie kompensowało skrócenia korzeni wywołanego zwiększonym oporem penetracji gleby.

Znaczny opór mechaniczny dla wzrostu korzeni w części wierzchniej warstwy gleby w obiektach z nierównomiernym zagęszczeniem skutkował intensywniejszym wzrostem korzeni w luźniejszej glebie pod warstwą zagęszczoną. Taką samą zmianę rozmieszczenia korzeni z głębokością stwierdzono także w drugiej części podzielonego systemu korzeniowego tej samej rośliny, rosnącego w glebie mniej zagęszczonej. W glebie nierównomiernie zagęszczonej, której przynajmniej połowa powierzchni została mocno zagęszczona, obserwowano wyraźne skrócenie korzeni cienkich, zarówno w części mocno zagęszczonej, luźnej i średnio zagęszczonej oraz w głębszych warstwach kolumny glebowej. Zakres średnic, w którym obserwowano zmiany, wskazuje, że w obiektach z glebą zagęszczoną, ograniczeniu podlega szybkość wzrostu lub wytwarzania korzeni bocznych. Wskazuje to na negatywny wpływ znacznego zagęszczenia gleby, w którym znajduje się część systemu korzeniowego, na korzenie znajdujące się poza glebą mocno zagęszczoną.

Porównanie wzrostu korzeni w kolumnach glebowych ze zlokalizowanym i równomiernym nawożeniem tą samą dawką składników mineralnych pozwoliło stwierdzić, że szybszemu wzrostowi korzeni sprzyja zwiększenie objętości gleby wzbogacanej w składniki mineralne, a w mniejszym stopniu wzrost stężenia składników mineralnych.

Kompensacyjny pobór większej objętości wody przez korzenie z gleby o mniejszym stopniu zagęszczenia był realizowany głównie poprzez intensywniejszy wzrost korzeni w glebie o korzystniejszych warunkach niż przez zmianę objętości wody pobranej przez jednostkę długości korzeni.

Uzyskane wyniki pokazują, że wzrost i struktura systemu korzeniowego są uzależnione od zagęszczenia gleby oraz rozmieszczenia nawozów. Nierównomierne zagęszczenie gleby w obrębie systemu korzeniowego rośliny nawożonej rzędowo wpływało na pobieranie przez roślinę wody i substancji mineralnych z gleby w sposób zależny od wzajemnego położenia obszaru nawożonego i zagęszczonego. Różnice we wzroście i w ilości pobranej wody przez podzielony system korzeniowy jednej rośliny sugerują, że użycie średniej wartości wskaźników takich jak długość korzeni w jednostce objętości gleby i średniej odległości między korzeniami dla niejednorodnych warunków w danej warstwie może być mylące.