Синергизм и антагонизм химических элементов
Антагонизм – явления, когда химические реакции с участием нескольких химических элементов приводят к тому, что усвоение растениями какого-то из элементов ухудшается. Один элемент в избытке способен снижать способность корневой системы поглощать другой элемент. Объясняется антагонизм сходным строением атомов химических элементов, которые в реакциях могут заменять друг друга. Приведем примеры химических элементов-антагонистов:
- Азот (N) в избыточном количестве снижает усвояемость калия (K), кальция (Ca), железа (Fe), магния (Mg), марганца (Mn), меди (Cu), фосфора (P), цинка (Zn).
- Избыток неорганического фосфора (P) снижает усвоение железа (Fe),марганца (Mn), меди (Cu), цинка (Zn).
- Избыток калия (K) снижает усвоение магния (Mg) и кальция (Ca).
- Избыток кальция (Ca) негативно сказывается на поглощении железа (Fe).
- Избыток железа (Fe) уменьшает усвоение цинка (Zn).
- Избыток цинка (Zn) тормозит поглощение марганца (Mn).
Синергизм — это совместное действие 2-х элементов и более, проявляющееся в позитивном влиянии на состояние растений, т.е. такое взаимодействие элементов, когда они взаимно усиливают друг друга. Приведем научно доказанные примеры синергизма химических элементов:
- Азот в оптимальных объёмах обеспечивает нормальное усвоение из почвы таких элементов, как калий (K), магний (Mg), фосфор (P), железо (Fe), цинк (Zn), марганец (Mn).
- Оптимальное количество бора (B) и меди (Cu) в почве благотворно влияет на усвоение азота (N).
- Молибден (Mo) в оптимальном количестве улучшает усвоение растениями азота (N) и фосфора.
- Кальций (Ca) в достаточном количестве, наряду с цинком, обеспечивают полноценное усвоение калия и фосфора.
- Сера (S) на достаточном уровне улучшает транзит цинка и марганца из почвы в растение.
- Нормальное содержание марганца (Mn) усиливает усвоение меди (Cu).
Кроме перечисленных групп химических элементов (антагонисты, синергисты), выделяют ещё и третью группу так называемых «блокировщиков». В данном случае один элемент не ухудшает усвоение другого, а полностью его блокирует. К примеру, если раствор удобрений содержит одновременно и соли кальция, и соли меди, то из данного раствора может усвоиться только элемент.
Уровень таких взаимодействий напрямую зависит от:
- характеристик почвы, её кислотности и состава;
- окружающей температуры;
- процентного соотношения питательных элементов.
При составлении системы удобрения, агроном должен обязательно учитывать возможность взаимодействия химических элементов. Если ионы аналогичны по заряду и валентности, то высок риск получить конкуренцию этих элементов, их антагонизм. Учитывать антагонизм с синергизмом особенно важно в случаях составления комплексных подкормок на почвах, дефицитных по тем или иным элементам.
Если данный факт игнорировать при составлении схем питания культурных растений, то можно получить обратный эффект. Вплоть до гибели растительных организмов из-за стресса.
Источник
Синергисты и антагонисты
Усвояемость растениями микроэлементов зависит от взаимодействия химических веществ с почвой.
АГРОНОВОСТИ.РФ
Традиционно считалось, что все необходимые вещества поступают в растение с помощью корневой системы. Чтобы проникнуть беспрепятственно, они должны быть растворены в воде и иметь доступную форму, чтобы сразу включиться в процессы обмена, синтеза и метаболизма. Однако в связи с нестабильными погодными условиями и катастрофическим изменением климата достичь этого практически невозможно. Первопричиной является дисбаланс во влагообеспечении, ведь как в сухой, так и в переувлажненной почве растения перестают получать жизненно важные элементы, что приводит к критическим проявлениям их дефицита. Именно тогда целесообразным и эффективным становится внекорневое удобрение растворами, содержащими в своем составе необходимые элементы питания, в частности микроэлементы, которые не только корректируют жизненные процессы у растений, но и нивелируют негативные факторы окружающей среды.
Взаимодействие элементов
Внос удобрений внекорневым методом приводит к повышению концентрации соли в клеточном соке растения. Такое состояние приводит к тому, что растение поглощает большее количество влаги с растворенными в нем питательными элементами. Таким образом, внекорневое внесение еще и дополнительно улучшает поглощение элементов питания из почвы. Однако основной ошибкой в планировании этого агромероприятия является то, что аграрии недостаточно изучили, как именно и какие химические вещества взаимодействуют друг с другом и почвой. Собственно, это причина того, что большая часть удобрений расходуется зря, а усвояемость питательных элементов сводится к минимуму. И сколько бы мы ни вносили их в прикорневую зону растений, стопроцентного усвоения достичь невозможно, ведь многие факторы, в том числе и взаимодействие элементов питания между собой, будут препятствовать этому.
Практически все они являются либо антагонистами, либо синергистами друг к другу. Недавно выделяют еще одну группу – блокаторы. То есть элементы питания, которые при одновременном внесении блокируют поступление друг друга в растение.
Типичным примером блокатора является одновременное внесение меди и кальция. При идеальных условиях растение усвоит один из этих элементов или не усвоит ни одного, тогда и эффективности от внесения не будет совсем, они будто «цементируются». Да, они могут присутствовать в растворе, но в такой форме, которая точно не поглощается растением.
Вместе с кальцием также не вносят фосфор, железо, цинк и марганец, поскольку они тоже являются блокаторами между собой. Все реакции достаточно изменчивы и могут происходить как внутри клетки и поверхности мембран, так и в ризосфере, то есть в почве при корневом питании. Это разъясняется тем, что функции микроэлементов соединены в большей степени с работой ферментативных систем.
Очень важно изучить, как взаимодействуют между собой конкретные питательные элементы, чтобы учесть это в планировании системы питания. Например, повышенная норма азота замедляет поглощение фосфора, калия и железа, при определенных условиях еще кальция, магния, марганца, цинка и меди; повышенная норма фосфора замедляет поглощение железа, марганца, цинка и меди; повышенная норма калия замедляет поглощение магния и, в меньшей степени, кальция; повышенная норма кальция значительно снижает поглощение железа; повышенная норма железа замедляет поглощение цинка; повышенная норма цинка ухудшает доступность марганца.
Однако, если цель усилить действие определенного микроэлемента, следует обращать внимание на его синергетическое или комплексное взаимодействие, которое может состоять из двух или более элементов. К тому же достигается усиление результата их воздействия на растение. Так, оптимальная доза азота является залогом полноценного поглощения калия, фосфора, магния, железа, марганца и цинка из почвы. Достаточный уровень обеспеченности медью и бором улучшает поглощение АЗОТА. Оптимальная норма молибдена увеличивает усвояемость азота и увеличивает поглощение фосфора. Достаточное количество кальция и цинка улучшают усвоение фосфора и калия. Оптимальный уровень серы улучшает поглощение марганца и цинка. Достаточное количество марганца повышает усвоение меди.
Однако, чтобы добиться ожидаемых результатов, следует помнить, что явления антагонизма и синергизма зависят от типа почвы, физических свойств, рН , окружающей среды и температуры. Если есть сходство в строении двух или более элементов, они способны замещать друг друга в биохимических системах, что и вызывает антагонизм этих питательных веществ. Агрономы всегда должны учитывать конкуренцию элементов, содержащих аналогичные по размеру, валентности и заряду ионы. Это очень важно для составления сбалансированного комплекса удобрений, необходимых для гармоничного развития культур. В противном случае это приведет к дефициту или избытку определенного элемента питания, а это причинит необратимый вред растениям.
Дефицит элементов, используемых многократно, прежде всего проявляется на старых листьях. Кроме того, на старых органах растений более отчетливо проявляются признаки избытка элементов, не подлежащих реутилизации, и имеющихся в избытке в питательном растворе.
Благоприятные условия
Для достижения ожидаемого результата обязательно следует учитывать природно-климатические условия, в частности, влажность почвы, воздушный и температурный режимы.
Оптимальная влажность почвы (60–80% полной полевой влагоемкости) – необходимое условие для нормального питания растений. Она имеет большое значение для усвоения элементов питания, ведь вода является средой для диффузии элементов питания из почвенного раствора и почвенного впитывающего комплекса в корни. На образование органических веществ растения тратят около 0,2% поглощенной воды, остальное испаряется. Следовательно, минеральное питание растений – независимый физиологический процесс, мало связанный с водным режимом растений.
Удобрения на 20–30% снижают расход воды на образование сухого вещества. Уменьшение расхода воды под действием удобрений может быть связано не только с положительным влиянием собственно элементов питания на метаболизм растений, но и с более ранним и более мощным развитием листовой поверхности, что способствует уменьшению физического испарения с поверхности почвы и увеличению, таким образом, количества влаги, что идет на продуктивную транспирацию растениями. В свою очередь, при достаточной влажности повышается отдача от внесенных удобрений, что доказано практикой применения удобрений в условиях орошения.
Растения могут поглощать элементы только в условиях благоприятного воздушного режима почвы. Для большинства сельхозкультур достаточно концентрации в почве 2–3% кислорода. При недостатке кислорода в ней образуется больше восстановленных форм железа и других соединений, вредных для растений и увеличивается содержание углекислого газа, что снижает усвоение корнями ионов аммония, нитратов и фосфатов и ингибирует деятельность микроорганизмов. Для обеспечения корней растений кислородом создают благоприятную структуру почвы.
При температуре почвы +5…+7 °С снижается поступление в растения азота, фосфора, кальция, серы, в меньшей степени калия. Аммонийный азот может поступать в растения при более низкой температуре, чем нитратный. Негативное влияние низкой температуры на азотное и фосфорное питание в период появления всходов объясняется слабым использованием молодыми растениями азота и фосфора из запасов семян и почвы. Оптимальная температура для азотного и фосфорного питания составляет +23…+25 °С. С повышением температуры от +20 до +35 С интенсифицируется образование белка в зерне озимой пшеницы. Однако чрезмерно высокая температура оказывает негативное влияние на поступление элементов питания в растение, что, по-видимому, обусловлено снижением активности ферментативных систем.
Таким образом, спланированная система питания с учетом взаимодействия ее элементов между собой и текущих природно-климатических изменений позволит получить продуктивные посевы с высокими и качественными урожаями.
Источник