Концентрация элементов в растениях

Питательный режим почв

Питательный режим почв — совокупность процессов поступления, накопления, трансформации питательных веществ в почве и поглощения их растениями.

Относится к земным факторам жизни растений.

Навигация

Роль питательных веществ в жизни растений

Основным процессом, отвечающим за питание растений, является фотосинтез — поглощение в молекулах хлорофилла углекислого газа и воды под действием солнечного света и превращение их в глюкозу и кислород. Однако, для роста и развития растениям необходим комплекс минеральных веществ, которые они поглощают преимущественно из почвы. Все растения, использующие хлорофилл для питания называются автотрофными. Растения также поглощают из почвы некоторые простые азот- и фосфорсодержащие органические вещества (некоторые аминокислоты и фитин), но их роль в питании ничтожна.

Некоторые растения, не имеющие молекулы хлорофилла (повилика, заразиха), а также грибы и бактерии, питающиеся за счет готовых органических соединений называют гетеротрофными организмами.

На сегодняшний день, в составе растительной массы найдены более 74 химических элементов, 16 из которых являются жизненно необходимыми. Их принято подразделять на:

• органогенные, то есть из которых непосредственно синтезируются органические вещества: углерод, кислород, водород и азот;
• неорганогенные или зольные: фосфор, калий, кальций, магний, железо и сера. Их доля в растении исчисляется процентами и десятыми долями процента.
• микроэлементы: бор, медь, железо, марганец, цинк, молибден и кобальт и некоторые другие. На долю микроэлементов в растении приходятся сотые и тысячные проценты.
• ультрамикроэлементы: серебро, золото, радий, уран, торий, актиний и др. Встречаются в растениях в ничтожно малых количествах.

Перечисленные элементы участвуют в биохимических и ферментативных процессах. Остальные химические элементы часто присутствуют в растительных частях, однако их жизненная необходимость до конца не изучена и строго необязательна.

Некоторые вещества, не участвующие в биохимических процессах и поглощаемые растениями, могут в одних случаях действовать на растения положительно, например натрий на сахарную свеклу или кремний на зерновые культуры, в других — отрицательно, например, хлор на картофель, табак и другие хлорофобные культуры.

Питательные вещества в почве могут быть в почвенном растворе, в органическом веществе почвы и в твердой минеральной фазе почвы.

Азот

Азот входит в состав молекул белков и пептидов, хлорофилла, нуклеиновых кислот, фосфатидов и других органических веществ. Является, наравне, с фосфором и калием, важнейшим элементом в питании растений. Азот участвует в синтезе фитогормонов, ответственных за процессы старения и репродуктивного развития.

В азот азот присутствует преимущественно в органическом виде, поэтому его количество прямо пропорционально содержанию гумуса. Скорость разложения органических веществ почвы влияет на обеспеченность растений азотом.

Азот усваивается растениям преимущественно в аммонийной и нитратной формах. В силу подвижности азотсодержащих ионов и большого потребления растениями, требуется постоянное пополнение почвенных запасов этим элементов, что достигается применением минеральных и органических удобрений.

Важным источником азота в почве является процесс азотфиксации из атмосферы.

Фосфор

Фосфор находится в почве в виде минеральных и органических соединений. В дерново-подзолистых почвах треть фосфора связана органическими соединения, в черноземах — примерно половина.

Фосфор усваивается растениями в минеральной форме, поэтому фосфор, связанный органическими соединениями становится доступен растениям только после минерализации.

Минеральные формы фосфора представлены малорастворимыми и нерастворимыми фосфатами железа, кальция, алюминия, магния, калия и др. Количество доступного для растений фосфора значительно меньше его валового содержания в почве. Например, в серых лесных и дерново-подзолистых почвах валовое содержание фосфора (P₂O₅) составляет 1,2-3,6 т/га, при этом только 100-200 кг/га из них находится в доступной для растений форме.

Поступление фосфора в растение зависит от температуры. Повышение температуры в сухой период приводит к увеличению поступления фосфора. Однако в условиях сильной засухи возможен отток фосфора из надземных органов в корни и почву. Например, при кратковременном до 4 часов воздействии температур в пределах 37-41°С и влажности воздуха 16-19%, то есть при суховее, растения пшеницы, выращенные на фоне фосфорно-калийного удобрения, обладают более высоким осмотическим давлением и большим содержанием воды в тканях, что обеспечивает большую устойчивость растений к обезвоживающему действию суховея.

Калий

Калий содержится в почве преимущественно в форме солей и поглощенном состоянии — доступном (обменном) и недоступном (необменном) виде. Содержание калия в почвах относительно высокое, в глинистых почвах оно может достигать 2%, на песчаных — меньше.

Основным источником для растений калия является обменный калий, концентрация которого прямо пропорциональна его валовому содержанию, так как обменные и необменные формы находятся в химическом равновесии между собой.

Различные культуру, такие как картофель, овощные, корнеплоды и многолетние травы, предъявляют повышенные требованиям к содержанию калия, и называются калиелюбивыми.

Кальций и магний

Кальций и магний имеют большое значение в питании растений и одновременно влияют на условия питания через почву, регулируя реакцию среды, состав поглощенных катионов, солевой и ионный состав почвенного раствора.

Кальций особенно важен для растений на кислых почвах с малой буферностью и низкой степенью насыщенности основаниями.

Кальций ответствен за структурную и физиологическую стабильность растения. Он участвует в процессах клеточного деления, образовании клеточных стенок и растяжения клеток меристемы побега и корня. В незначительной степени может заменяться другими ионами.

Кальций участвует в транспорте нитритного азота, совместно с магнием и марганцем активирует около 20 ферментативных систем.

Магний приобретает значение на легких дерново-подзолистых почвах.

Магний входит в состав хлорофилла до 15-20% от всего количества, содержащегося в растении, и принимает участие в фиксации углекислого газа. Участвует в синтезе других пигментов, в около 300 ферментативных реакциях, обменных клеточных процессах, фосфорилировании. Его действие связано со способностью образовывать хелаты с органическими соединениями. Магний стабилизирует клеточные мембраны, наряду с ионами калия и кальция влияет на вязкость протоплазмы и содержание воды.

При недостатке кальция нарушается физиологическая уравновешенность почвенного раствора и сбалансированное потребление всех остальных питательных веществ. В растениях кальций участвует в процессах фотосинтеза и обмена веществ, регулирует кислотно-основное равновесие клеточного сока, влияет на формирование клеточных оболочек, участвует в передвижении углеводов, превращение азотистых веществ, в частности, ускоряет распад запасных белков семян при прорастании.

В растениях кальций находиться в виде карбонатов, фосфатов, сульфатов и солей пектиновой и щавелевой кислот. При определении содержания кальция в растениях, до 65% кальция извлекается водой, остальное количество — слабой уксусной и соляной кислотами.

Культуры потребляют разное количество кальция. Например, хозяйственный вынос СаО зерновыми культурами при урожайности зерна 2-3 т/га составляет 20-40 кг/га, зернобобовых — 40-60 кг/га. Картофель, сахарная свекла при урожайности 20-30 т/га выносят 60-120 кг СаО/га, клевер, люцерна при урожайности 20-30 т/га и подсолнечник (2-3 т/га) — 120-250 кг СаО/га, капуста (50-70 т/га) — 300-500 кг СаО/га. Потребность культур в кальции и их устойчивость к кислотности могут не совпадать. Так, все зерновые отличается небольшим потреблением кальция, однако рожь и овес устойчивы, а пшеница и ячмень чувствительны к кислотности почвы. Картофель и люпин более устойчивы к кислотности, но потребляют значительно больше кальция, чем зерновые.

Потери кальция из почвы возможны в результате вымывания осадками. В зависимости от гранулометрического состава, количества осадков, вида растительности, доз и форм извести и минеральных удобрений потери кальция из пахотного слоя варьируют от 10кг/га до 200-400 кг/га. На долю кальция в общем количестве вымываемых веществ приходится по эквивалентам 50-65% кальция и 30-35% магния.

Известкование за счет ускорения процессов аммонификации и нитрификации почвенного азота, органических и минеральных удобрений, приводит к росту концентрации нитратов, а хлорсодержащие удобрения — хлоридов. Эти анионы не сорбируются почвой и мигрируют с вытесненными из ППК кальцием и магнием в эквивалентных соотношениях. По этой причине концентрация кальция и магния в почвенном растворе при внесении высоких доз удобрений может возрастать в десятки раз.

Насыщенность фильтрационных вод кальцием и магнием увеличивается с увеличением степени окультуренности почв. Вымывание кальция и магния уменьшается при увеличении глубины почвы, причем часть вымытых из пахотного горизонта катионов в сухие периоды года возвращается с токами воды по капиллярам. По данным опытов ВИУА с хроматографическими колонками, в пахотный слой поднималось 14-35% кальция и 22-34% магния.

Наибольшие потери кальция и магния отмечаются в чистых парах, под посевами они снижаются и достигают минимума под многолетними культурами сплошного посева. При прочих равных условиях вымывание в 1,5-2,0 раза возрастает при переходе от тяжелых к легким почвам. По этой причине на легких песчаных и супесчаных почвах при возделывании капусты, люцерны, клевера может возникать необходимость во внесении кальция для улучшения питания этих культур.

До 10% магния входит в состав молекулы хлорофилла, а также фитина и пектиновых веществ. В основном он содержится в растущих органах и семенах, в отличие от кальция, может реутилизироваться в растениях. В семенах его содержание выше, чем в листьях, поэтому его недостаток сильнее сказывается на снижении товарной продукции культур.

Магний участвует в передвижении фосфора, активирует некоторые ферменты (фосфатазы), участвует в синтезе углеводов, регулирует окислительно-восстановительные процессы, усиливая восстановление эфирных масел, жиров, повышает содержание аскорбиновой кислоты и уменьшает активность пероксидазы.

Хозяйственный вынос магния (МgO) культурами колеблется от 10 до 80 кг/га. Максимальное количество магния выносится картофелем, сахарной и кормовой свеклой, табаком, зернобобовыми и бобовыми травами. Чувствительны к недостатку магния конопля, просо и кукуруза.

Источник