Какие химические элементы растения поглощают в больших количествах
Обновлено: 07.07.2024
Недостаток или избыток элементов питания в растениях может быть обусловлен не только их количеством, но и возможным проявлением антагонизма или синергизма при их поглощении из почвы и усвоении из удобрений. В итоге это отражается на питании культур, урожайности и качестве. Однако на практике при составлении стратегии внесения удобрений этот фактор часто игнорируют.
Когда соотношение элементов питания важнее их содержания?
Согласно статистике, на первом месте в ряду неблагоприятных факторов, вызывающих заболевания растений и человека, стоит нарушение питания. Для сельскохозяйственных культур сбалансированное минеральное питание макро- и микроэлементами определяет их развитие, устойчивость к неблагоприятным факторам среды, урожайность и качество растениеводческой продукции.
Между различными макро- и микроэлементами существуют сложные взаимоотношения. Элементы, похожие между собой по физико-химическим свойствам или размеру атомов, могут активно взаимодействовать или конкурировать в системах, которые ответственны за их всасывание, транспорт или метаболизм. Необходимо хорошо представлять такого рода взаимоотношения, чтобы избежать потерь одних элементов при внесении других.
Впервые о вопросах взаимодействия между элементами питания растений начали задумываться ещё в XIX веке. Тогда опытным путем было установлено, что растения лучше растут при определенном балансе между питательными элементами в растворе.
Физиологически уравновешенным считают такой почвенный раствор, в котором катионы и анионы находятся в оптимальном соотношении, что обеспечивает наиболее эффективное использование растением питательных веществ.
Растение поглощает больше тех элементов, в которых нуждается. При этом соотношение между элементами не менее важно, чем абсолютное содержание каждого из них. При использовании минеральных удобрений наиболее значимыми для питания культур являются следующие соотношения между ионами: N : S, NO 3 : K, NO 3 : Ca, NO 3 : Mo, SO 4 : Ca и P : Ca.
Таблица 1. Соотношение N:Р:К в растениях кукурузы при нормальных условиях питания и увлажнения, % [1]
Таблица 2. Оптимальное соотношение между элементами в отдельных культурах во время цветения* [4]
| Культура | N/Zn | P/Zn | Ca/B | Fe/Mn | S/Zn | Zn/Mn | K/Mn | Fe/Cu | Fe/Cu+Zn |
| Пшеница | 750 | 140 | 600 | 0,5 | 100 | 30 | 350 | 4 | 1 |
| Сахарная свекла (середина вегетации) | 1200 | 110 | 350 | 1,5 | 130 | 30 | 225 | 13 | 3 |
| Люцерна | 1000 | 130 | 750 | 1,5 | 70 | 50 | 550 | 6 | 2 |
| Кукуруза | 1000 | 100 | 300 | 2 | 80 | 30 | 400 | 12,5 | 3,5 |
| Соя | 900 | 90 | 500 | 1 | 100 | 40 | 200 | 8 | 2 |
*рассчитано по значениям содержания в ррт, 1 ррт = 1 мг\кг
Опасность дефицита в питании.
Следствием любого дефицита питания является снижение урожайности и ценности продукции. Неполноценное питание подрывает иммунитет растений, ослабляя их противостояние грибным и бактериальным инфекциям. Таким примером является сухая гниль корнеплодов свеклы. Это заболевание способно обесценить практически весь урожай, а его истинной и легко устраняемой причиной является нехватка бора в период вегетации растений. Дефицит элемента не всегда обусловлен его недостатком в почве или растении. Он может вызываться взаимодействием с другими элементами, приводя к нарушению физиологических функций у растений. Пример ‒ функциональный (кальциевый) хлороз, который проявляется в обесцвечивании листьев или угнетении точек роста (на посевах льна).
Видимые симптомы дефицита микроэлементов могут проявляться на известкованных почвах с высоким значением рН (более 6,0), в условиях низкой обеспеченности почвы их подвижными формами или при выращивании чувствительных к их недостатку культур и нарушении технологии возделывания.
Внешне признаки нарушения условий питания культур проявляются, когда в обмене их веществ произошли глубокие изменения, последствия которых полностью ликвидировать уже невозможно.
Элементы питания по их способности перемещаться в растениях делятся на:
‒ повторно используемые, или реутилизируемые (N, Р, К, Мg),
‒ слабореутилизируемые (Са, В, Сu, Мn, Fe, Zn).
Недостаток повторно используемых элементов питания четко проявляется на состоянии уже развитых, закончивших рост листьев, а слабореутилизируемых ‒ на самых молодых, растущих частях растений.
Виды взаимодействия между элементами.
Между различными ионами (элементами питания) в среде возможно проявление синергизма или антагонизма, а также отсутствие их взаимодействия.
Как правило, ионы с противоположными зарядами взаимно ускоряют свое поступление в растение. Пример – поглощение растениями азота (ионов NO - 3 ) стимулирует поступление в них кальция (Са 2+ ). Явление синергизма также свойственно меди с кобальтом, молибденом и магнием, цинку с бором, магнию с серой и молибденом, а также кальцию с кобальтом. При совместном действии (синергии) урожай выше, чем от применения каждого элемента в отдельности.
Антагонизм – это конкуренция между ионами одного заряда и торможение поступления в растение (Са 2+ и К + , Са 2+ и Мg 2+ , К + и NH + 4 , Са 2+ и Н + ), что отрицательно сказывается на урожае. Так, установлено, что цинк конкурирует с железом, магнием и медью, алюминий – с натрием, а кальций – с железом. Антагонизм присущ почвенным растворам на кислых и щелочных почвах. На почвах с нейтральной реакцией среды антагонизм ионов играет положительную роль, поскольку право выбора поглощения анионов и катионов остается за растением.
Одновременное присутствие в растворе нескольких видов катионов и анионов благодаря антагонизму создает благоприятные условия для развития растения. Вредный избыток какого-либо катиона или аниона всегда можно ослабить соответствующим ионом. Например, поступление иона NО 3 – можно ускорить прибавлением катиона Ca 2+ , а вредный избыток Ca 2+ ослабить Mg 2+ . Вредное действие Н + и Аl 3+ в кислой почве устраняется Са 2+ и Mg 2+ . В этом смысле известкование кислых почв решает многие проблемы питания культур.
Наиболее часто конкурентные взаимодействия свойственны катионам: H + , K + , NH 4+ , Ca 2+ , Mg 2+ . Анионами-антагонистами являются Cl - , NO 3 - , HCO 3 - , SO 4 2- , H 2 PO 4 .
Антагонизм анионов менее выражен и свою отрицательную роль может играть в неуравновешенных растворах, при резком преобладании того или иного иона. Это хорошо изучено на примере известкования почв, когда резкое повышение концентрации кальция может снизить поступление в растения К и Мg.
Отдельные микроэлементы также могут тормозить всасывание других. Однако это происходит лишь при длительном и избыточном поступлении более активного конкурента-антагониста. В случае сбалансированного питания конкуренция будет незначительной.
Взаимодействия между ионами имеют сложную природу. Отклонение концентрации одного элемента на 30-100% от его оптимального содержания в субстрате ведет к изменению поглощения растением других элементов питания. Так, повышение концентрации элемента сминимума до оптимального значения активизирует процессы обмена веществ в растении и как следствие – стимулирует поступление других элементов (синергизм). При дальнейшем повышении концентрации этого элемента в растворе соотношение элементов питания уже нарушается. Так синергические отношения могут перейти в антагонистические.
Явление антагонизма и синергизма в поглощении макро- и микроэлементов может определяться:
- реакцией среды (рН),
- уровнем содержания в среде и растении других элементов минерального питания, их соотношениями,
- видом растений, особенностью их корневой системы,
- температурой, освещенностью и влажностью.
Взаимодействие элементов может происходить в разных средах – в почве, в зоне корневой системы и внутри растения.
Взаимодействие элементов в почве.
В почве содержатся вещества, способные образовывать устойчивые соединения с компонентами удобрений. Так, при внесении фосфорных удобрений или избыточном содержании фосфатов в почве снижается доступность для растений цинка. Аммиачные и аммонийные азотные удобрения также могут образовывать малорастворимые комплексные соединения с цинком и медью. Основным влиянием азотных удобрений является изменение рН почвенного раствора в сторону подкисления, что отражается на увеличении доступности для культур марганца и на других почвенных реакциях. В известкованных почвах отмечается дефицит всех микроэлементов, кроме молибдена. Поэтому даже в отсутствие видимых симптомов недостатка микроэлементов навысокопродуктивных посевах обязательно вносят микроудобрения в некорневые подкормки.
При избытке магния в почве наблюдается его антагонистическое действие на поступление Са и К в растения. Поэтому при регулярном известковании кислых почв доломитовой мукой, которая содержит магний, проводят мониторинг содержания обменного Mg. В условиях Беларуси, где длительное время почвы известкуются доломитовой мукой, запасы магния в почвах выросли в несколько раз. В итоге при содержании обменного магния в почвах республики более 300 мг MgО/кг он отрицательно влияет на дальнейший рост урожайности культур. Оптимальным считается эквивалентное соотношение Са 2+ : Mg 2+ в почвах в пределах от 2 до 7. Соотношение катионов кальция к магнию на пашне Беларуси в настоящее время составляет от 4,1 до 3,2, а на луговых землях – от 5,4 до 3,4, находясь в допустимом диапазоне. Содержание подвижного калия (К 2 О) в почве принято считать избыточным, если оно превышает 4,5% от ёмкости катионного обмена на песчаных и супесчаных почвах и 5% ‒ на суглинистых (Богдевич И.М., 2011).
Взаимодействие между элементами питания отражается и на качестве растениеводческой продукции. Так, накопление калия в сухом веществе кормовых культур должно находиться в пределах оптимума – от 1,2 до 2,2% (К) и не превышать допустимую зоотехническую норму 3%, а эквивалентное соотношение катионов К/Са + Mg следует поддерживать на уровне 1,6-2,2 (Богдевич И.М., 2008, 2011).
Для развития большинства культур оптимальна близкая к нейтральной реакция среды – рН 6,0-6,5. Но надо знать, что для различных удобрений она широко варьирует: для аммонийного питания – рН 7,0, для нитратного – рН 5,5.
Прямое воздействие кислотности среды на питание растений сводится к изменению количества ионов Н + , НСО 3 – , ОН – на поверхности корневых волосков. В зависимости от рН нарушается поступление в растения либо катионов, либо анионов, изменяется растворимость соединений. Так, при подкислении почв улучшается питание растений фосфором и микроэлементами. Однако дальнейшее подкисление уже кислых почв (с рН 5,0-5,5) ухудшает доступность кальция, магния, аммиачного азота и калия. Повышенное содержание в кислом почвенном растворе Al 3+ и Mn 2+ может стать токсичным для отдельных культур. Действие повышенной кислотности усиливается при низкой освещенности и избыточном увлажнении.
В зависимости от температуры окружающей среды изменяется реакция раствора на удобрения. Оптимальная температура воздуха для потребления растениями фосфора и азота ‒23-25° С. При низких температурах (ниже 10°С) особенно плохо усваивается фосфор, а лучше всего – калий.
Элементы питания наиболее интенсивно поступают в растения при оптимальной влажности почвы около 60% от полной влагоемкости, обеспечивающей стабильное физиологическое состояние, хорошее развитие корней и быстрый транспорт ионов к поверхности корней.
Взаимодействие в ризосфере и поглощение корневой системой растений.
Микроорганизмы наиболее активно развиваются в зоне соприкосновения с корнем растений (в ризосфере). Ризосферные микроорганизмы используют для своего питания корневые выделения, не позволяя им накапливаться в токсичных для растения концентрациях. Однако микрофлора почвы может играть как положительную, так и отрицательную роль.
Полезные микроорганизмы способствуют переводу труднорастворимых элементов почвы и удобрений в биодоступные формы, фиксируют атмосферный азот, выделяют биологически активные вещества: витамины, стимуляторы роста и другие полезные вещества. При этом они могут вызывать и негативные для растений процессы: биологическую иммобилизацию, газообразные потери азота при денитрификации, а некоторые микробы выделяют токсичные соединения.
Полезные микроорганизмы предпочитают слабокислую или нейтральную реакцию почвенной среды. Поэтому важно применять удобрения и технологии, способствующие развитию полезных и подавлению вредных организмов.
Между ионами с похожими свойствами при их транспортировке через плазматическую мембрану корневого волоска наблюдается конкуренция. Катионы конкурируют с другими катионами, а анионы – с другими анионами. Физико-химическое сходство между ионами не позволяет эффективно различать их. Так, трудно различимы при поступлении в растения сульфат (SO 2- 4 ) и селенат (SeO 2- 4 ) ионы, сульфат (SO 2- 4 ) и молибдат (МоO 2- 4 ) ионы и др.
Чувствительность растений к концентрации раствора.
На питание растений влияет общая концентрация почвенного раствора. Верхний предел находится в интервале 2-3 г/л раствора всех питательных солей, вызывая пропорциональный рост интенсивности поглощения элементов питания. При избыточной концентрации растения вянут и погибают. Особенно вредна для культур повышенная концентрация микроэлементов. Наиболее чувствительны к повышенной концентрации лён, морковь, люпин и огурцы, а также все молодые растения.
Взаимодействие внутри растения и метаболизм.
Если в почве Zn и P ведут себя как антагонисты, то в растении они уже помогают друг другу (синергизм). При дефиците цинка в растении угнетается поступление фосфора. Синергизм между N и K определяется ролью калия в качестве активатора фермента нитратредуктазы, принимающего участие в метаболизме азота в растении.
Взаимодействие бора с калием объясняется схожестью их влияния на процессы цветения и образования плодов, деления клеток, водный обмен в растении и др. Оптимальный уровень бора повышает проницаемость клеточных мембран для калия.
Недостаток в растении серы приводит к ограниченному поглощению азота, а высокие дозы азота вызывают дефицит серы. В растениях оптимальное соотношение N:S ‒ 5:1-12:1.
Только оптимальное содержание в растении N обеспечивает нормальное поступление в них из почвы К, Р, Mg, Fe, Mn и Zn, а оптимальный уровень бора и меди улучшает поглощение растениями азота. Молибден повышает усвоение азота и фосфора.
Избыток фосфора в сильной мере угнетает поглощение растением катионов микроэлементов – Fe, Mn, Zn и Cu. Избыток калия угнетает поступление в растения Mg и в меньшей мере Са, Fe, Cu, Mn и Zn. Избыток кальция приводит к снижению поступления В, Mn, K и Cu.
Повышаем эффективность использования элементов питания.
В агрономической практике существуют приемы преодоления антагонизма и стимулирования синергизма элементов питания.
1. Вносить элементы питания разными способами: обработка семян, внесение в почву, некорневая подкормка. От совместного использования этих приемов в системе удобрения культур достигается наибольший эффект.
Не забывайте при этом, что листовая подкормка не является основным источником элемента при его дефиците в почве, а только как дополнение. Обработка семян микроэлементами, преимущественно в форме хелатов, также оберегает их от антагонизма с другими ионами почвенного раствора. Известно, что раствор карбамида в некорневую подкормку стимулирует проникновение железа в растения.
2. Корректировать сроки внесения разных элементов в период вегетации в соответствии с биологической потребностью культур. Так, синергизм между N и K можно использовать при их совместном внесении.
3. Учитывать особенности развития корневой системы, когда NР-удобрения можно вносить на значительную глубину.
4. Учитывать свойства разных форм вносимых удобрений (физиологически кислые или щелочные).
5. Хороший эффект даёт использование смешанных посевов культур (бобовых излаковых).
Литература.
2. Оптимизация и поддержание агрохимических свойств дерново-подзолистых почв, обеспечивающих стабильно высокую урожайность и качество продукции основных сельскохозяйственных культур: рекомендации / И.М. Богдевич [и др.]. – Минск: Ин-т почвоведения и агрохимии, 2011.
Питанием растений называется поглощение минеральных веществ, содержащихся в почве, корневой системой и дальнейшее усвоение их самим растением. Для нормального прохождения процессов поглощения минеральных элементов растению необходимы дыхание корневой системы, подходящие температура окружающей среды, кислотность почвы, концентрация и состав питательных растворов. Важнейшими элементами для питания растений являются: фосфор, калий, азот, железо, кальций, магний, и бор. Все элементы, входящие в состав растений, выполняют определенные функции. Роль минеральных веществ в процессе роста растений очень разнообразна. Кроме кислорода, углерода и водорода (органогенов) всем растениям требуется фосфор, сера, азот, магний, кальций и железо. В результате различных исследований было открыто, что для оптимального роста и развития растений обязателен целый набор веществ, находящихся в почве в микроскопических количествах. Помимо железа, усваиваемого растением, ему необходимы также медь, цинк, бор, кобальт, марганец и молибден.
Все вышеназванные элементы, используемые в питательных растворах, по характеру потребления разделены на три группы:
1) ультрамикроэлементы - серебро, радий, ртуть, кадмий и т. д. (миллионные доли процента);
2) микроэлементы - медь, бор, цинк, марганец, кобальт, молибден, и другие, потребляемые в малых количествах (от стотысячных до тысячных долей процента);
3) макроэлементы - фосфор, азот, кальций, калий, сера, железо, магний, потребляемые в относительно больших количествах (от сотых долей процента до нескольких процентов).
Растение для своего нормального развития должно получать все необходимые ему минеральные вещества в нужных концентрациях в растворенном виде. Если растение не получает нужного количества какого-то элемента, то проявляются признаки голодания. При добавлении этого элемента эти признаки устраняются. Если же растение получает какой-либо микроэлемент в избытке, то получается отравление растения. Бор и медь, например, при концентрациях свыше 1 мг на 1 килограмм почвы затормаживают рост у многих растений. Если концентрация становится ниже 0,5 мг на 1 килограмм, то начинается голодание. Это можно объяснить тем, что эти минеральные элементы участвуют в процессе построения клеточных органоидов и протоплазмы. Кроме того, они обеспечивают определенную структуру биоколлоидов живого вещества, без которых жизненные процессы не могут протекать.
Фосфор содержится в почве в органической и в минеральной форме. Минеральные формы фосфора преобладают в подзолистых и кислых почвах. Поэтому известкование таких почв повышает для растений доступность фосфоросодержащих веществ. Если наступает фосфорное голодание, листья растений становятся зелено-желтыми, задерживается процесс закладки цветочных почек и начало цветения растений, ухудшается и качество цветов.
Азот необходим для нормального развития растений. При недостатке этого элемента листья растения становятся бледными желто-зелеными с красноватыми пятнышками. В случае азотного голодания листья становятся более тонкими. Обычно азот в плодородном слое почвы содержится в форме, которая растениям недоступна. Однако в результате микробиологических процессов азот из недоступных форм преобразуется в усвояемую растениями форму. В почве присутствуют некоторые микроорганизмы, которые усваивают азот из воздуха и делают его доступным для растений. Тем не менее, подкормка растений азотистыми удобрениями в большинстве случаев необходима, так как почвы этим элементом бедны.
Магний - элемент, включающийся в состав хлорофилла растений. При недостатке этого элемента листья приобретают хрупкость, становятся "мраморными". Магний создает нейтральную реакцию почв, а также помогает устранить вредное действие избыточного количества извести. Калий требуется растениям для разнообразных физиологических процессов, протекающих в них. Этот элемент отвечает за развитие корневой "системы. Его наличие делает корневые системы растений более морозоустойчивыми. Как правило, калия содержится в почве от 1 до 2,5 процента. В очень тяжелых и средних почвах калий содержится в поглощенном виде. Это основной источник питания растений калием. Особенно нужны калийные удобрения для легких, подзолистых и торфяных почв. При калийном голодании больше всего страдают верхние листья растений. Они осветляются, по краям желтеют, а зелеными остаются только участки листа, окружающие сосуды.
Кальций присутствует в почве в виде фосфатов, карбонатов и других солей. Наличие кальция в почве улучшает ее свойства. Однако, для питания растений этот элемент идет в небольшом количестве. Кальций вносят в почву с целью нормализации ее кислотности.
Железо поддерживает нормальное развитие хлорофилла и хлоропластов в растениях. Если в почве недостаточно железа, то листья приобретают мраморность, цвет их становится неровным, наступает хлороз и старение листьев, так как разрушается хлорофилл, содержащийся в них.
Кобальт также увеличивает устойчивость хлорофилла в растениях.
Цинк нормализует дыхание растений.
Бор необходим для хлоропластов. Недостаточное количество этого элемента в почвах приводит к дегенерации хлоропластов растений.
Молибден , присутствующий в почвах в микроскопических количествах отвечает за нормализацию функций пластид.
Медь отвечает за окислительно-восстановительные реакции, протекающие в клетках растений.
Для корневой подкормки в одном 10-литровом ведре растворяют 3 таких таблетки. Для опрыскивания листьев 1 таблетка растворяется в 1 л воды. Опрыскивание производят перед цветением растений и через месяц после него.
Фотосинтез является основным процессом, приводящим к образованию органических веществ в растениях. При фотосинтезе солнечная энергия в зеленых частях растений, содержащих хлорофилл, превращается в химическую энергию, которая используется на синтез углеводов из углекислого газа и воды. На световой стадии процесса фотосинтеза происходит реакция разложения воды с выделением кислорода и образованием богатого энергией соединения (АТФ) и восстановленных продуктов. Эти соединения участвуют на следующей темновой стадии в синтезе углеводов и других органических соединений из СО2.
При образовании в качестве продукта простых углеводов (гексоз) суммарное уравнение фотосинтеза выглядит следующим образом:
С6 Н12 O6 +6 O2 ® 6 СО2+6Н2О+ 2874 кДж
Путем дальнейших превращений из простых углеводов в растениях образуются более сложные углеводы, а также другие безазотистые органические соединения. Синтез аминокислот, белка и других органических азотсодержащих соединений в растениях осуществляется за счет минеральных соединений азота (а также фосфора и серы) и промежуточных продуктов обмена — синтеза и разложения — углеводов. На образование разнообразных сложных органических веществ, входящих в состав растений, затрачивается энергия, аккумулированная в виде макроэргических фосфатных связей АТФ (и других макроэргических соединений) при фотосинтезе и выделяемая при окислении — в процессе дыхания — ранее образованных органических соединений. Интенсивность фотосинтеза и накопление сухого вещества зависят от освещения, содержания углекислого газа в воздухе, обеспеченности растений водой и элементами минерального питания. При фотосинтезе растения усваивают углекислоту, поступившую через листья из атмосферы. Лишь небольшая часть СО2. (до 5% общего потребления) может поглощаться растениями через корни. Через листья растения могут усваивать серу в виде SО2. из атмосферы, а также азот и зольные элементы из водных растворов при некорневых подкормках растений. Однако в естественных условиях через листья осуществляется главным образом углеродное питание, а основным путем поступления в растения воды, азота и зольных элементов является корневое питание.
Азот и зольные элементы поглощаются из почвы деятельной поверхностью корневой системы растений в виде ионов (анионов и катионов). Так, азот может поглощаться в виде аниона NO3 и катиона NH4+ (только бобовые растения способны в симбиозе с клубеньковыми бактериями усваивать молекулярный азот атмосферы), фосфор и сера — в виде анионов фосфорной и серной кислот — Н2РО4- и SO42- , калий, кальций, магний, натрий, железо — в виде катионов К+ , Са2+ , Mg2+ , Fe2+ , а микроэлементы — в виде соответствующих анионов или катионов.
Растения усваивают ионы не только из почвенного раствора, но и ионы, поглощенные коллоидами. Более того, растения активно (благодаря растворяющей способности корневых выделений, включающих угольную кислоту, органические кислоты и аминокислоты) воздействуют на твердую фазу почвы, переводя необходимые питательные вещества в доступную форму.
Корневая система растений и ее поглотительная способность
Мощность корневой системы, ее строение и характер распределения в почве у разных видов растений резко различаются. Для примера достаточно сравнить известные всем слаборазвитые корешки салата с корневой системой капусты, картофеля или томатов, сопоставить объемы почвы, которые охватывают корни таких корнеплодов, как редис и сахарная свекла. Активная часть корней, благодаря которой происходит поглощение элементов минерального питания из почвы, представлена молодыми растущими корешками. По мере нарастания каждого отдельного корешка верхняя его часть утолщается, покрывается снаружи опробковевшей тканью и теряет способность к поглощению питательных веществ. Рост корня происходит у самого его кончика, защищенного корневым чехликом. В непосредственной близости к окончанию корешков располагается зона делящихся меристематических клеток. Выше ее находится зона растяжения, в которой наряду с увеличением объема клеток и образованием в них центральной вакуоли начинается дифференциация тканей с формированием флоэмы — нисходящей части сосудисто-проводящей системы растений, по которой происходит передвижение органически веществ из надземных органов в корень. На расстоянии 1—3 мм от кончика растущего корня находится зона образования корневых волосков, В этой зоне завершается формирование и восходящей части проводящей системы — ксилемы, по которой осуществляется передвижение воды (а также части поглощенных ионов и синтезированных в корнях органических соединений) от корня в надземную часть растений. Корневые волоски представляют собой топкие выросты наружных клеток с диаметром 5—72 мкм и длиной от 80 до 1500 мкм. Число корневых волосков достигает несколько сотен на каждый миллиметр поверхности корня в этой зоне. За счет образования корневых волосков резко, в десятки раз, возрастает деятельная, способная к поглощению питательных веществ поверхность корневой системы, находящаяся в контакте с почвой. Влияние корневой системы распространяется на большой объем почвы благодаря постоянному росту корней и возобновлению корневых волосков. Старые корневые волоски (продолжительность жизни каждого корневого волоска составляет несколько суток) отмирают, а новые непрерывно образуются уже на других участках растущего корешка. На том участке корня, где корневые волоски отмерли, кожица пробковеет, поступление воды и поглощение питательных веществ из почвы через нее ограничивается. Скорость роста корней у однолетних полевых культур может достигать 1 см в сутки. Растущие молодые корешки извлекают необходимые ионы из почвенного раствора на расстоянии от себя до 20 мм, а поглощенные почвой ионы —-до 2—8 мм. По мере нарастания корня происходит, следовательно, непрерывное пространственное перемещение зоны активного поглощения в почве. При этом наблюдается явление хемотропизма, сущность которого заключается в том, что корневая система растений усиленно растет в направлении расположения доступных питательных веществ (положительный хемотропизм) либо ее рост тормозится в зоне высокой, неблагоприятной для растений концентрации солей (отрицательный хемотропизм). Недостаток элементов питания растений в доступной форме вызывает, как правило, образование относительно большей массы корней, чем при высоком уровне минерального питания. Наиболее интенсивно поглощение ионов осуществляется в зоне образования корневых волосков, и поступившие ионы передвигаются отсюда в надземные органы растений. Необходимо отметить, что корень является не только органом поглощения, но и синтеза отдельных органических соединений, в том числе аминокислот и белков. Последние используются для обеспечения жизнедеятельности и процессов роста самой корневой системы, а также частично транспортируются в надземные органы.
Поглощение питательных веществ растениями через корни
Росянка поймала добычу.mp4
В то же время хорошо известно, что концентрация отдельных ионов в клеточном соке, как и в пасоке растений (транспортируемой по ксилеме из корней в надземные органы) чаще всего значительно выше, чем в почвенном растворе. В этом случае поглощение питательных веществ растениями должно происходить против градиента концентрации и невозможно за счет диффузии.
Одностороннее преобладание (высокая концентрация) в растворе одной соли, особенно избыток какого-либо одновалентного катиона, оказывает вредное действие на растение Развитие корней происходит лучше в многосолевом растворе. В нем проявляется антагонизм ионов, каждый ион взаимно препятствует избыточному поступлению другого иона в клетки корня Например, Са3+ в высоких концентрациях тормозит избыточное поступление K+, Na+ Mg2+ и наоборот Такие же антагонистические отношения существуют и для ионов K+ и Na +, K+ и NH4+, K+ и Mg2+, NO3- и H2PO4, Cl- и H2PO4- и др.
Физиологическая уравновешенное IB легче всего восстанавливается при введении в раствор солей кальция При наличии кальция в растворе создаются нормальные условия для развития корневой системы, поэтому в искусственных питательных смесях Са2+ должен преобладать над другими ионами. Особенно сильно ухудшается развитие корней и поступление в них питательных веществ при высокой концентрации ионов водорода, т е при повышенной кислотности раствора Высокая концентрация в растворе ионов водорода оказывает отрицательное влияние на физико-химическое состояние цитоплазмы клеток корпя Наружные клетки корня ослизняются, нарушается их нормальная проницаемость, ухудшается рост корней и поглощение ими питательных веществ. Отрицательное действие кислой реакции сильнее проявляется при отсутствии или недостатке других катионов, особенно кальция, в растворе Кальций тормозит поступление ионов H+,, поэтому при повышенном количестве кальция растения способны переносить более кислую реакцию, чем без кальция
Реакция раствора оказывает влияние на интенсивность поступления отдельных ионов в растение и обмен веществ.
Влияние СаСl2 на рост корней пшеницы при различной кислотности раствора
В составе растений можно обнаружить почти все химические элементы, существующие на Земле, но для питания и роста им необходимы всего 13 элементов. В дополнение к этим 13-ти элементам можно добавить еще углерод, водород и кислород, которые растения получают из воды и воздуха.
Основные элементы питания можно разделить на две группы, такие как макроэлементы и микроэлементы. К списку макроэлементов относятся Азот (N), Калий (K), Кальций (Ca), Фосфор (P), Магний (Mg) и Сера (S). Эти элементы являются основными для питания растений и потребность растительных организмов в них высока.
В гидропонике все эти элементы разводят в воде, в строго определенном количестве, готовят так называемый питательный раствор. Растению нет никакой необходимости тратить силы на поиск элементов питания, отращивая огромную корневую систему.
Являются ли гидропонные растения органическими и безвредными для употребления в пищу? Бесспорно. Все растения используют два типа питания: листовое, то есть фотосинтез, и корневое - поглощение ионов минеральных солей. Посредством фотосинтеза и поглощения неорганических ионов, растения самостоятельно вырабатывают органические вещества для своего роста и развития, а не используют уже готовые, как это делают, например, животные.
Отличие гидропоники от выращивания в почве.
В почве содержатся как органические, так и неорганические компоненты. Неорганические составляющие – это песок и камни, в процессе разрушения которых высвобождаются неорганические элементы. Органическая часть, или перегной, представляет собой перегнившие растительные и животные остатки, разложению которых способствуют содержащиеся в почве многочисленные организмы.
Во время разложения органической материи высвобождаются неорганические элементы. Далее эти элементы попадут в грунтовые воды, образуя натуральный почвенный раствор из ионов отдельных элементов. Именно эти неорганические вещества и будут поглощаться корнями растений (Рис.41).
В гидропонике питательные растворы из важнейших для растений элементов готовятся на основе минеральных солей. Растворившись в воде, они распадаются на отдельные химические элементы в атомном ионном состоянии. Так же как и в почве, корни растений поглощают питательные вещества из раствора и используют их для своего роста.
Разница между двумя этими способами питания заключается лишь в том, что в гидропонике мы имеем возможность рассчитывать и довольно точно контролировать пропорции веществ, добавляя оптимальное количество каждого элемента согласно потребностям растений. В почве же концентрация веществ всегда различна и добиться оптимального содержания практически невозможно, а контролировать вообще не представляется возможным.
Поэтому в правильно приготовленном растворе, гидропонные растения чувствуют себя более хорошо, их рост выше, они не испытывают каких бы то ни было проблем в питании.
Рис.41 Поглощающий питательные вещества и воду из раствора корень в поперечном разрезе.
Чаще всего садоводы и огородники сталкиваются с проблемой, касающейся дисбаланса питательных веществ в почве. Понять, какие элементы в дефиците, можно по характерным симптомам. Узнав причину недомогания своих подопечных, человек может быстро избавиться от проблемы.
1. Какие элементы питания существуют?
Наверняка многие не раз задавались вопросом, каким образом минеральные соли, вода и углерод, поглощенный из почвы превращаются в конечном итоге в помидоры, огурцы, картофель и другие продукты. Питание растений – это один из факторов, на который садоводу обязательно нужно обращать внимание. Зная значение каждого элемента питания в жизнедеятельности растений, можно понять, чем и когда их подкармливать, чтобы получить богатый урожай.
Зависимость овощных культур определена для целого ряда химических элементов. Компонент считается необходимым, если его отсутствие исключает нормальный жизненный цикл представителя флоры. Элемент нельзя заменить каким-либо другим компонентом, т.к. для него четко определены его функции.
Из необходимых в особую группу включены 6 элементов, которые носят название макроэлементы, т.к. растениям они требуются в больших количествах. Остальные называются микроэлементами, а некоторые даже ультрамикроэлементами. Такое название они получили не из-за того, что слишком маленькие, а потому что потребность растений в них проявляется в незначительной степени.
2. Макро и мезоэлементы
Среди основных элементов питания есть разделение на группы. В первую группу входит азот, фосфор и калий. В сухой массе растения азота содержится от 0,5 до 6%, фосфора 0,04 до 0,6%, калия от 0,1 до 1%. Ко второй группе макроэлементов относятся кальций, магний и сера.
Азот. Является основой растительных белков, один из важнейших компонентов хлорофилла и витаминов. Во многом от азота зависит интенсивность фотосинтеза, следовательно, количество урожая и его показатели качества.
Азот больше всего нужен молодым, активно растущим растениям (рассаде после высадки, посевным культурам после всходов, зелени для более быстрого наращивания зеленой массы). Однако при избытке азота растения часто наращивают вегетативную массу в ущерб плодообразованию. Нитратная форма азота легче усваивается, но при избытке не успевает переработаться и попадает на стол с плодами и зеленными культурами.
Фосфор. Участвует в процессе образования сложных белковых соединений, витаминов и энзимов, обеспечивает тургор тканей. При дефиците фосфора осложняется передвижение сложных органических соединений по частям растительного организма. Макроэлемент сохраняет и передает генетическую информацию, активизирует дыхание растений.
При достаточном содержании фосфора в грунте ускоряется прорастание семян, всходы появляются быстрее, а сеянцы и рассада лучше растут и развиваются. Благодаря этому питательному элементу корни сильнее разветвляются и проникают в нижние почвенные слои за счет чего растение получает больше влаги и питательных веществ.
Фосфор улучшает зимостойкость многолетних культур. Он необходим для укоренения рассады (преимущественного роста корней относительно надземной части растений после высадки). Именно по этой причине в посадочные лунки добавляют несколько грамм суперфосфата.
Калий. Этот элемент принимает участие в регуляции углеродного и белкового обмена представителей флоры. Калий способствует устойчивости растений к перепаду температур, временному дефициту влаги. Элемент оказывает благоприятное воздействия на семена, повышая их всхожесть, способствует образованию новых клеток и помогает растению легче усваивать азот. В целом калий повышает сопротивляемость растений к заболеваниям. Он реагирует на объемы поглощаемой листовым аппаратом энергии солнца и радиации. Подвявшим на жаре растениям нужно больше калия.
Потребность в калии проявляется на протяжении всего сезона, но в большей степени в момент плодообразования, при избытке азота, а также при пониженных либо повышенных температурах.
Кальций. Растения нуждаются в элементе для противостояния повышенной кислотности почвы, крепости стебля и побегов. Кальций можно обнаружить в составе некоторых белков. Миграция элемента от корней к надземной части происходит крайне медленно, но при этом кальций легко вымывается из верхних слоев почвы. Именно поэтому для восполнения дефицита рекомендует проводить внекорневые подкормки по листу.
Магний. Способствует ускоренному росту корней, делает фосфор более подвижным в почве и помогает лучше его усваивать. Плодородие почвы напрямую зависит о наличия магния в ней.
Сера. Растения нуждаются в сере не меньше, чем в фосфоре, азоте и калии. Без этого макроэлемента растение не способно полноценно развиваться. Сера обнаруживается в составе белковых соединений, оказывает влияние на физиологические и биохимические процессы. Элемент позволяет растениям стать более устойчивыми к ряду неблагоприятных факторов внешней среды.
3. Микроэлементы
Сюда входят элементы, содержание которых в сухой массе растений составляет меньше 0,1%. Каждый из микроэлементов выполняет свою функцию.
- Хлор играет не последнюю роль в протекании физиологических и биохимических процессов .
- Железо принимает участие в синтезе хлорофилла.
- Бор повышает шансы пыльцы на прорастание, снижает риск сбрасывания растением завязей.
- Кремний повышает урожайность, защищает от грибковых инфекций.
Все перечисленные элементы питания необходимы растениям, они не взаимозаменяемые. Необходимость в них выражена в разных количествах. Все элементы питания вместе с водой усваиваются корневой системой. Растворенные в воде они проходят по тканям растения. Вода испаряется через листовой аппарат, а питательные вещества вступают в сложные биохимические процессы. В результате растение образует новые ткани.
4. Среди наиболее распространённых проблем выделяют следующие:
Дефицит азота Этот элемент играет одну из важнейших ролей в жизни растений. При недостатке азота возникает характерное пожелтение листовой пластины, что особенно заметно на молодых побегах.
Дефицит этого элемента можно легко восполнить, воспользовавшись минеральным или органическим удобрением с высоким содержанием азота в составе. Во время активного наращивания вегетативной массы предпочтение стоит отдавать сульфату аммония, что поможет избежать излишнего накопления нитратов в тканях растения.
С началом цветения азотсодержащие удобрения следует вносить с особой осторожностью. Некоторые культуры склонны к жированию, излишки азота в почве могут лишить огородника большей части урожая. Желательно исключить азотные подкормки в период цветения и формирования плодов у баклажанов, перцев и томатов.
Недостаточно фосфора. Обычно растения страдают от недостатка этого элемента, если выращиваются в закрытой емкости (на рассаду) или же в теплице. Больше всего представители флоры нуждаются в фосфоре на начальной стадии своего развития, а также в период бутонизиции и формирования плодов.
Понять, что растению не хватает фосфора можно по усилению фиолетовой окраски листовых платин. При выраженном дефиците верхушка принимает темно-зеленую окраску.
Восполнить недостаток фосфора можно при помощи суперфосфата, костной муки в сочетании с фосфатмобилизирующими микроорганизмами, а также внесением большого количества органики.
Нехватка калия. Этот элемент больше всего расходуется растениями в период плодоношения. Если его не хватает, то кайма листовой пластины сначала окрашивается в желтый цвет, а затем начинает отмирать. У томатов могут закручиваться верхние листья, а на огурцах желтеют завязи.
При калийном голодании готовят питательный раствор из древесной золы. Для этого смешивают 1 стакан золы в ведре с водой, куда следует добавить 200 мл уксуса. Полученной жидкостью обрабатывают растения, выливая по 0,5-1 л под каждый огуречный или томатный кустик. В качестве альтернативы можно использовать сульфат или монофосфат калия.
Быстро устранить проблему можно при помощи корневых и внекорневых кальциевых подкормок. Чтобы обеспечить растения быстрым кальцием, нужно залить мел, доломитку или известь в количестве 1 ст.л. поллитром уксуса. Произойдет химическая реакция. Как только шипение прекратиться смесь разбавляют в 10л воды.
Часто дефицит кальция наблюдается на тех участках, где предпочитают в качестве сидератов использовать крестоцветные культуры. Если проблема существует лучше заменить горчицу на бобовые или злаковые растения.
Недостаток железа. Это довольно распространенная проблема, при которой листовая пластина приобретает желтоватый оттенок, а межжилковое пространство становится белесым. Цвет самой жилочки не меняется, она так и остается темно-зеленой. В запущенных случаях межжилковое пространство может иссыхать и даже проваливаться.
Обычное железо для подкормок не годиться, нужно чтобы оно было в хелатной доступной для растений форме. Для этого в ведре с водой нужно размешать по 1 ч.л. железного купороса и лимонной кислоты. Обработку проводят по листу несколько раз (трижды или четырежды за сезон).
Дефицит магния. Особую потребность в этом элементе испытывают томаты, огурцы, баклажаны и перцы и другие растения, выращиваемые в закрытом грунте. Главный симптом магниевого голодания – появление хаотичных желтых пятен на листьях.
Восполнить дефицит магния можно при помощи внекорневых подкормок. Для приготовления раствора потребуется смешать 1 ст. л. сульфата магния в ведре с водой. Обработку проводят 2-3 раза за сезон. В период бутонизации магниевую подкормку можно сочетать с борной кислотой.
Читайте также: