Файл: Учебное пособие по дисциплине Методы и механизмы воспроизводства плодородия почв для направлений подготовки 35. 04. 03 Агрохимия и агропочвоведение.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 08.11.2023
Просмотров: 252
Скачиваний: 3
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Глава 9. Питание растений и пути его регулирования
9.1. Химический состав растений и качество урожая
Питание – это обмен веществ между растением и окружающей средой.
Это переход веществ из среды (почва, воздух) в состав растительной ткани, в состав сложных органических соединений, синтезируемых растением, и выде- ление ряда веществ из него. Обеспечение растения диоксидом углерода, осу- ществляемое листьями в результате воздушного питания, происходящее, как правило, более равномерное, чем корневое питание.
Растение строит свой организм из определенных химических элементов.
Оно состоит из сухого вещества и содержит значительное количество воды. В большинстве вегетативных органов с-х культур содержание воды составляет
70-95%, а в семенах – 5-15%. В состав сухого вещества входит 90-95% орга- нических соединений и 5-10% минеральных солей. Основные органические ве- щества представлены в растениях белками, жирами, крахмалом, сахарами, клетчаткой, пектиновыми веществами.
Из диоксида углерода, поглощенного в основном листьями, и воды, по- ступающей через корни, в растении в процессе фотосинтеза образуются про- стые безазотистые органические вещества, состоящие из углерода, кислорода и азота приходится – 95% сухой массы растений (С – 45%; О
2
– 42; Н – 6,5; N –
64 64 1,5%). Эти четыре элемента названы органогенными. При сжигании растения остаются зольные элементы, на долю которых приходится около 5% массы су- хого вещества. Содержание азота и зольных элементов в растениях зависит от биологических особенностей и условий выращивания и неодинаков в различ- ных органах. Например, в корнях, стеблях, листьях больше зольных элементов, чем в семенах. Содержание фосфора и калия в золе растений принято выражать в форме соответствующих оксидов.
Химические элементы, необходимые растениям.
На данном этапе развитие научных знаний 20 элементов относят к необ- ходимым элементам питания и 12 – условно необходимым.
К необходимым относятся элементы, без которых растения не могут пол- ностью закончить цикл развития и которые нельзя заменить другими элемента- ми. Элементы, содержащиеся в растительном организме в значительных коли- чествах (от сотых долей до целых процентов), называют макроэлементами.
Элементы, содержание которых в растениях выражается тысячными и стоты- сячными долями процентов, относят к микроэлементам, а в еще меньших коли- чествах – к ультромикроэлементам.
Биологические особенности растений, а также условия их выращивания определяют вынос элементов минерального питания с урожаем различных культур. Различают биологический и хозяйственный вынос элементов питания.
Биологический вынос – это вынос питательных веществ из почвы всеми частями растений: основной и побочной продукцией, убираемой с поля, по- жнивными остатками, корнями, опавшими листьями оставшимися на поле.
Под хозяйственным выносом подразумевают – вынос питательных ве- ществ с урожаем убираемой с поля основной и побочной продукции (зерно, солома).
Поступление элементов питания в растения
Существует два типа питания живых организмов:
Автотрофный – усвоение минеральных солей, воды и диоксида углерода и синтез из них органического вещества.
Гетеротрофный – использование организмами готовых органических ве- ществ. Животные и большинство микроорганизмов относятся к гетеротрофам.
Растения – автотрофный организм. Благодаря процессу питания (воздушному и корневому) растение создает свои структурные элементы и при хорошо сбалан- сированном питании быстро наращивает массу. Поступление минеральных ве- ществ в растение лимитируют многие факторы. Растения через листья получа- ют 95% и более диоксида углерода и могут усваивать путем некорневого пита- ния из водных растворов также зольные элементы, серу и азот. Однако основ- ное количество азота, воды и зольных элементов поступают в растение из поч- вы через корневую систему. В зависимости от условий выращивания растения развивают корневую систему различной мощности. На бедных и в засушливых районах – большая масса корней. Применение удобрений несколько уменьшает соотношение массы корней и надземной массы растений.
65 65
Диффузионно-осматическая теория питания растений – через корневую систему в растения вместе с водой всасываются питательные вещества, а вода постоянно испаряется, поступление зависит от испарения.
Липоидная – проникновение веществ в клетку происходит за счет их рас- творения в липидных компонентах цитоплазменных мембран.
Ультрафильтрационная – проникновение питательных веществ через ци- топлазменную оболочку зависит от величины ее пор и размера молекул (по- глощение белков, аммиака).
Адсорбционная – поглощение одних ионов сопровождается вытеснением других, причем интенсивность процесса зависит от концентрации и времени.
Все эти теории по существу правильно, хотя и упрощенно, отражают раз- личные стороны поступления элементов минерального питания. (воздушное питание).
Воздушное питание
Источником углерода и кислорода для синтеза органических веществ растения является воздушное питание.
Углекислый газ проникает вместе с воздухом в листья через «устьица», густо усеивающие листовую пластинку. Одновременно через устьице идет ис- парение воды. В процессе синтетических процессов, протекающих в зеленых частях растений при освещении, и получивших название фотосинтеза, образу- ется наряду с углеродом и органической кислоты, аминокислоты и белки.
6CO
2
+ 6H
2
O + 674 ккал C
6
H
12
O
6
+ 6O
2
Дыхание C
6
H
12
O
6
+ 6O
2
6CO
2
+ 6H
2
O + 674 ккал
При недостатке железа подавляется образование хлорофилла.
Калий выполняет важную функции в передвижении углеводов из листо- вой пластины в черешок и дальше по растению. При недостатке калия эта функция нарушается, а другим катионом его заменить нельзя. Из сказанного ясно, что воздушное питание растения тесно связано с зольным и азотным, ко- торое осуществляется через корни. При содержании в воздухе CO
2
менее
0,01% в растениях прекращается фотосинтез. Постоянный приток воды и пита- тельных веществ из почвы – непременное условие воздушного питания расте- ний. Поглощение элементов питания и воды из почвы корнями, в свою очередь зависит от воздушного питания. Обе эти стороны жизни растений связаны между собой теснейшим образом.
Корневое питание
Корень – часть растения, закрепляющая его в почве и выполняющая функцию поглощения первичного усвоения. Он является органом, в котором
66 66 осуществляются многочисленные биосинтетические процессы и выполняется ряд специальных функций. Основную массу питательных веществ поглощают молодые, растущие участки корня. Зоны роста растущей части корня представ- лены зоной деления (меристемой), зоной растяжения и зоной корневых волос- ков. Клетки зоны корневых волосков наиболее интенсивно поглощают элемен- ты минерального питания. Поглощение элементов может происходить вдоль корня на 0,5 и даже на 1 м от кончика корня.
Корень способен не только поглощать минеральные элементы, но и пол- ностью или частично перерабатывать их и подавать в надземные органы в из- мененном виде.
Синтетическая деятельность корня осуществляется на основе протекаю- щих в корне ассимилянтов, т.е. зависит от фотосинтеза.
Корень оказывает воздействие на надземные органы, путем не только обеспе- чения водой и минеральными элементами, но и продуктами специфических ре- акций обмена веществ, протекающих в корнях. Контакт клетки с окружающей средой осуществляет цитоплазматическая мембрана или плазмолемма. Мем- брана клеток состоит из двух слоев фосфолипидов. В определенных участках в молекулы фосфолипидов встроены белки, т.е. плазмолемма представляет собой биомолекулярный фосфолипидный слой со встроенными молекулами белков переносчиков. Отдельные участки мембраны имеют положительные и отрица- тельные заряды, за счет которых может происходить адсорбция катионов и анионов из наружной среды.
Влияние условий внешней среды на поступление питательных
веществ в растения
Поступление питательных веществ в растениях, в зависимости от условий внешней среды
Продуктивность растений и поглощение ими макро и микроэлементов находятся в прямой зависимости от содержания элементов минерального пита- ния в почве. Элементы питания могут быть в почвенном растворе, в органиче- ском веществе почвы и в твердой минеральной фазе почвы. Для растений хо- рошо доступны все растворы, а также обменно-поглощенные формы элементов питания. Остальные соединения непосредственно недоступны и могут усваи- ваться растениями только после перехода в более доступные.
Существенное влияние на доступность различных питательных элемен- тов почвы оказывают сами растения. Изменения реакции среды под воздей- ствием различных веществ, выделяемых растениями способствуют переходу ряда недоступных соединений почвы в усвояемую форму.
Поглощение питательных веществ растениями зависит от биологической особенности культуры, свойств почвы, прежде всего с содержанием органиче- ского вещества и минералогического состава, гранулометрического состава, температуры, влажность, аэрации и концентрации почвенного раствора, осве- щения и т.д.
67 67
Концентрация питательного раствора
При недостаточной концентрации питательного раствора растения стра- дают от нехватки элементов питания. Повышенная концентрация неблагопри- ятно действует на рост и может вызвать угнетение. Оптимальная концентрация обеспечивает наибольшую продуктивность. Концентрация почвенного раствора в естественных условиях – 0,02-0,2%. Повышение концентрации солей в рас- творе увеличив его осмотическое давление и затрудняет поступление в расте- нии воды и питательных веществ, особенно чувствительны растения к избы- точному повышению концентрации питательного раствора в молодом возрасте.
Соотношение макро и микроэлементов питательной среде и их
поглощение растениями
Питание растений следует оценивать как по количественному показате- лю, так и по качественному (соотношение элементов питания). Оказывает на продуктивность и качество с-х продукцией. Имеется много экспериментальных данных о влиянии соотношения элементов во внешней среде на их поступление и накопление в растениях.
Избыток одного микроэлемента, вызывает резкое снижение поглощения других элементов. Концентрация элементов в растительных тканях имеет три максимума – при оптимальной дозе, резком недостатке, резком избытке испы- туемого элемента в субстрате. Рост надземных органов растений зависят от фи- зиологической уравновешенности питательного раствора.
Физиологически уравновешенный раствор – раствор, в котором отдель- ные элементы питания находятся в таких соотношениях, при которых происхо- дит наиболее эффективное их использование растением. Наличие N, Р, К в пи- тательной среде в значительной степени определяет интенсивность роста рас- тений и поглощение ими других элементов минерального питания.
Повышение уровня N увеличивается поступлением в растения Р, К, Са,
Mg, Cu, Fe, Mn, Zn.
Избыточные дозы фосфора снижают поступление в растения Cu, Fe, Mn.
Калий сокращает поступление Са, Mg и др.
С увеличением обеспеченности N, Р, К, повышается потребность в мик- роэлементах и наоборот. При дефиците Fe, снижается поступление N. Мо – улучшает использование N удобрений из почвы.
Поступление калия снижалось под влиянием Mn, Cu, Ni, Fe, Mo, Zn, B и возрастало при внесении Cl. Рост растения в первую очередь зависит от эле- мента. Находящегося в недостатке или избытке, при условии, что другие не ли- митируют рост. В щелочных почвах – дефицит Mn, в кислых – избыток.
Много примеров антагонизма и синергизма ионов. Так, явления антаго- низма установлены между Fe и Ca; Al и Na; Fe и Zn; Mn и Zn; Cu и Zn; Zn и
Fe,Mn,Mo,Cu
Явление синергизма установлено между S и Mn,Zn; Cu и Co,B,Zn; Co,Mo и Mn; Mo и Cu; Cu и Mn; Ca и Co.
Таким образом, одни и те же ионы могут действовать как положительно, так и отрицательно на поглощение других.
68 68
Антагонизм и синергизм могут переходить один в другой.
Sr и Mn вытесняют Ca; усвоение Ca и фосфора улучшает поступление в растения Co Mn – антагонисты Sr и Ba. Al вызывает сильный дисбаланс макро- и микроэлементов.
Увеличение количества находящегося в недостаточной концентрации, способствует поглощению других элементов (синергизм), а избыток какого ли- бо элемента препятствует поступлению других элементов (антагонизм).
Влажность почвы
Содержание достаточного количества влаги в почве – необходимое усло- вие нормального развития растений. При нормальном уровне содержания эле- ментов минерального питания в почве, нет прямой зависимости размера их по- ступления в растения от интенсивности транспирации. Однако при избыточном содержании во внешней среде макро и микроэлементов их поступление в рас- тение возрастает с повышением скорости транспирации.
Влияние влажности почвы на поступление в растение элементов питания определяется в основном следующими физиологическими и физическими фак- торами.
1. Улучшением общего физиологического состояния растений (улучше- ние фотосинтеза, биосинтез белков).
2. Улучшение развития корней и увеличением общей поглотительной способности.
3. Универсальностью воды, как среды диффузии ионов из почвенного раствора и ППК. Установлено увеличение общего поступления в растения N, Р,
К, Са, Mg, Zn, Cu, Mn, Co, Fe, Mo к корневым волоскам.
При дефиците усвоение элементов питания затрудняется.
Отрицательное влияние избыточной влажности почвы на поглощение элементов питания может проявиться в одностороннем повышение до- ступн6ости некоторых ионов (Fe
2
O
3
, MnO) их накопление достигает токсичного уровня. При дефиците влаги усиливаются процессы гидролиза и распада орга- нического вещества, снижается фотосинтез.
Аэрация и питание растений
Аэрация почвы и питательных растворов резко меняет интенсивность по- глощения питательных веществ растениями. Максимальное поглощение эле- ментов минерального питания при содержании кислорода – 2-3% . при даль- нейшем увеличении кислорода скорость поглощения солей не увеличивается.
Оптимальная концентрация кислорода – 3% не является одинаковой для всех растений. Однако при недостатке аэрации корневой системы резко нарушается нормальный процесс поглотительной деятельности корней. Имеются данные о депрессивном влиянии диоксида углерода на поглощение корневой системой растений нитратов, фосфатов и иона аммония, а также на корневую систему.
Тепло и питание растений
Все проявления жизнедеятельности растений возможны только в извест- ных пределах температуры. Для большинства растений при достаточном осве- щении и удовлетворительной обеспеченности водой благоприятная температу-
69 69 ра воздуха от 15 до 30°С. Оптимальная температура для поступления N и Р
2
О
5
в зерновые хлеба составляет 23-25°С. Однако содержание белка в зерне пшени- цы может заметно возрастать при повышении температуры до 35°С. Соя, фа- соль и др. южные растения лучше поглощают питательные вещества при тем- пературе 30-35°С.
Свет
Освещенность растений и поглощение ими минеральных элементов, как и другие факторы жизни растений находятся в непосредственной связи. Растения обитают в двух средах – почва и воздух, постоянным колебанием условий; сме- ной дня и ночи, изменением влажности, температуры, освещение. Растения усиленно поглощают элементы минерального питания при первых лучах солн- ца. При затмении снижаются процессы фотосинтеза и поглощение питательных веществ корнями. В темноте поступление питательных веществ прекращается.
9.2. Реакция среды
Реакция среды зависит от соотношения в почвенном растворе ионов Н
+
и
ОН
-
. Реакцию среды (кислотность или щелочность) выражают концентрацией ионов Н
+
в виде отрицательного логарифма числа 10, обозначаемое символом рН. Изменение рН почвы с помощью известкования, в результате которого происходит замещение ионов Н
+
на Са
2+
, влияет на возможность использования растениями ряда элементов минерального питания. Са
2+
тормозит поступление ионов Н
+
в растения, и они при повышении содержания Са
2+
способны перено- сить более кислую реакцию среды. Реакция среды оказывает косвенное и пря- мое влияние на растительный организм. Косвенное влияние рН на доступность растением элементов питания, проявление токсичных свойств отдельных эле- ментов в высоких концентрациях и т.д. В кислой среде увеличивается количе- ство доступных для растений форм, Fe, Mn, Co, Cu и уменьшается доступность форм N, Р, Mo, ванадия.
При увеличении кислотности раствора улучшается поступление анионов.
Поглощение катионов увеличивается при подщелачивании раствора.
Замедление роста в щелочной реакции происходит за счет снижения до- ступности форм. Особенно чувствительны растения к реакции среды в первый период роста. Растворимость солей усиливается в кислой среде.
Снижение рН в почвах с высоким содержанием Fe, Al, Mn приводит к увеличению их подвижности и накоплению в растениях в токсичных концен- трациях, что отрицательно сказывается на развитии растений и на поглощении других элементов питания. Лучшая среда – рН = 6,5.
Повышение кислотности почв помимо неблагоприятного влияния на рас- тения приводит к целому ряду негативных последствий: увеличивается обмен- ная и гидролитическая кислотность, снижается общая численность бактерий и актиномицетов, растет численность микроскопических грибов, ухудшаются условия гумусообразования.
9.1. Химический состав растений и качество урожая
Питание – это обмен веществ между растением и окружающей средой.
Это переход веществ из среды (почва, воздух) в состав растительной ткани, в состав сложных органических соединений, синтезируемых растением, и выде- ление ряда веществ из него. Обеспечение растения диоксидом углерода, осу- ществляемое листьями в результате воздушного питания, происходящее, как правило, более равномерное, чем корневое питание.
Растение строит свой организм из определенных химических элементов.
Оно состоит из сухого вещества и содержит значительное количество воды. В большинстве вегетативных органов с-х культур содержание воды составляет
70-95%, а в семенах – 5-15%. В состав сухого вещества входит 90-95% орга- нических соединений и 5-10% минеральных солей. Основные органические ве- щества представлены в растениях белками, жирами, крахмалом, сахарами, клетчаткой, пектиновыми веществами.
Из диоксида углерода, поглощенного в основном листьями, и воды, по- ступающей через корни, в растении в процессе фотосинтеза образуются про- стые безазотистые органические вещества, состоящие из углерода, кислорода и азота приходится – 95% сухой массы растений (С – 45%; О
2
– 42; Н – 6,5; N –
64 64 1,5%). Эти четыре элемента названы органогенными. При сжигании растения остаются зольные элементы, на долю которых приходится около 5% массы су- хого вещества. Содержание азота и зольных элементов в растениях зависит от биологических особенностей и условий выращивания и неодинаков в различ- ных органах. Например, в корнях, стеблях, листьях больше зольных элементов, чем в семенах. Содержание фосфора и калия в золе растений принято выражать в форме соответствующих оксидов.
Химические элементы, необходимые растениям.
На данном этапе развитие научных знаний 20 элементов относят к необ- ходимым элементам питания и 12 – условно необходимым.
К необходимым относятся элементы, без которых растения не могут пол- ностью закончить цикл развития и которые нельзя заменить другими элемента- ми. Элементы, содержащиеся в растительном организме в значительных коли- чествах (от сотых долей до целых процентов), называют макроэлементами.
Элементы, содержание которых в растениях выражается тысячными и стоты- сячными долями процентов, относят к микроэлементам, а в еще меньших коли- чествах – к ультромикроэлементам.
Биологические особенности растений, а также условия их выращивания определяют вынос элементов минерального питания с урожаем различных культур. Различают биологический и хозяйственный вынос элементов питания.
Биологический вынос – это вынос питательных веществ из почвы всеми частями растений: основной и побочной продукцией, убираемой с поля, по- жнивными остатками, корнями, опавшими листьями оставшимися на поле.
Под хозяйственным выносом подразумевают – вынос питательных ве- ществ с урожаем убираемой с поля основной и побочной продукции (зерно, солома).
Поступление элементов питания в растения
Существует два типа питания живых организмов:
Автотрофный – усвоение минеральных солей, воды и диоксида углерода и синтез из них органического вещества.
Гетеротрофный – использование организмами готовых органических ве- ществ. Животные и большинство микроорганизмов относятся к гетеротрофам.
Растения – автотрофный организм. Благодаря процессу питания (воздушному и корневому) растение создает свои структурные элементы и при хорошо сбалан- сированном питании быстро наращивает массу. Поступление минеральных ве- ществ в растение лимитируют многие факторы. Растения через листья получа- ют 95% и более диоксида углерода и могут усваивать путем некорневого пита- ния из водных растворов также зольные элементы, серу и азот. Однако основ- ное количество азота, воды и зольных элементов поступают в растение из поч- вы через корневую систему. В зависимости от условий выращивания растения развивают корневую систему различной мощности. На бедных и в засушливых районах – большая масса корней. Применение удобрений несколько уменьшает соотношение массы корней и надземной массы растений.
65 65
Диффузионно-осматическая теория питания растений – через корневую систему в растения вместе с водой всасываются питательные вещества, а вода постоянно испаряется, поступление зависит от испарения.
Липоидная – проникновение веществ в клетку происходит за счет их рас- творения в липидных компонентах цитоплазменных мембран.
Ультрафильтрационная – проникновение питательных веществ через ци- топлазменную оболочку зависит от величины ее пор и размера молекул (по- глощение белков, аммиака).
Адсорбционная – поглощение одних ионов сопровождается вытеснением других, причем интенсивность процесса зависит от концентрации и времени.
Все эти теории по существу правильно, хотя и упрощенно, отражают раз- личные стороны поступления элементов минерального питания. (воздушное питание).
Воздушное питание
Источником углерода и кислорода для синтеза органических веществ растения является воздушное питание.
Углекислый газ проникает вместе с воздухом в листья через «устьица», густо усеивающие листовую пластинку. Одновременно через устьице идет ис- парение воды. В процессе синтетических процессов, протекающих в зеленых частях растений при освещении, и получивших название фотосинтеза, образу- ется наряду с углеродом и органической кислоты, аминокислоты и белки.
6CO
2
+ 6H
2
O + 674 ккал C
6
H
12
O
6
+ 6O
2
Дыхание C
6
H
12
O
6
+ 6O
2
6CO
2
+ 6H
2
O + 674 ккал
При недостатке железа подавляется образование хлорофилла.
Калий выполняет важную функции в передвижении углеводов из листо- вой пластины в черешок и дальше по растению. При недостатке калия эта функция нарушается, а другим катионом его заменить нельзя. Из сказанного ясно, что воздушное питание растения тесно связано с зольным и азотным, ко- торое осуществляется через корни. При содержании в воздухе CO
2
менее
0,01% в растениях прекращается фотосинтез. Постоянный приток воды и пита- тельных веществ из почвы – непременное условие воздушного питания расте- ний. Поглощение элементов питания и воды из почвы корнями, в свою очередь зависит от воздушного питания. Обе эти стороны жизни растений связаны между собой теснейшим образом.
Корневое питание
Корень – часть растения, закрепляющая его в почве и выполняющая функцию поглощения первичного усвоения. Он является органом, в котором
66 66 осуществляются многочисленные биосинтетические процессы и выполняется ряд специальных функций. Основную массу питательных веществ поглощают молодые, растущие участки корня. Зоны роста растущей части корня представ- лены зоной деления (меристемой), зоной растяжения и зоной корневых волос- ков. Клетки зоны корневых волосков наиболее интенсивно поглощают элемен- ты минерального питания. Поглощение элементов может происходить вдоль корня на 0,5 и даже на 1 м от кончика корня.
Корень способен не только поглощать минеральные элементы, но и пол- ностью или частично перерабатывать их и подавать в надземные органы в из- мененном виде.
Синтетическая деятельность корня осуществляется на основе протекаю- щих в корне ассимилянтов, т.е. зависит от фотосинтеза.
Корень оказывает воздействие на надземные органы, путем не только обеспе- чения водой и минеральными элементами, но и продуктами специфических ре- акций обмена веществ, протекающих в корнях. Контакт клетки с окружающей средой осуществляет цитоплазматическая мембрана или плазмолемма. Мем- брана клеток состоит из двух слоев фосфолипидов. В определенных участках в молекулы фосфолипидов встроены белки, т.е. плазмолемма представляет собой биомолекулярный фосфолипидный слой со встроенными молекулами белков переносчиков. Отдельные участки мембраны имеют положительные и отрица- тельные заряды, за счет которых может происходить адсорбция катионов и анионов из наружной среды.
Влияние условий внешней среды на поступление питательных
веществ в растения
Поступление питательных веществ в растениях, в зависимости от условий внешней среды
Продуктивность растений и поглощение ими макро и микроэлементов находятся в прямой зависимости от содержания элементов минерального пита- ния в почве. Элементы питания могут быть в почвенном растворе, в органиче- ском веществе почвы и в твердой минеральной фазе почвы. Для растений хо- рошо доступны все растворы, а также обменно-поглощенные формы элементов питания. Остальные соединения непосредственно недоступны и могут усваи- ваться растениями только после перехода в более доступные.
Существенное влияние на доступность различных питательных элемен- тов почвы оказывают сами растения. Изменения реакции среды под воздей- ствием различных веществ, выделяемых растениями способствуют переходу ряда недоступных соединений почвы в усвояемую форму.
Поглощение питательных веществ растениями зависит от биологической особенности культуры, свойств почвы, прежде всего с содержанием органиче- ского вещества и минералогического состава, гранулометрического состава, температуры, влажность, аэрации и концентрации почвенного раствора, осве- щения и т.д.
67 67
Концентрация питательного раствора
При недостаточной концентрации питательного раствора растения стра- дают от нехватки элементов питания. Повышенная концентрация неблагопри- ятно действует на рост и может вызвать угнетение. Оптимальная концентрация обеспечивает наибольшую продуктивность. Концентрация почвенного раствора в естественных условиях – 0,02-0,2%. Повышение концентрации солей в рас- творе увеличив его осмотическое давление и затрудняет поступление в расте- нии воды и питательных веществ, особенно чувствительны растения к избы- точному повышению концентрации питательного раствора в молодом возрасте.
Соотношение макро и микроэлементов питательной среде и их
поглощение растениями
Питание растений следует оценивать как по количественному показате- лю, так и по качественному (соотношение элементов питания). Оказывает на продуктивность и качество с-х продукцией. Имеется много экспериментальных данных о влиянии соотношения элементов во внешней среде на их поступление и накопление в растениях.
Избыток одного микроэлемента, вызывает резкое снижение поглощения других элементов. Концентрация элементов в растительных тканях имеет три максимума – при оптимальной дозе, резком недостатке, резком избытке испы- туемого элемента в субстрате. Рост надземных органов растений зависят от фи- зиологической уравновешенности питательного раствора.
Физиологически уравновешенный раствор – раствор, в котором отдель- ные элементы питания находятся в таких соотношениях, при которых происхо- дит наиболее эффективное их использование растением. Наличие N, Р, К в пи- тательной среде в значительной степени определяет интенсивность роста рас- тений и поглощение ими других элементов минерального питания.
Повышение уровня N увеличивается поступлением в растения Р, К, Са,
Mg, Cu, Fe, Mn, Zn.
Избыточные дозы фосфора снижают поступление в растения Cu, Fe, Mn.
Калий сокращает поступление Са, Mg и др.
С увеличением обеспеченности N, Р, К, повышается потребность в мик- роэлементах и наоборот. При дефиците Fe, снижается поступление N. Мо – улучшает использование N удобрений из почвы.
Поступление калия снижалось под влиянием Mn, Cu, Ni, Fe, Mo, Zn, B и возрастало при внесении Cl. Рост растения в первую очередь зависит от эле- мента. Находящегося в недостатке или избытке, при условии, что другие не ли- митируют рост. В щелочных почвах – дефицит Mn, в кислых – избыток.
Много примеров антагонизма и синергизма ионов. Так, явления антаго- низма установлены между Fe и Ca; Al и Na; Fe и Zn; Mn и Zn; Cu и Zn; Zn и
Fe,Mn,Mo,Cu
Явление синергизма установлено между S и Mn,Zn; Cu и Co,B,Zn; Co,Mo и Mn; Mo и Cu; Cu и Mn; Ca и Co.
Таким образом, одни и те же ионы могут действовать как положительно, так и отрицательно на поглощение других.
68 68
Антагонизм и синергизм могут переходить один в другой.
Sr и Mn вытесняют Ca; усвоение Ca и фосфора улучшает поступление в растения Co Mn – антагонисты Sr и Ba. Al вызывает сильный дисбаланс макро- и микроэлементов.
Увеличение количества находящегося в недостаточной концентрации, способствует поглощению других элементов (синергизм), а избыток какого ли- бо элемента препятствует поступлению других элементов (антагонизм).
Влажность почвы
Содержание достаточного количества влаги в почве – необходимое усло- вие нормального развития растений. При нормальном уровне содержания эле- ментов минерального питания в почве, нет прямой зависимости размера их по- ступления в растения от интенсивности транспирации. Однако при избыточном содержании во внешней среде макро и микроэлементов их поступление в рас- тение возрастает с повышением скорости транспирации.
Влияние влажности почвы на поступление в растение элементов питания определяется в основном следующими физиологическими и физическими фак- торами.
1. Улучшением общего физиологического состояния растений (улучше- ние фотосинтеза, биосинтез белков).
2. Улучшение развития корней и увеличением общей поглотительной способности.
3. Универсальностью воды, как среды диффузии ионов из почвенного раствора и ППК. Установлено увеличение общего поступления в растения N, Р,
К, Са, Mg, Zn, Cu, Mn, Co, Fe, Mo к корневым волоскам.
При дефиците усвоение элементов питания затрудняется.
Отрицательное влияние избыточной влажности почвы на поглощение элементов питания может проявиться в одностороннем повышение до- ступн6ости некоторых ионов (Fe
2
O
3
, MnO) их накопление достигает токсичного уровня. При дефиците влаги усиливаются процессы гидролиза и распада орга- нического вещества, снижается фотосинтез.
Аэрация и питание растений
Аэрация почвы и питательных растворов резко меняет интенсивность по- глощения питательных веществ растениями. Максимальное поглощение эле- ментов минерального питания при содержании кислорода – 2-3% . при даль- нейшем увеличении кислорода скорость поглощения солей не увеличивается.
Оптимальная концентрация кислорода – 3% не является одинаковой для всех растений. Однако при недостатке аэрации корневой системы резко нарушается нормальный процесс поглотительной деятельности корней. Имеются данные о депрессивном влиянии диоксида углерода на поглощение корневой системой растений нитратов, фосфатов и иона аммония, а также на корневую систему.
Тепло и питание растений
Все проявления жизнедеятельности растений возможны только в извест- ных пределах температуры. Для большинства растений при достаточном осве- щении и удовлетворительной обеспеченности водой благоприятная температу-
69 69 ра воздуха от 15 до 30°С. Оптимальная температура для поступления N и Р
2
О
5
в зерновые хлеба составляет 23-25°С. Однако содержание белка в зерне пшени- цы может заметно возрастать при повышении температуры до 35°С. Соя, фа- соль и др. южные растения лучше поглощают питательные вещества при тем- пературе 30-35°С.
Свет
Освещенность растений и поглощение ими минеральных элементов, как и другие факторы жизни растений находятся в непосредственной связи. Растения обитают в двух средах – почва и воздух, постоянным колебанием условий; сме- ной дня и ночи, изменением влажности, температуры, освещение. Растения усиленно поглощают элементы минерального питания при первых лучах солн- ца. При затмении снижаются процессы фотосинтеза и поглощение питательных веществ корнями. В темноте поступление питательных веществ прекращается.
9.2. Реакция среды
Реакция среды зависит от соотношения в почвенном растворе ионов Н
+
и
ОН
-
. Реакцию среды (кислотность или щелочность) выражают концентрацией ионов Н
+
в виде отрицательного логарифма числа 10, обозначаемое символом рН. Изменение рН почвы с помощью известкования, в результате которого происходит замещение ионов Н
+
на Са
2+
, влияет на возможность использования растениями ряда элементов минерального питания. Са
2+
тормозит поступление ионов Н
+
в растения, и они при повышении содержания Са
2+
способны перено- сить более кислую реакцию среды. Реакция среды оказывает косвенное и пря- мое влияние на растительный организм. Косвенное влияние рН на доступность растением элементов питания, проявление токсичных свойств отдельных эле- ментов в высоких концентрациях и т.д. В кислой среде увеличивается количе- ство доступных для растений форм, Fe, Mn, Co, Cu и уменьшается доступность форм N, Р, Mo, ванадия.
При увеличении кислотности раствора улучшается поступление анионов.
Поглощение катионов увеличивается при подщелачивании раствора.
Замедление роста в щелочной реакции происходит за счет снижения до- ступности форм. Особенно чувствительны растения к реакции среды в первый период роста. Растворимость солей усиливается в кислой среде.
Снижение рН в почвах с высоким содержанием Fe, Al, Mn приводит к увеличению их подвижности и накоплению в растениях в токсичных концен- трациях, что отрицательно сказывается на развитии растений и на поглощении других элементов питания. Лучшая среда – рН = 6,5.
Повышение кислотности почв помимо неблагоприятного влияния на рас- тения приводит к целому ряду негативных последствий: увеличивается обмен- ная и гидролитическая кислотность, снижается общая численность бактерий и актиномицетов, растет численность микроскопических грибов, ухудшаются условия гумусообразования.