ПОТРЕБЛЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ПИТАНИЯ РАСТЕНИЯМИ

Минеральное питание является важнейшей функцией растений, обусловливающей их рост и развитие. Благодаря автотрофному питанию — усвоению С02 из воздуха в результате фотосинтеза и с помощью способности синтезировать сложные органические соединения из простых неорганических веществ в целях построения своих тел растения приобрели полную независимость от других организмов и готовых источников энергии.

Учитывая особую роль корней в жизни растений, управление продукционным процессом сельскохозяйственных культур на основе рационального применения минеральных и органических удобрений невозможно без учета зависимости формирования корневой системы от условий питания и окружающей ее среды, а также глубокого понимания особенностей поглощения элементов питания растениями в отдельные периоды их роста и развития.

Стремление к познанию сущности питания растений уходит в глубь веков. Потребовались многие столетия, чтобы сформировать научное представление о механизме и необходимых условиях минерального питания растений, установить, какие элементы, в какой форме и каком количестве необходимы сельскохозяйственным растениям. Исследования физиологов и агрохимиков в области питания растений имеют большое практическое значение для эффективного применения удобрений.

Первоначальные предположения, что питательные вещества поступают в растения в результате диффузии через поры клетки (Дютроше, 1837) или диффузионно-осмотических процессов (Пфеффер, 1886 и др.), в настоящее время существенно пересмотрены и дополнены с учетом новых научных данных. Современные представления о питании растений основываются на исследованиях многих зарубежных и отечественных ученых, среди которых наиболее яркими представителями нашей страны являются Д.Н. Прянишников, Д.А. Сабинин, И.И. Колосов и др.

Особо важное значение регулированию минерального питания сельскохозяйственных растений путем внесения удобрений придавал основоположник агрохимии в России академик Д.Н. Прянишников. Классические работы Д.Н. Прянишникова и его многочисленных учеников о корневом питании растений и применении удобрений послужили основанием для создания туковой промышленности и широкой химизации земледелия в нашей стране. Его крылатые слова «недостаток знаний нельзя заменить избытком удобрений» актуальны и в настоящее время.

Растения содержат, а следовательно, способны поглощать практически все элементы периодической системы, присутствующие в почве, на растениях и в воздухе. При этом некоторым из них свойственно аккумулировать в своих органах аномально большое количество элементов, не участвующих непосредственно в процессах обмена. Было доказано, что в стерильных условиях растения способны строить свои тела из углекислоты, воды и минеральных солей. К настоящему времени установлено, что для нормального роста и развития растениям жизненно необходимы 20 элементов: С, Н, О, N, Р, S, К, Са, Mg, Fe, В, Си, Zn, Mn, Mo, Со, Na, Cl, I, V — и условно необходимы 12 элементов: Si, Se, Sr, F, Ag, Li, Ni, Ti, Cr, Al, Pb и W.

Необходимыми (незаменимыми) являются такие элементы питания, без которых растения не в состоянии завершить свой жизненный цикл «от семени до семени». Эти элементы получили название биогенных или биофильных. Каждый из них играет важную биохимическую и физиологическую роль в жизни растений. Данные элементы непосредственно участвуют в процессах обмена веществ и энергии в растениях. Отсутствие или острый недостаток необходимого элемента питания вызывает глубокие нарушения биохимических процессов обмена веществ в растениях, приводящие к морфологическим изменениям их органов и их гибели.

Условно необходимые элементы действуют на растение косвенно, не принимая непосредственного участия в его биохимических процессах обмена веществ. Отсутствие данных элементов далеко не во всех случаях приводит к снижению урожая. Например, кремний в относительно больших количествах содержится в соломе и сене злаковых культур и тем самым значительно повышает их устойчивость к полеганию и болезням, однако отсутствие кремния в питательном растворе, как правило, не оказывает существенного влияния на рост и урожайность растений.

Физиологическое значение (роль) отдельных элементов устанавливают при выращивании растений с помощью искусственных питательных сред — водных или песчаных культур, содержащих все необходимые элементы питания, кроме исследуемого. Исключение условно необходимых элементов из питательного раствора чаще всего не оказывает явного негативного влияния на рост и развитие большинства сельскохозяйственных культур.

В зависимости от содержания и функциональной роли элементов в жизни растений их подразделяют на макро-, микро- и ультрамикроэлементы.

К макроэлементам относятся элементы, содержание которых в растениях составляет от десятков процентов до их сотых долей п% — 10~2%). Это С, Н, О, N, Р, S, К, Са, Mg, Na. Они выполняют в клетках и тканях в основном конституционную роль — создают структуру клетки, входят в состав белков, липидов, углеводов и других органических соединений.

К микроэлементам относятся В, Си, Zn, Мп, Мо, Со и Fe. Их содержание в растениях колеблется в пределах 10-2—10-5%. Они входят в основном в состав многочисленных ферментов.

Элементы, содержащиеся в количествах менее 10-5%, относятся к ультрамикроэлементам. Их физиолого-биохимическая роль до настоящего времени не установлена в связи с трудностями создания необходимых условий для проведения исследований, так как окружающая среда не лишена следовых примесей этих элементов. В малых количествах они могут присутствовать в воде, воздухе, солях, используемых в качестве удобрений, в материале сосудов, используемых для проведения вегетационных опытов, и других средах. В литературе, касающейся питания растений, нет единого мнения о численной принадлежности химических элементов к ультрамикроэлементам. Многие физиологи относят к этой группе Ag, Au, Cr, Cd, W, Br, U, Rb, Se, Cs и др. Можно сказать, что никто эксперимен- ю

тально не доказал и никто не опроверг физиологическую значимость ультрамикроэлементов для растений, поэтому к ним на таком же основании можно отнести все химические элементы, не вошедшие в группу макро- или микроэлементов. Можно полагать, что дальнейшее совершенствование методов агрохимических исследований позволит выделить ультрамикроэлементы, жизненно важные для растений.

Наряду с биофильными и условно необходимыми элементами минерального питания, растения способны поглощать в небольших количествах некоторые находящиеся в почве низкомолекулярные органические вещества (например, сахара, аминокислоты) или попавшие на поверхность надземных органов пестициды. Первые не представляют какого-либо значения для питания растений, а пестициды могут вызывать их угнетение.

Четыре элемента, которые при озолении (сжигании) растений образуют газообразные соединения и, следовательно, улетучиваются: С, О, Н и N, называются органогенными. На их долю приходится в среднем около 95% сухой массы растений. Оставшиеся в золе растений элементы (примерно 5% от сухой массы) относятся к зольным элементам. В золе содержатся элементы, необходимые для питания растений, а также инертные и токсичные.

Зола является важным показателем условий произрастания растений и качества сельскохозяйственной продукции. Содержание и качественный состав золы различных органов сельскохозяйственных культур зависят от вида растений и условий их выращивания. Зола семян злаковых культур составляет в среднем 2% от сухой массы растений, масличных — 3—4%. В стеблях растений, выращиваемых в зоне достаточного увлажнения, содержится 4—5% золы, выращиваемых в степных районах, 6—9%, соответственно в листьях 4—7 и 8—10%. Химический состав золы некоторых растений представлен в табл. 1.1.

Растения потребляют элементы питания в неорганической ионной форме — в виде катионов и анионов. Питательные вещества, входящие в состав органических удобрений и гумусовых веществ почвы (N, Р, S и др.), становятся доступными растениям лишь после их полной минерализации и перевода в ионную форму (табл. 1.2).

Растения способны усваивать питательные вещества как через корни, так и через надземные органы (листья, стебли, незрелые плоды). Однако основные органы, с помощью которых питаются растения, — это лист и корень. Листья, потребляя С02 из воздуха, обеспечивают растения углеродным питанием; корни выполняют несколько функций, главная их которых — поглощение из почвы минеральных веществ и воды.

Следует учитывать, что надземная часть растений развивается в воздушной среде, поэтому в процессе эволюции растения не утратили

Примерное содержание отдельных элементов в золе растений

(Удобрения и качество урожая. Минск, 1995)

Культура и часть

Содержание в золе растений,

%

урожая

р2о5

к2о

СаО

MgO

S03

Na20

Si02

Пшеница:

зерно

48

30

3

12

5

2

2

солома

10

30

20

6

3

3

20

Горох:

зерно

30

40

5

6

10

1

1

солома

8

25

35

8

6

2

10

Картофель:

клубни

16

60

3

5

7

2

2

ботва

8

30

30

12

8

3

2

Сахарная свекла:

корнеплоды

15

40

10

10

6

10

2

ботва

8

30

15

12

5

25

2

Подсолнечник:

семена

40

25

7

12

3

3

3

стебли

3

50

15

7

3

2

6

Основные формы элементов питания

(Кидин, 2008)

Таблица 1.2

Элемент

Основные ионы

Элемент

Основные ионы

Азот

nh4+, no3-no2-

Марганец

Мп2+ , Мп04",

Алюминий

А13+,А1(Н20)63+

Медь

Cu2+, Си+

Бор

н,вОз‘, н4во72-

Молибден

Мо042'

Железо

Fe3+, Fe2+, Fe(H20)63+

Натрий

Na+

Калий

К+

Селен

Se042'

Кальций

Са2+

Сера

so42-

Кобальт

Со2+, Со3+

Фосфор

н2ро4-,нро42-

Кремний

H3Si04-, HSiO,'

Цинк

Zn2+

Магний

Mg2+

способности потреблять из воздуха необходимые им вещества даже при их малом содержании. Для листьев и других вегетирующих надземных органов более характерно поглощение веществ в молекулярной форме. Через надземные органы (в основном листья) в растения поступают преимущественно СО-,, 02 и некоторые токсичные газы — NH3, S02 N-,0, NO, H2S. Однако они также не лишены способности усваивать элементы питания, находящиеся в ионной форме. Способность надземных органов растений усваивать элементы питания широко используется в практике сельского хозяйства. С помощью внекорневых подкормок зерновых культур азотными удобрениями, овощных и плодовых культур — микроудобрениями можно значительно компенсировать дефицит элементов в растениях и существенно повысить урожайность и/или качество сельскохозяйственной продукции.

Содержание основных элементов питания в растениях, определяющих урожайность и качество сельскохозяйственной продукции, зависит от их биологических особенностей, агротехники, климатических условий и экологических факторов. В зерне злаковых культур содержание азота и фосфора, как правило, в 4—5 раз выше, а калия — в 2 раза ниже, чем в побочной продукции (соломе). Наиболее высоким потреблением и содержанием азота, фосфора, кальция и магния отличаются бобовые культуры (табл. 1.3 и 1.4).

Несмотря на определенную способность надземных органов растений усваивать элементы питания, основная роль в снабжении растений питательными веществами принадлежит корневой системе. Скорость поглощения элементов питания корнем и их транспорт в органы растения, в которых они включаются в метаболические про-

Таблица 1.3

Содержание основных элементов питания в зерновых и зернобобовых культурах

(Удобрения и качество урожая)

Культура

Содержание, % от сухой массы

N

Р205

к2о

MgO

СаО

Всего золы

Зерновые:

зерно

солома

1,5-3,0 0,4-0,6

0,8-0,9 0,2-0,3

0,5-0,6 1,0-1,5

  • 0,15
  • 0,10
  • 0,10-0,15
  • 0,30-0,40

1,5-2,0 4,0-6,0

Зернобобовые:

зерно

солома

4,0-6,0 0,5-0,8

1,0-1,4 0,3-0,4

1,0-1,4 1,3-1,5

  • 0,20
  • 0,20
  • 0,20-0,30
  • 0,30-0,60
  • 2.0- 3,0
  • 4.0- 6,0

Сено:

бобовых

злаковых

2,0-3,0 1,5-2,2

0,6-0,8 0,6-0,7

1,5-1,7 1,8-2,5

  • 0,50
  • 0,30

1,6-2,6 0,5-0,8

L/1 LTt

О О

1 1 оо ^

о о

Содержание азота и зольных элементов в урожае основных сельскохозяйственных культур

(Удобрения и качество урожая)

Культура

Содержание, % от сухой массы

N

РА

К?0

СаО

MgO

Na20

Fe

Cl

SO,

SiO?

Пшеница:

зерно

2,50

0,85

0,50

0,08

0,20

0,05

0,005

0,10

0,22

0,03

солома

0,50

0,20

0,90

0,30

0,10

0,05

0,03

0,20

0,10

1,00

Рожь:

зерно

2,00

0,85

0,60

0,10

0,12

0,06

0,018

0,07

0,20

0,10

солома

0,45

0,26

1,00

0,29

0,09

0,10

0,010

0,20

0,30

1,00

Ячмень

(зерно)

2,1

0,85

0,55

0,10

0,16

0,10

0,020

0,15

0,30

0,90

Овес (зерно)

2,0

0,85

0,50

0,16

0,17

0,45

0,040

0,14

0,30

1,00

Гречиха

(зерно)

1,8

0,60

0,27

0,05

0,15

0,07

0,030

0,17

Кукуруза

(зерно)

1,8

0,57

0,37

0,03

0,20

0,010

0,010

0,06

0,25

0,06

Горох

4,0

1,00

1,25

0,10

0,15

0,02

0,006

0,07

0,43

0,33

Фасоль

3,5

1,40

1,70

0,24

0,30

0,06

0,004

0,06

0,39

Лен

4,0

1,35

1,00

0,30

0,50

0,07

0,020

0,03

Подсолнечник

3,3

1,40

0,95

0,20

0,40

0,10

0,030

0,01

0,10

0,06

Картофель

0,30

0,14

0,40

0,03

0,06

0,02

0,003

0,20

0,08

0,03

Свекла

сахарная

0,25

0,08

0,30

0,06

0,05

0,07

0,002

0,06

0,02

0,01

Морковь

0,18

0,11

0,40

0,10

0,05

0,18

0,010

0,03

0,01

0,04

цессы, является важнейшей индивидуальной особенностью растений, определяющей интенсивность их роста и развития. Так как большая часть элементов питания, содержащихся в почве, находится в адсорбированном состоянии и малоподвижна, обеспеченность растений питательными элементами во многом зависит от размера и морфологического строения корневой системы. Наряду с поглощением элементов питания, корни растений выполняют ряд других важных функций: служат для закрепления растений в почве, потребления воды; в них осуществляется синтез многих органических веществ, в том числе регуляторов роста (гормонов).

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >