Агрохимия и плодородие земель

Растение может  усваивать через лист:

Серу в форме SO3

Азот мочевины СО(NH2)2

Микроэлементы

Тяжелые металлы

Галогены

Органические  соединения

 

Корневая  система растений

При прорастании  зерновки трогается в рост главный  зароды-шевый корень, затем появляются несколько новых зародышевых корешков. После начала кущения от стебля у основания листьев образуются узловые, или, как их еще называют, придаточные, корни, которые формируют вторичную корневую систему, выполняющую ту же функцию, что и зародышевые корни. Каждый корень имеет три основные зоны:

1) зону роста  и растяжения длиной 1,5 мм –  именно за счет деления клеток  этой верхушечной меристемы происходит  рост корня;

2) зону корневых  волосков, или всасывания, характеризу-ющуюся  наличием особых выростов – корневых волосков длиной до 1 мм, а длина самой этой зоны 1–2 см;

3) зону боковых  корней.

В полевых условиях выращивания основное значение в  питании растений принадлежит зоне корневых волосков, так на-зываемой поглощающей зоне.

От корня  к листьям движется восходящий, или транспирационный, ток водных растворов солей. Ассимиляционный, нисходящий, ток органических веществ направляется от листьев к корням.

Восходящий  ток осуществляется почти исключительно  по трахеальным элементам ксилемы, а нисходящий – по сотовидным элементам флоэмы.

Скорость передвижения продуктов фотосинтеза из листьев  в корни 40–100 см/ч. Еще быстрее  поступают через корневую систему  растений элементы питания, в том  числе и внесенные в почву  удобрения.

Например, при  погружении ячменя корнями в раствор, содержащий меченый фосфор 32Р, его находили в листьях через 5 мин. Из корешков четырнадцатидневной кукурузы он поступал в листья через 2 мин.

Скорость поглощения питательных веществ существенно  изменяется с возрастом корня. Так, по мере старения растений кукурузы (с 20 до 80 дней) скорость поглощения N, Р, K, Са и Mg уменьшается в десятки раз и более.

 

Синтетическая функция корней

Корни являются не только органами поглощения минеральных  элементов и воды. Они обладают синтетической способностью. В них образуются многие органические соединения: белки, аминокислоты, амиды, алкалоиды, фитогормоны.

 

Типы  поглощения элементов питания корнями

Поглощение  элементов минерального питания  растениями в зависимости от характера  затрачиваемой энергии может быть активным и пассивным.

Зона всасывания богата митохондриями – источниками  энеогии для активного поглощения элементов питания.

Ионы, вошедшие в контакт с корнем, адсорбируются  клеточными стенками. Процесс адсорбции  ионов корнями носит обменный характер.

Высокую интенсивность  обмена веществ, значительную скорость поступления и передвижения веществ  в растениях можно объяснить  адсорбционным обменом между  корневой системой растений, с одной  стороны, и почвенными коллоидами (твердая  фаза), а также почвенным раствором (жидкая фаза) – с другой.

Между корневой системой растений и почвенными коллоидами, а также почвенным раствором  существует тесный контакт.

Благодаря этому  контакту и происходит процесс обменной адсорбции, сущность которого состоит  в следующем. Питательные ионы (например, К⁺, Са ²⁺ , Mg ²⁺ , NH⁴⁺ , NO^3– , H₂PO₄–, SO₄^2–) поступают в растения через корневую систему в обмен на ионы Н ⁺, НСО^3–, расположенные на поверхности корневых волосков.

Появившиеся на поверхности корневого волоска  питательные катионы и анионы неизбежно входят в соприкосновение с базоидной (основной) и ацидоидной (кислотной) частями плазмы клетки, и здесь они дают начало различным органическим соединениям или пере-двигаются до листьев, где также синтезируются органические вещества.

Важно учесть, что  поглощение питательных элементов  корневой системой растений может происходить  не только в обмен на ионы Н⁺ и НСО₃^–, образующиеся в процессе дыхания, но и на ионы органических и минеральных соединений, выделяемые корнями.

Установлено, например, что корни растений выделяют лимонную, яблочную, щавелевую и другие органические кислоты, которые слабо диссоциируют, но все же распадаются на Н+ и органические анионы. Эти ионы находятся на поверхности корневых волосков и могут принимать участие в обменных реакциях на соответствующие катионы и анионы почвенного раствора.

 

Активное  воздействие корневых систем на почву

Растение не является только потребителем уже готовых  для него питательных веществ  в почве. Корни растений активно  воздействуют на почву, находящуюся у их поверхности. Хорошо известна способность корней выделять во внешнюю среду органические и минеральные вещества (сахара, органические кислоты, азотсодержа-щие органические соединения, витамины, ферменты и др.).

Выделенные  корнями органические вещества служат пищей для микроорганизмов, которые в процессе жизнедеятельности способствуют мобилизации питательных веществ почвы, повышая их доступность для растений в участках, непосредственно примыкающих к корням.

Корни некоторых  растений (например, фасоли и других двудольных) могут при недостатке некоторых элементов повышать кислотность почвы, в результате чего  соединения переходят в растворимое состояние.

Растения выделяют в почву фитосидерофоры (мугеиновая и дезоксимугеиновая, овиновая кислоты), повышающие доступность для растений ряда металлов. 

 

Питание растений

 

Типы  поглощение питательных веществ

Метаболическое  поглощение и перемещение питательных  веществ  зависит от:

1. Аэробного дыхания

2. Температуры воздуха и влажности почвы

3. Концентрации почвенного раствора

 

Неметаболическое, или пассивное, поглощение

В меньшей мере зависит  от температуры и других условий  жизни растительного организма. Примером неметаболического поглощения является пиноцитоз – захват части  питательного раствора, при котором клетками молодых корешков могут поглощаться ионы, молекулы, их агрегаты и капельки раствора.

 

 

Питательные элементы

В состав растения входят почти  все элементы периодической системы  Д.И. Менделеева. Однако физиолого-биохимическая роль некоторых из них еще недостаточно изучена.

В наибольшем количестве растения поглощают азот, фосфор, калий, кальций, магний, серу.

Эти элементы называют макроэлементами. Их содержание в растениях исчисляется целыми процентами или десятыми долями их.

При сжигании органического вещества все элементы, кроме азота, остаются в золе, поэтому их часто называют зольными элементами.

Растениям необходимы также  элементы, потребляемые ими в небольших  количествах, но играющие важную роль в различных процессах обмена веществ. Их называют микроэлементами. Это железо, бор, цинк, марганец, медь, молибден, кобальт, йод и др.

Их содержание их в растении исчисляется сотыми и тысячными  долями процента.

 

Макроэлементы – S, N; P, K, Ca, Mg (зольные эл-ты).

Микроэлементы – B, Co, Cu, Fe, Mn, Mo, Zn, I.

 

Механизмы подачи питательных веществ к  поверхности корня

Корневой  перехват. Корни в процессе роста движутся в почве. Соприкасаясь с питательными веществами, они поглощают их.

Массовый  поток. Корни растений поглощают из почвы воду, что вызывает движение почвенного раствора через толщу почвы к корням. Так как в почвенном растворе содержатся питательные вещества, то они и переносятся массовым потоком к поверхности корня, становясь доступными для поглощения.

Диффузия. Поглощение корнем питательного вещества сопровождается уменьшением его концентрации у поверхности корня и возникновением градиента концентрации. А это делает возможной диффузию питательного вещества к корню. Скорость диффузии ионов через почву изменяется в зависимости от типа почвы и природы поглощения ионов почвой.

 

Избирательное поглощение и понятие физиологической  кислотности и щелочности солей

Растение поглощает  больше тех элементов, в которых  нуждается.

(NH₄⁺, Cl^-), (NH₄⁺, NO₃^-)– физиологически кислая соль

(Na⁺, NO₃^-) – физиологически щелочная соль

 

Антагонизм  ионов

Катионы антагонисты: H⁺, K⁺, NH⁴⁺, Ca²⁺, Mg²⁺

Анионы антагонисты: Cl^-, NO₃^-, HCO₃^-, SO₄^2-, H₂PO₄^-

 

Антагонизм, синергизм и физиологически уравновешенный раствор

Ионы, имеющие  одинаковый заряд, взаимно тормозят друг друга, и чем ближе зарядность, тем сильнее их взаимное торможение.

Ионы с противоположными зарядами взаимно ускоряют поступление  их в растение. Это явление получило название синергизма.

Вредный избыток  какого-либо катиона или аниона всегда можно ослабить соответствующим ионом. При необходимости прибавлением противоположного по заряду иона ускоряют поступление полезного иона. Например, поступление иона NО₃^– можно ускорить прибавлением катиона Ca²⁺, вредный избыток Ca²⁺ в известной степени ослабляет Mg²⁺, а вредное действие ионов Н+ и Аl³⁺, которые вызывают кислотность почвы, устраняют прибавлением в раствор Са²⁺ и Mg²⁺.

Физиологически  уравновешенным следует считать  такой почвенный раствор, в котором  катионы и анионы находятся в  оптимальном соотношении, что обеспечивает наиболее эффективное использование растением питательных веществ.

 

На  питание растений оказывает влияние  и общая концентрация почвенного раствора. При избыточной концентрации растения завядают и погибают. Верхний предел обычно находится в интервале 2–3 г всех питательных солей на 1 л раствора. Особенно вредна повышенная концентрация микроэлементов.

Чувствительность  к концентрации у разных растений неодинакова. Наибольшей чувствительностью  к повышенной концентрации отличаются лен, люпин, огурцы. Чувствительность одного и того же растения меняется с возрастом. Более чувствительны к повышенной концентрации молодые растения.

Растения, чувствительные к высоким концентрациям почвенного раствора – актинидия, багульник.

 

 

 

Периоды в питании растений

Первый период – критический. Он совпадает с начальными фазами роста растений. В этот период растения особо чувствительны как к недостатку, так и к избытку питательных веществ.

Второй период - периода максимального потребления питательных веществ. Он характерен для более поздних фаз развития и определяется биологическими особенностями растений.

 

Динамика  накопления питательных элементов  в растениях, % от максимума

 

Срок и фаза роста	Озимая пшеница			Ячмень			Овес
	N	Р2О5	К2О	N	Р2О5	К2О	N	Р2О5	К2О
Осень и ранняя весна	47	30	43	–	–	–	–	–	–
Начало колошения	69	65	68	71	56	73	51	36	54
Цветение	90	93	95	96	74	100	82	71	100
Полная спелость	100	100	82	100	100	64	100	100	83

 

Влияние внешней среды на питание растений и эффективность удобрений.

Растения проявляют неодинаковую чувствительность к кислой и щелочной среде – реакции почвенного раствора.

Люпин – рН оптимальный  – 4-5

Картофель – 5

Овес, рожь, лен, гречиха – 5-6

Клевер – 6-6,5

Горох, кукуруза, пшеница – 6-7