Питание растений и методы его регулирования. |
Задачи агрохимии. |
| Агрохимия - наука об оптимизации питания
растений и применении удобрений с учетом плодородия почвы и
биоклиматического потенциала для получения высокого урожая
хорошего качества. |
| Научной основой агрохимии в России послужили классические
исследования К. А. Тимирязева по фотосинтезу и минеральному
питанию растений. Он положил начало целому направлению в агрохимии - листовой диагностике минерального питания. |
| Дальнейшее развитие этой науки в нашей стране неразрывно
связано с именем основателя научной школы агрохимии Д. Н. Прянишникова и его учеников. Особое значение среди его работ имеют классические исследования по азотному питанию растений и
применению азотных удобрений. Он доказал, что аммонийные
соли являются равноценным источником азотного питания для
растений, как и соли азотной кислоты. |
| Основное содержание агрохимии как науки можно представить
тремя разделами: химия растений, химия почвы, химия удобрений. |
| Главные задачи агрономической химии - управление круговоротом и балансом химических элементов в системе почва-растение; создание наилучших условий питания растений с учетом знания свойств различных видов и форм удобрений, особенностей их
взаимодействия с почвой; определение наиболее эффективных
форм, способов, сроков применения удобрений. |
| Эти важнейшие задачи агрохимии должны предусматривать
экологические подходы к применению удобрений. Нарушение баланса питательных веществ в земледелии ведет не только к уменьшению производства растениеводческой продукции и ухудшению
ее качества, но и к снижению устойчивости агроландшафтов. |
| Агрохимия изучает процессы взаимосвязи роста и развития
растений в конкретных почвенно-климатических условиях. Зная
закономерности этих процессов, можно определить пути оптимизации питания растений с помощью макро- и микроудобрений,
регулировать обмен веществ в растении в процессе вегетации с
целью получения высокого урожая возделываемой культуры и
улучшения качества продукции. |
Химический состав растений. |
| Сухое вещество растений состоит в
среднем (% от массы) из углерода 45, кислорода 42, водорода 6,5,
азота и других элементов - 6,5. В составе растений 20 химических
элементов: углерод, кислород, водород, азот, фосфор, калий,
кальций, магний, натрий, сера, хлор, железо, бор, медь, марганец,
цинк, молибден, ванадий, кобальт и йод, безусловно необходимых
для растений. Без них невозможны нормальное протекание жизненных процессов и завершение полного цикла развития растений. Кроме того, еще 12 элементов (кремний, алюминий, фтор,
литий, серебро, стронций, кадмий, титан, свинец, хром, силен,
никель) положительно действуют на рост и развитие растений. Их
считают условно необходимыми. По мере совершенствования методов анализа общее число необходимых элементов в составе растений может увеличиться. |
| Углеводы, жиры и другие безазотистые органические соединения состоят из углерода, кислорода, водорода, а в состав белков и
других азотистых соединений входит азот. Эти четыре элемента -
С, О, Н, N - получили название органических, на их долю приходится 95% сухого вещества растений. При сжигании растительного материала органические элементы улетучиваются в
виде газообразных соединений и паров воды, а в золе остаются
преимущественно в виде оксидов многочисленные зольные элементы, на долю которых приходится в среднем около 5% сухого
вещества. |
| Азот и такие зольные элементы, как фосфор, калий, кальций,
магний, сера и железо, содержатся в растениях в относительно
больших количествах (от нескольких процентов до сотых долей
процента сухого вещества) и относятся к макроэлементам. |
| Для обеспечения нормальной жизнедеятельности кроме макроэлементов растениям в небольших количествах необходимы бор,
марганец, медь, цинк, молибден, кобальт, йод и ванадий. Концентрация каждого из этих элементов в растениях составляет от тысячных до стотысячных долей процента; их называют микроэлементами. Их содержание в растениях обычно выражают в МГ/КГ
сухого вещества. |
| Большинство необходимых растительным и животным организмам микроэлементов относится к тяжелым металлам. Этим
термином обозначают класс загрязнителей природной среды (преимущественно техногенного характера) из числа химических элементов, имеющих атомную массу свыше 50 единиц. Термин «тяжелые металлы» применим к микроэлементам, когда они находятся в объектах окружающей среды в повышенных количествах и
могут оказывать на человека и животных токсичное действие.
Среди тяжелых металлов основными загрязнителями являются
ртуть, свинец, кадмий, цинк, медь, хром и никель. Из них наиболее опасны кадмий, ртуть и свинец, которые даже в ничтожно малых концентрациях токсичны для живых организмов. Избыточное
поступление в организм человека и животных других элементов,
не относящихся к тяжелым металлам (мышьяк, бор и фтор), также
опасно. Их содержание в воде, атмосфере, пищевой продукции и
кормах устанавливается законодательно для каждого вредного вещества и регламентировано показателями «предельно допустимая
концентрация» (ПДК) и «максимально допустимый уровень» (МДУ). |
| Набор тяжелых металлов-загрязнителей для отдельных регионов может различаться вследствие геохимических особенностей
почв, характера и интенсивности промышленного производства.
Основные источники поступления тяжелых металлов в природную среду - предприятия черной и цветной металлургии, тепловые станции, транспорт. |
Роль отдельных элементов в жизни растений. |
| Каждый элемент
минерального питания растений выполняет специфические функции. |
| Азот. Роль его в жизни растений исключительно велика. Он
входит в состав белков, хлорофилла, ферментов. При обильном
обеспечении азотом растений увеличивается их листовая поверхность листья становятся темно-зелеными. Поскольку в составе
цитоплазмы клеток преобладают белки, то усиление азотного
питания вызывает увеличение ее массы. Клеточные же оболочки,
образуемые преимущественно углеводами, становятся более
хрупкими, содержание кальция в растении уменьшается. При
недостатке азота клетки растений, наоборот, небольшие, увеличивается доля клеточных оболочек, содержащих больше кальция, чем цитоплазма. |
| Потребность растений в азоте в течение вегетации меняется,
его требуется больше в первый период развития растений, когда образуются вегетативная масса и фотосинтезирующий аппарат. Поздние подкормки полевых культур поэтому могут оказать отрицательное действие, удлиняя период созревания растений и увеличивая содержание в них небелкового азота (сахарная свекла). |
| При недостатке азота растения плохо растут и развиваются, листья приобретают светло-зеленую окраску, иногда бывают оранжевого и красного оттенков (капуста, брюква), преждевременно
опадают, семена и плоды созревают раньше обычного. У злаков
отмечается слабое кущение, у плодовых - опадание завязи. |
| Признаки недостатка азота лучше всего выражены на нижних
листьях. |
| Фосфор. Входит в состав нуклеопротеидов, белков клеточного ядра, фосфатидов и фитина. От содержания его в растениях в
большой степени зависят ассимиляция и диссимиляция, поскольку сложный механизм многих ферментных процессов невозможен
без реакции фосфорилирования. |
| При недостатке фосфора растения плохо растут, молодые листья приобретают красно-фиолетовый оттенок.
Особенно заметно влияет на урожай недостаток доступного
фосфора в первый период развития растений. Хорошее снабжение
фосфором зерновых культур ускоряет их созревание. При общем
увеличении урожая значительно повышается и качество продукции (содержание сахара в сахарной свекле, крахмала в клубнях картофеля). |
| Калий. Важнейший элемент почвенного питания растений.
В отличие от азота и фосфора он не входит в органические образования растительной клетки. Недостаток его в почве резко угнетает
рост и развитие растений. Находясь в них в форме катиона К+, он
регулирует важнейшие физиологические процессы, поддерживая
высокую активность цитоплазмы. Особенно много калия в молодых активно растущих органах растения. С возрастом происходит
его отток из старых органов в более молодые. Калий усиливает
процессы образования углеводов и белков, зимостойкость озимых
культур, повышает качество растительной продукции (зерно, плоды, волокно). |
| Недостаток калия обусловливает изменение окраски листьев:
она становится темно-зеленой с голубоватым и бронзовым оттенком. На листьях можно наблюдать отмершие бурые участки, листья часто морщинисты. Из-за укорачивания междоузлий они расположены на побеге более тесно. Часто недостаток калия сказывается на снижении тургора, листья вянут и поникают. Указанные
признаки характерны сначала для нижних листьев, но постепенно
распространяются и на более молодые. |
| Кальций. Необходим для нормального роста надземных органов и корней растений. При недостатке его в почве плохо развивается корневая система, особенно ее активная часть - окончания корней и корневые волоски, в растениях накапливается ряд вредных для них элементов. |
| При недостатке кальция задерживается рост вновь образующихся листьев, на них появляются светло-желтые пятна (хлороз),
потом листья отмирают, а старые остаются нормальными. |
| Магний. Физиологическая роль магния заключается в том,
что он входит в состав хлорофилла. Чаще всего недостаток магния
растения испытывают на легких кислых почвах. |
| При магниевом голодании зеленая окраска листьев постепенно
переходит в желтую, красную и фиолетовую. Крупные жилки листа остаются зелеными, между ними участки листа изменяют окраску. Задерживается прохождение отдельных фаз развития растений. Часто вследствие повышенного содержания воды листья становятся очень ломкими. |
| Сера. Входит в состав многих растительных белков. Кроме
того, она содержится в некоторых растительных маслах.
Недостаток серы вызывает хлороз листьев, усиление их деревянистости, а также черешков. Стебли удлинены. |
| Железо. Участвует в окислительно-восстановительных процессах, протекающих в растении. Хлороз (обесцвечивание листьев), наблюдающийся при недостатке железа, свидетельствует об
участии его в образовании хлорофилла. Но железо не входит в состав последнего.
Хлоротичны обычно верхние молодые листья, нижние же листья, как правило, нормальной зеленой окраски. |
Питание растений. |
| Это сложный процесс поступления отдельных биогенных элементов из воздуха (например, при ассимиляции диоксида углерода листьями в процессе фотосинтеза) и поглощения основной массы доступных минеральных солей через
корневую систему из раствора и твердой фазы почвы. Сложность
регулирования и оптимизации процесса питания растений и обмена веществ заключается в том, что он находится в тесной взаимосвязи с погодно-климатическими условиями, которые не всегда
можно регулировать (температурный режим воздуха и почвы,
аэрация, водообеспечение, относительная влажность воздуха и др.). От этих же условий в значительной мере зависит и содержание в почве питательных веществ в доступной для поглощения растениями форме. |
| Мобилизация или иммобилизация отдельных питательных элементов в почве в существенной мере определяется активностью и
направленностью химических, физико-химических и микробиологических процессов, а также биологическими свойствами самого растения, динамикой поглощения отдельных катионов и анионов в период вегетации культуры. |
| Все зольные элементы практически полностью потребляются
растениями из почвы, поэтому оптимизация их содержания в почве в доступной для растений форме - одна из важнейших задач агрохимии. |
| Существует автотрофный и симбиотрофный (микотрофный и
бактериотрофный) типы питания растений. В большинстве случаев у растений преобладает автотрофный тип питания (от греч. trophe - пища), т. е. самостоятельное обеспечение неорганическими элементами, азотом почвы и диоксидом углерода, из которых синтезируются органические вещества. Автотрофные организмы не нуждаются в поступлении извне готовых органических
веществ, а в процессе углеродного питания (фотосинтеза) из углерода (СО2) воздуха осуществляют их первичный синтез, т. е. заново создают органические соединения.
При симбиотрофном типе питания высшее растение тесно сожительствует с другими организмами (симбионтами). При этом типе питания происходит взаимное использование продуктов обмена веществ для питания. |
| При симбиозе высшего растения с грибами устанавливается
микотрофный тип питания. Микориза гриба обеспечивает высшее
растение водой, растворенными в ней минеральными солями и
другими веществами, грибы же используют углеводы и другие
органические соединения, синтезируемые высшим растением. |
| При бактериотрофном типе питания осуществляется симбиоз,
например, клубеньковых бактерий (ризобиум) с бобовыми растениями. При создании оптимальных условий, обеспечивающих эффективный симбиоз, биологическая фиксация азота достигает нескольких сотен килограммов на один гектар в год. Определение
оптимального соотношения биологического и технического азота
позволяет правильно сбалансировать круговорот этого элемента в
земледелии и не вызвать нарушения равновесия в окружающей
среде, т. е. более успешно решать экологические проблемы агрохимии азота. |
| Растение питается через корни и листья. Различают два типа
питания: воздушное и корневое. Воздушное питание (фотосинтез)
это ассимиляция зелеными листьями диоксида углерода из атмосферы, корневое питание - усвоение корнями растений из почвы
воды и различных ионов минеральных солей, а также незначительного количества некоторых органических веществ. |
| Эти два вида питания растений тесно взаимосвязаны. Например,
при недостатке питательных веществ в почве задерживается образование органических соединений в листьях, что, в свою очередь, тормозит рост и развитие растений, снижает их продуктивность. |
| Применение удобрений позволяет предотвратить или смягчить
воздействие различных стрессов на растения, повышая их приспособляемость к неблагоприятным условиям, засухо- и морозоустойчивость, восприимчивость к болезням. |
| Основы агрохимии: |
| Питание растений и методы его регулирования. |
| Химическая мелиорация почв. |
| Органические удобрения. |
| Минеральные удобрения: |
|
