Лекція № 2

Тема: Хімічний склад і живлення рослин

План:

1. Хімічний склад рослин 1

2. Некореневе живлення рослин 9

3. Кореневе живлення рослин 11

4. Вплив умов зовнішнього середовища і мікроорганізмів на засвоєння рослинами поживних речовин 15

5. Динаміка засвоєння поживних речовин рослинами 21

Запитання для самоконтролю 23

Література:

1. Агрохімія. За ред.М.М.Городнього.- К.: ”Вища школа”, 1995, с. 198-239.

2. Агрохімія. Карасюк І.М. і ін.- К.: „Вища школа”, 1991, с. 17-36.

3. Агрохімія. Карасюк І.М. і ін. - К.: „Вища школа”, 1995, с.21-47.

1. Хімічний склад рослин

Хімічний склад рослин — це комплекс речовин (від мінераль­них солей до високомолекулярних органічних сполук) у їх орга­нізмі. Знання хімічного складу рослин надзвичайно велике, оскіль­ки дає змогу об'єктивно оцінити родючість грунтів, кількість та якість рослинної продукції і при необхідності змінити їх у ба­жаному напрямі.

Вміст води і сухих речовин у рослині. Рослини складаються з води і сухих речовин. Вміст води і сухих речовин у рослинах не­однаковий. Так, якщо у зерні хлібних злаків міститься лише 12-15% води і 85—88% сухих речовин, то у коренеплодах буряків та бульбах картоплі відповідно 75-80 і 20-25 %, у плодах по­мідорів та огірків — 94-96 і 4-6 %, тобто їх вміст залежить від групи сільськогосподарських культур, до якої вони належать, віку, умов вирощування тощо.

Вода переважно знаходиться в клітинах рослин і сприяє про­ходженню біохімічних реакцій, забезпечує нормальну життєдіяль­ність рослин. Вона є джерелом водню і кисню, що входять до складу органічних сполук, транспортує поживні речовини від коренів до листя, підтримує стан тургору в клітинах та тканинах рослин.

Рослини використовують велику кількість води, значна части­на якої витрачається на випаровування. Наприклад, на створення 1 кг сухої речовини рослини витрачають таку кількість води, кг: пшениця — 350-400, ячмінь — 300-450, овес — 450-500, просо — 220-260, кукурудза — 200-250, сорго — 180-200, картопля — 400-450, соняшник—470-520, цукрові буряки — 200-250. Тому забезпечення рослин оптимальною кількістю води —одна з основ­них умов вирощування високих врожаїв сільськогосподарських культур та підвищення ефективності добрив.

Сухі речовини. Вихід сухих речовин з товарною частиною вро­жаю основних сільськогосподарських культур коливається від 15 до 100 ц/га і більше. Якщо суху речовину рослин помістити в му­фельну піч і нагріти до

500 °С, то її маса значно зменшиться внас­лідок згоряння органічної частини. При цьому залишається" лише сира зола, що становить близько 5 % сухих речовин. На частку органічної частини припадає близько 95% сухих речовин. Це вуг­леводи (сахари, крохмаль, клітковина, пектинові речовини), жири, білки та інші азотисті сполуки.

Вміст органічних сполук у рослинах. Сільськогосподарські куль­тури вирощують для одержання продукції з певним вмістом білків, вуглеводів, жирів, вітамінів та інших речовин. Якісний склад уро­жаю залежить від вмісту в ньому органічних та мінеральних спо­лук. Так, якість цукрових буряків оцінюють за вмістом у коре­неплодах цукру, бобових культур — за вмістом у зерні білка, со­няшника — за вмістом у насінні жиру тощо.

У складі рослинних білків нараховується двадцять амінокис­лот та два аміди. Серед рослинних білків важливе значення мають незамінні амінокислоти, які не синтезуються в організмах людини і тварин (валін, гістидин, лейцин, ізолейцин, лізин, метіонін, треонін, триптофан, фенілаланін). В організми людей і тварин вони надходять лише з білками рослинних харчових продуктів та кор­мів. Нестача навіть однієї з них гальмує синтез повноцінних біл­ків, пригнічує розвиток організму, викликає різні захворювання, а іноді і загибель.

Сільськогосподарські культури різняться між собою не лише вмістом білків, а й складом амінокислот, розчинністю, перетравлюваністю тощо. За цими показниками, як правило, оцінюють якість продукції рослинництва.

Установлено; що переважна кількість азоту, яка засвоюється рослиною, входить до складу білків. Проте в деяких рослинах, зокрема в бульбах картоплі, коренеплодах, овочах, значна кіль­кість азоту перебуває у небілкових азотистих мінеральних (ніт­рати, амоній) та органічних (вільні амінокислоти, аміди, пептиди тощо) сполуках. Тому під час оцінки якості сільськогосподарської продукції часто враховують такий показник, як вміст сирого про­теїну, тобто кількість білка та небілкових азотистих сполук. Вміст сирого протеїну визначають множенням процентного вмісту за­гального азоту в рослинах на коефіцієнт 6,25 (за основу беруть середню кількість азоту в білках (16%) і небілкових сполуках).

Цінність зерна пшениці визначають за вмістом сирої клейко­вини, яка є важливим показником хлібопекарських якостей борош­на. Сира клейковина складається з речовин, що містяться в ендо­спермі зернівок пшениці. ЇЇ добувають у вигляді еластичної маси після тривалого промивання тіста водою. До 88 % сухої клейко­вини становлять білки, решту — жири, сахари, крохмаль, клітко­вина та мінеральні речовини. Кількість і якість клейковини зале­жать від сорту рослин та умов їх вирощування, зокрема, від умов живлення.

Вміст сирого протеїну і сирої клейковини в зерні пшениці знаходиться у певній залежності. Кількість сирої клейковини можна визначити множенням процентного вмісту сирого протеїну в зер­ні на коефіцієнт 2,12.

Вуглеводи — органічні речовини, що складаються з вуглецю, водню і кисню. За розміром молекул і властивостями їх поділя­ють на прості (моносахариди) і складні (полісахариди). До мо­носахаридів належать цукри. Вони знаходяться у невеликих кіль­костях в усіх сільськогосподарських рослинах, а в коренеплодах, окремих органах овочевих культур, винограді, ягодах і фруктах нагромаджуються в значних кількостях. Серед цукрів переважають глюкоза і фруктоза, що надають солодкого смаку багатьом про­дуктам, рослинництва.

Глюкоза С₆Н₁₂О₆ в значній кількості (8-15%) міститься у плодах винограду, звідки і походить назва „виноградний цукор”. Майже половина загальної кількості цукрів у плодах і ягодах припадає на глюкозу.

Фруктоза С₆Н₁₂О₆ — фруктовий, або плодовий, цукор, що у значній кількості нагромаджується в плодах кісточкових (6-10%). Вона в 2,5-3 рази солодша за глюкозу і в 1,5 рази — за сахарозу; є основною складовою частиною бджолиного меду.

Полісахариди поділяють на цукроподібні, або олігосахариди, та нецукроподібні, або високополімерні, сахариди. До олігосахаридів належить сахароза С₁₂Н₂₂О₁₁—вуглевод з групи дисахари­дів, що в природі зустрічається лише в рослинах. Найбільше са­харози міститься в коренеплодах цукрових буряків (14-22%) і стеблах цукрової тростини (11-25%). Тому їх вирощують для виробництва цукру. Значна кількість сахарози міститься в плодах і ягодах, а також у моркві, столових буряках, цибулі та інших овочах. Високополімерні полісахариди — складні сполуки, що від­значаються високим вмістом залишків молекул моносахаридів (крохмаль, клітковина, пектини тощо).

Крохмаль (С₆Н₁₀О₅)_n — один з найважливіших харчових про­дуктів для людини і тварин, резерв поживних речовин у більшості рослин. Він утворюється в процесі фотосинтезу в листках зелених рослин і надходить в інші органи — насіння, плоди, корені, буль­би, де відкладається у вигляді крохмальних зерен.

Найбільше крохмалю міститься з перерахунку на суху масу в бульбах картоплі (70-80%), в зернах рису (62-86%), пшениці (57-75%) і кукурудзи (62-70%). Для харчових цілей крох­маль переважно одержують з бульб картоплі і зерна кукурудзи.

Клітковина, або целюлоза, (С₆Н₁₀О₅)_n — вуглевод, що стано­вить основну масу клітинних оболонок, зумовлюючі їх механічну міцність та еластичність. Так, волокно бавовнику на 95-98%, льо­ну, конопель на 80^-90% складається із клітковини. Насіння плів­частих злаків (вівса, рису, проса) містить 10-15% клітковини, зернобобових культур — 3-5, хлібних злаків — 2-3%. У вегета­тивних органах рослин вміст клітковини становить 25-40% сухої маси.

Пектинові речовини містяться переважно в плодах, коренепло­дах і рослинних волокнах. У шкірці плодів цитрусових, яблук, кор­мових кавунів вони становлять до 30% сухої маси. Пектинові ре­човини використовують у харчовій промисловості при виготовленні мармеладу, джемів, сирів, цукерок, хлібопекарських виробів, осад­женні казеїну з молока, а також у фармакології.

Жири — складні ефіри триатомного спирту гліцерину з різними жирними кислотами (олеїновою, лінолевою, ліноленовою, пальмі­тиновою, стеариновою). До складу рослинних жирів входять вуг­лець (75-79%), водень (11-13%) і кисень (10-12%). За енергетичною цінністю рослинні жири перевищують вуглеводи.

Рослинні жири одержують із насіння олійних культур. Розріз­няють справжні олійні культури — соняшник, ріпак, кунжут, рижій, гірчиця, льон олійний, рицина тощо, і культури, з яких до­бувають олію як побічний продукт — бавовник, льон-довгунець, коноплі та ін. Цінними олійними культурами є соя та арахіс, що характеризуються також високим вмістом білків.

Вміст олії в насінні різних рослин неоднаковий і залежить від сорту, удобрення та району вирощування. Так, насіння соняшни­ку, ріпака, кунжуту, арахісу містить 40-60 % олії, льону, ри­жію — 25-45, сої — 15-25%.

Якість рослинної олії залежить від вмісту жирних кислот, що різняться між собою насиченістю киснем. Чим менший вміст кис­ню, тим вища енергетична цінність олії. Лінолева та ліноленова жирні кислоти містяться лише в рослинній олії і є незамінними для людини, оскільки не синтезуються в її організмі.

Цінність продукції сільськогосподарських культур визначається також вмістом інших органічних сполук — вітамінів, алкалоїдів, ефірних масел тощо. Хімічний склад продукції сільськогосподар­ських культур залежить від багатьох факторів, серед яких най­важливішим є живлення. Застосуванням відповідних добрив мож­на змінювати хімічний склад рослин у бажаному напрямі. Так, при внесенні азотних добрив підвищується вміст білка в урожаї, а при внесенні фосфорних і калійних — інтенсивніше нагромаджу­ються крохмаль та сахари. Водночас надмірне незбалансоване живлення азотом призводить до нагромадження в продуктах хар­чування та кормах нітратів І нітритів, що можуть викликати за­хворювання людей і тварин. Тому після застосування мінеральних добрив повинен проводитися контроль хімічного складу врожаю, що є одним з важливих завдань агрохімічної служби.

Вміст хімічних елементів у рослинах і винос їх з урожаєм. Ор­ганічна частина сухої речовини рослин складається переважно з чотирьох органогенних елементів: вуглецю, на частку якого при­падає 45% маси сухої речовини, кисню — 42, водню — 6,5 і азо­ту - 1,5%. Елементи, що залишаються після спалювання рослин, називаються зольними. Вони становлять близько 5% сухої речовини, хоч їх число може перевищувати 70. Відомо, що лише двад­цять із них необхідні для життєдіяльності рослин, а дванадцять — вважаються умовно необхідними. До необхідних елементів нале­жать такі, які не можуть бути замінені іншими і без яких росли­ни не здатні повністю закінчити цикл свого розвитку (С, О, Н, N, Р, К, Na, Ca, Mg, S, Fe, СІ, В, Cu, Mn, Zn, Mo, W, Co, I). Дані багатьох досліджень свідчать про позитивну дію ще дванадцяти елементів, які вважають умовно необхідними (Si, Al, F, Li, Ag, Sr, Cg, Ті, Pb, Cr, Ni, Se) (Б. А. Ягодін, 1982).

Елементи живлення нагромаджуються в рослинах у різних кількостях. У зв'язку з цим їх умовно поділяють на макро- та мік­роелементи.

До макроелементів належать елементи, що входять до складу рослин у відносно великій кількості — від сотих часток процента до кількох процентів маси сухої речовини (N, Р, К, Ca, Mg, S), до мікроелементів — елементи, що входять до складу рослин у значно меншій кількості — не більш як тисячної частки процента (В, Mn, Cu, Zn, Mo, Fe, Co та ін.).

Такий умовний поділ елементів характеризує їх роль і значен­ня у житті рослин не повністю, оскільки кожен з них має своє фізіологічне значення і не може бути замінений іншим. Тому не­стача або лишок будь-якого з них призводить до порушення життєдіяльності рослин. Наприклад, однією з причин зниження ефек­тивності добрив в умовах інтенсивної хімізації і зменшення темпів підвищення врожайності сільськогосподарських культур є недо­статня забезпеченість рослин необхідними мікроелемента­ми. Проте слід пам'ятати, що підвищені концентрації мікроеле­ментів призводять до пригнічення їх розвитку і навіть до отруєння.

Вміст деяких елементів у рослинах залежить від біологічних і сортових особливостей культури, грунтово-кліматичних умов, системи удобрення та інших факторів і тому є не сталою вели­чиною. Різні органи рослин також характеризуються неоднако­вим вмістом елементів. Так, вміст азоту і фосфору значно вищий в основній продукції врожаю — зерні, коренеплодах, бульбах, ніж у побічній—соломі, гичці тощо. Калію, навпаки, більше містить­ся у побічній продукції врожаю, ніж у товарній (див. табл. 1).

Потребу рослин в елементах живлення визначають за допомо­гою хімічного аналізу. Вміст цих елементів у біомасі рослин, тоб­то в надземних органах і кореневій системі, характеризує загаль­ну їх потребу в елементах живлення. Це — біологічний винос.

Кількість елементів живлення, що знаходяться в основній І по­бічній продукції врожаю,— це господарський винос.

Потребу сільськогосподарських культур в елементах живлення, як правило, визначають за показниками господарського виносу (табл. 2). У певних грунтово-кліматичних умовах господарства користуються даними обласних проектно-пошукових станцій хімі­зації. При цьому слід враховувати, що бобові рослини засвоюють 80-65 % азоту з повітря і лише 35-40 % — з грунту.

Кількість елементів живлення, що знаходяться в основній і по­бічній продукції врожаю,— це господарський винос.

Потребу сільськогосподарських культур в елементах живлення, як правило, визначають за показниками господарського виносу (див.табл. 1). У певних грунтово-кліматичних умовах господарства користуються даними обласних проектно-пошукових станцій хімі­зації. При цьому слід враховувати, що бобові рослини засвоюють 60-65 % азоту з повітря і лише 35-40 % — з грунту.

Таблиця 1. Вміст азоту, фосфору і калію в основній і побічній продукції

сільськогосподарських культур, %

(за П. М. Смирновим, Е. А. Муравіним, 1988)

Культура	Продукція	N	р2о5	К2о
У сухій речовині
Озима пшениця	Зерно Солома	2,80 0,45	0,86 0,20	0,50 0,80
Ячмінь	Зерно Солома	2,10 0,50	0,85 0,20	0,55 1,00
Кукурудза	Зерно Солома	1,91 0,75	0,57 0,30	0,37 1,64
Горох	Зерно Стебла	4,50 1,40	1,00 0,35	1,25 0,50
Льон	Насіння Солома	4,00 0,62	1,35 0,42	1,00 0,97
Соняшник	Насіння Уся рослина	2,61 1,50	1,39 0,76	0,96 5,26
У сирій масі
Картопля Цукрові буряки	Бульби Картоплиння Коренеплоди Гичка	0,32 0,30 0,24 0,35	0,14 0,10 0,08 0.10	0,60 0,85 0,26 0.50

Винос елементів живлення рослинами з одиниці площі збіль­шується з підвищенням їх урожайності. Однак при вищій урожай­ності витрати поживних речовин на формування одиниці врожаю, як правило, зменшуються. Різні культури виносять неоднакову кількість азоту, фосфору та калію. Із табл. 2 видно, що в урожаї зернових культур співвідношення N : Р₂О₅: К₂О становить 2,0-3,0:1:2,0-2,6. Так, цими культурами азоту в середньому вико­ристовується майже в три рази, а калію в 2,5 рази більше, ніж фосфору. Цукрові буряки виносять азот, фосфор і калій у спів­відношенні 3,3:1:3,8, помідори — 3,4:1:4,4. Залежно від умов вирощування культури співвідношення NРК також змінюється.

Дослідженнями встановлено, що за сприятливих грунтово-кліматичних умов при високому рівні технології вирощування дося­гається більш економне споживання рослинами елементів живлення на одиницю врожаю. Якщо відомо винос основних елементів живлення на одиницю врожаю тієї або іншої культури, то можна розрахувати потребу цих елементів для вирощування заплано­ваного врожаю.

Таблиця 2. Винос поживних речовин урожаєм сільськогосподарських

культур, кг/т продукції (за А. О. Христенко, Л. П. Головіною, 1991)

Культура	Винос поживних речовин з продукцією									Відношення побіч.продук. до основної
	Основною			Побічною			Основною з урахуванням побічної
	N	Р2О5	К2О	N	Р2О5	К2О	N	Р2О5	К2О
Оз.пшениця	20,7	7,4	4,9	5,1	1,6	9,9	28,9	10,0	20,7	1,6
Оз.жито	17,4	7,5	5,4	5,6	2,2	11,0	27,8	11,7	26,4	1,9
Оз.ячмінь	17,0	8,3	4,9	6,0	2,0	13,6	24,7	10,9	22,6	1,3
Яр.ячмінь	8,4	7,6	5,3	6,6	2,3	13,9	26,2	0,4	22,0	1,2
Овес	8,9	8,3	5,1	5,2	2,8	17,9	27,2	12,7	3,7	1,6
Ку-дза на з.	15,3	5,9	4,2	6,9	2,1	14,2	24,1	8,6	22,4	1,3
Просо	19,4	4,9	4,1	9,1	2,0	25,9	33,9	8,1	45,5	1,6
Гречка	17,7	5,9	7,1	9,7	4,1	16,4	36,1	13,7	38,3	1,9
Рис	10,5	6,4	4,6	6,0	2,6	14,7	17,3	9,3	21,2	1,1
Горох	3,4	8,4	13,0	1 0,0	2,3	13,6	44,4	12,5	28,0	1,1
Льон	5,4	2,1	10,1	38,9	15,0	11,6	61,6	19,9	63,3	0,6
Ц.буряки	2,07	0,76	2,22	3,48	0,86	4,42	4,23	1,29	5,0	0,62
Соняшник	23,7	10,4	8,4	8,7	3,1	43,6	42,8	17,2	104,3	2,2
Картопля	3,7	1,1	5,5	3,7	0,9	4,6	5,6	1,6	7,8	0,5
Ку-дза сил.	3,15	1,14	4,23
К.буряки	2,12	0,55	3,18	4,63	0,94	4,08	3,69	0,86	4,56	0,34
Од.трави	20,0	6,0	20,7
Баг.трави	23,2	5,3	20,1

Залежно від кліматичних, ґрунтових та агротехнічних умов ви­рощування вміст елементів живлення в рослинах значно колива­ється. За даними польових дослідів агрохімічної служби України виявлено географічну залежність хімічного складу рослин. На­приклад, вміст азоту в зерні озимої пшениці збільшується від зони Полісся (дерново-підзолисті грунти) до зони Степу (темно-каш­танові грунти). Зміна кількості азоту спостерігається також за­лежно від типу грунтів. Так, вміст азоту в зерні, вирощеному на бідних підзолистих та опідзолених грунтах, менший, ніж у зерні вирощеному на чорноземах Лісостепу та Степу. При внесенні мі­неральних добрив кількість азоту зростає.

Вміст фосфору дещо менший у зерні, вирощеному на чорнозе­мах, ніж у зерні, вирощеному на підзолистих та опідзолених грун­тах. Вміст калію в соломі значно вищий у зоні Степу, ніж в інших природно-кліматичних зонах. Мінеральні добрива підвищують вміст його в соломі і практично не підвищують у зерні.

Природно-кліматичні умови, тип грунту, рівень внесення міне­ральних добрив впливають на вміст поживних речовин і в інших рослинах. Тому при розрахунках виносу поживних речовин уро­жаєм треба користуватись показниками вмісту поживних елемен­тів, визначених безпосередньо в конкретних умовах. Якщо такі дані одержати не можна, то користуються довідковою літературою.

Мікроелементи виносяться з урожаєм сільськогосподарських культур в значно менших кількостях — десятки або сотні грамів з одного гектара. Тому потреба в мікроелементах часто компенсується за рахунок наявності їх у грунті, органічних добривах та запасів у насінні. Наприклад, з урожаєм різних культур міді ви­носиться 7-170 г/га, бору — від 300 г/га до 4,5 кг/га, проте на грунтах з низьким вмістом рухомих форм мікроелементів сільсько­господарські культури можуть відчувати їх нестачу. Внесення мікроелементів з добривами сприяє підвищенню врожайності і поліпшенню якості сільськогосподарської продукції.

Під час живлення сільськогосподарські культури найчастіше і найбільше відчувають нестачу в забезпеченості азотом, фосфором та калієм. Тому ті елементи належать до головних елементів жив­лення і їх насамперед вносять у грунт з добривами. Однак для забезпечення збалансованого живлення рослин слід застосовувати й інші макро- і мікроелементи.

Хімічний аналіз рослин. Хімічний склад рослин досить різнома­нітний. Тому хімічний аналіз їх проводять для вирішення прак­тичних і наукових питань, пов'язаних із застосуванням добрив. За допомогою хімічного аналізу можна визначити хімічний склад рослин у будь-який період їх росту, що дає змогу швидше І точ­ніше оцінити стан і потребу в елементах живлення, визначити родючість грунту та фізіологічну доступність поживних речовин на певному полі.

Аналізуючи рослини, треба знати критичні рівні в них елемен­тів живлення у певні фази їх розвитку. Якщо аналізи проводять у перші фази розвитку рослин, то нестачу окремих елементів мож­на компенсувати підживленням культур. Результати аналізу, отримані в кінці вегетації, використовують для уточнення системи удобрення наступних культур, які висіватимуть на даному полі.

Хімічний аналіз рослин дає змогу контролювати й оперативно впливати на формування якості сільськогосподарської продукції. Так, посилене азотне живлення пшениці в період колосіння — цві­тіння є важливим заходом для поліпшення якості зерна. Після підживлення посівів азотними добривами вміст білка підвищуєть­ся на 1-2%, а клейковини — на 2,5% і більше.

Між умовами, що визначають рівень урожаю та поліпшення його якості, існує складний зворотний зв'язок. Потреби в живлен­ні рослин для формування високого врожаю не збігаються за ча­сом (онтогенезом) з потребами їх для формування продукту ви­сокої якості.

За допомогою хімічного аналізу можна своєчасно виявити під­вищення концентрації шкідливих речовин у рослинах і запобігти нагромадженню їх у сільськогосподарській продукції понад гранично допустимі концентрації.

Повернутися до плану