Минеральное питание растений

2.10. Необходимые для растений элементы минерального питания

Минеральное питание, как фотосинтез, является уникальным свойством растений. Эти две важнейшие функции определяют автотрофность растительного организма, строить свое тело из неорганических веществ. Отмечают, что управление корневым питанием растений легче, чем регулирование воздушного питания – усвоения СО₂ и внимание физиологов издревле приковано к оптимизации питания растений минеральными веществами, их соотношение в питательных растворах, поступлению макро- и микроэлементов по фазам роста и развития.

Д.А.Сабинин (1965) создал школу физиологов минерального питания, внес большой вклад в изучение поглотительной деятельности корня и создании концепции круговорота веществ в растении. Большое значение минеральным удобрениям придавал Д.Н.Прянишников (1963) – основоположник агрохимии в России. Он разработал план развития производства минеральных удобрений в стране и размещения тукопроизводящих химических комбинатов.

Содержание и необходимость питательных веществ

Растения поглощают из почвы многие элементы периодической системы Д.И.Менделеева. Они накапливаются в растениях и включаются в природный круговорот веществ.

Элементами минерального питания называются питательные вещества, необходимые для растительного организма. Элемент считается необходимым, если его отсутствие не позволяет растению завершить свой жизненный цикл; недостаток элемента вызывает специфические нарушения жизнедеятельности растения, предотвращаемые или устраняемые внесением этого элемента; элемент непосредственно участвует в процессах превращения веществ и энергии, а не действует на растение косвенно. Необходимость элемента устанавливают при выращивании растений на искусственных питательных средах – в водных и песчаных культурах.

Необходимые для высших растений элементы – 45% углерода, 6,5% водорода, 42% кислорода, макроэлементы – N, P, S, K, Ca, Mg (десятки – сотые доли %), - микроэлементы – Fe, Mn, Cu, Zn, B, Mo. Необходимы также Co, Na, Si, Cl. Четыре элемента – С, О, Н, N – называют органогенами; они составляют 95% сухой массы растительных тканей, 5% приходится на зольные вещества. Содержание золы зависит от вида и органа растений, условий выращивания. В семенах содержание золы составляет в среднем 3%, в корнях и стеблях – 4-5%, в листьях – 5-15%, в мертвых клетках древесины около 1%. Отмечают, что на богатых плодородных почвах и в сухом климате содержание зольных элементов больше.

2.11. Микроэлементы, их усвояемые формы, роль и функциональные нарушения при недостатке в растении

Микроэлементы – незаменимые питательные вещества. Независимо от их незначительного содержания (тысячные и стотысячные доли процента), недостаток микроэлементов вызывает серьезные физиологические расстройства и нередко приводит к гибели растений в раннем возрасте. Объясняется это тем, что микроэлементы главным образом функционируют в регуляторных системах клетки. Они выступают в качестве простетических групп ферментов или кофакторов – активаторов ферментов.

Обеспечение растений питательными веществами в полевых условиях

В естественном круговороте элементов необходимые для растений минеральные вещества поступают из почвы. Для восполнения выноса и естественного их запаса в почве вносят удобрения.

Минеральные вещества в фитоценозах и их круговорот в экосистеме

Между фитоценозом и почвой существует замкнутый круговорот элементов питания. Минеральные вещества, поглощаемые растениями, прямым путем или через пищевые цепи возвращаются в почву включенными в органические вещества, где они минерализуются сапрофитами и сорбируются почвенными коллоидами. Чем больше растения усваивают солнечной энергии и связывают ее в органические вещества, тем интенсивнее происходит почвообразовательный процесс и существенно улучшаются агрохимические свойства почвы. Растения извлекают корнями из глубоких почвенных слоев элементы питания. Их накопление в растительных остатках, поступающих в поверхностный слой, обогащает его усвояемыми соединениями и закрепляет легкоусвояемые элементы, т.к. азот и зольные компоненты растительных остатков по мере минерализации используются в последующем другими растениями. Кроме того, растительные остатки служат энергетическим материалом для микробиологических процессов почвы, в результате которых дополнительно фиксируется азот атмосферы, происходят восполнение и обновление гумуса почвы, а также увеличивается ёмкость ППК.

При высокой интенсивности минерализации первичные продукты лучше обеспечиваются нужными ионами и могут создавать большую массу. Слишком интенсивная минерализация или пониженное поглощение минеральных веществ растительным покровом, например после сжигания стерни, отрицательно сказывается на обмене минеральных веществ в экосистеме. В минерализованном виде эти вещества более доступны для растений, но они также более подвижны в почве и поэтому легко вымываются.

Фонд минеральных элементов, связанных в органических веществах биомассы и почвы, выполняют важную роль резерва. В функциональную систему «растения – микроорганизмы – почва» регулярно поступают минеральные вещества извне, в то же время она постоянно теряет их в результате геохимических процессов. Поэтому растения зависят не только от микробной минерализации в почве.

Источником поступления минеральных веществ служат подстилающая порода, вода и воздух. Минеральные вещества с грунтовой и капиллярной водой перемещаются в зону корней. Вода атмосферных осадков приносит на поверхность растений и в почву неорганические вещества, содержащиеся в атмосфере в форме газов – SO₂, оксида азота, NH₃ – пыли, тумана или аэрозоля. Растения улавливают эти вещества непосредственно из воздуха. Ежегодное поступление минеральных веществ – Cl, Na, Ca, S, K, Mg и N, - из атмосферы составляет 25-75 кг/га. Потеря минеральных веществ экосистемой происходит отчасти через атмосферу (ветровая эрозия), но прежде всего в результате вымывания из почвы.

С убранным урожаем поглощенные вещества из почвы выносятся. Например, с урожаем озимой пшеницы в 50 ц/га зерна с соломой из почвы отчуждается 162,5 кг азота, 57,5 кг фосфора и 100 кг калия. Из них в среднем 55% питательных веществ приходится на долю удобрений, 45% - на долю запасов почвы. Последнюю необходимо восполнить внесением удобрений, массой питательных веществ, запахиваемых корневыми и пожнивными остатками (Каюмов М.К., 1977).