2.13. Физиологические основы применения удобрений

Значительная роль в получении гарантированно высоких урожаев принадлежит минеральным удобрениям. Реализация потенциальной продуктивности сорта (гибрида) не возможна без внесения туков и органических удобрений.

Система удобрения – это программа удобрений в севообороте с учетом предшественников, плодородия почвы, климатических условий, биологических особенностей растений и сортов и др. Она разрабатывается с учетом круговорота веществ и их баланса в земледелии. Баланс питательных веществ учитывает поступление их в почву с удобрениями, суммарный расход на формирование урожая и непродуктивные потери из почвы. Она дифференцируется в процессе вегетации растений. Отмечают, что в условиях недостатка влаги фосфорные удобрения ослабляют вредное воздействие засухи за счет увеличения количества коллоидно связанной воды и повышения устойчивости коллоидов протоплазмы клеток. Кроме того, под влиянием фосфора снижаются потери воды на транспирацию в наиболее напряженные по водному балансу в полуденные часы. Растения имеют периоды максимального потребления питательных веществ. Для льна, конопли, яровых зерновых культур этот период имеет короткий срок, для картофеля, сахарной свеклы – более длительный. Имеются также «критические» периоды потребления элементов питания. В период прорастания семени растения очень чувствительны к недостатку фосфора, который способствует хорошему развитию корневой системы, в период интенсивного образования вегетативной массы – к недостатку азота. Потребность в элементах питания тесно связана с продолжительностью вегетации. Культуры и сорта с длинным периодом вегетации формируют значительно больше органического вещества, потреблять и большее количество элементов питания, чем растения с короткой вегетацией. Продолжительностью периода вегетации обусловлено не только общее потребление растениями элементов питания, но и характер, динамика их потребления. Ранние сорта картофеля с периодом вегетации до 100 дней к фазе цветения поглощают 88% азота, 66% - фосфора , 84% - калия от суммарного потребления; среднеспелые сорта потребляют 59% азота, 37% фосфора и 46% калия. К концу созревания в клубнях содржится до 80% азота, 90% - фосфора и 35% калия от потребленного за весь период вегетации NPK (Кулаковская Т.Н., 1990).

Некорневые подкормки восполняют недостаток питательных веществ в «критические» периоды роста. Они особенно эффективны, когда почва обеднена элементами питания из-за усиленного их вымывания или пониженной растворимости вследствие недостатка влаги, неблагоприятного значения рН почвенного раствора; низкие температуры почвы ослабляют поглощение через корни и тем самым повышают эффективность некоторых подкормок.

2.14. Особенности питания растений в беспочвенной культуре

Использование водной культуры в физиологических исследованиях позволило разработать метод выращивания растений на питательных растворах под названием гидропоника (“hydro” – вода и “ponos” – работа).

Гидропонный метод, в зависимости от среды размещения корневой системы, подразделяют на 3 группы: водная, субстратная, аэропонная культура.

Водная культура – субстрат отсутствует, корневая система погружается в питательный раствор. Имеет различные варианты; наиболее перспективна технология тонкослойной прочной культуры (ТПК).

Субстратная культура – корневая система развивается в твердой среде: торф, древесная кора, перлит, вермикулит, цеолит, песок, гравий, минеральная вата, полистирол и др. Субстрат укладывают в виде грядок или засыпают в полимерные контейнеры. Среда для выращивания растений без почвы должна быть твердой опорой поддержания растений в вертикальном положении, не вступать в реакцию с питательным раствором, иметь малую емкость поглощения, непрерывно снабжать корни водой и растворенными в нем питательными веществами, обеспечивать доступную аэрацию корневой системы.

С помощью автоматического устройства питательный раствор подается снизу в искусственный субстрат и после увлажнения опять стекает в резервуар. Уровень питательного раствора поддерживают на 3-4 см ниже поверхности субстрата, что снижает потерю воды испарением субстрата и предотвращает появление на нем водорослей и плесени. При поступлении питательного раствора происходит временное (на 10-15 мин) вытеснение воздуха, содержащегося в порах субстрата, но при стекании раствора все пространство между частицами субстрата снова заполняется воздухом. Питательный раствор образует вокруг частиц субстрата водные пленки, в которых растворены минеральные вещества. Достаточное количество воздуха и питательных веществ в зоне корневой системы обеспечивает быстрое их поступление и усвоение растениями. Частота подачи раствора зависит от величины частиц субстрата, фазы развития растений и времени их выращивания – зимне-весеннее, осенне-зимнее. В период высадки рассады раствор обычно подают два раза в день. По мере роста культур число подач раствора возрастает до 4-6 раз. Еженедельно проводят химический анализ питательного раствора и проводят регулирование его состава; один раз в месяц раствор полностью меняют. В этой группе методов широкое распространение получили выращивание растений на минеральной вате и торфе с периодической подачей питательного раствора капельной системой.

Аэропонная культура – подача питательного раствора к корням в виде тумана (аэрозоля). Она разработана в России в 1915 г (Арциховский В.). В настоящее время используют голландский вариант, при котором создают два слоя питательного раствора – аэрозоль поверхности и циркулирующий раствор у основания. Он обеспечивает непрерывную аэрацию и способствует быстрому корнеобразованию.

Питательный раствор должен содержать все элементы в усвояемой форме и быть физиологически уравновешенным. Общее содержание солей в питательном растворе не должно превышать 2-3 г/л.

Физиологически уравновешенный раствор – количество и соотношение ионов в растворе исключают их вредное влияние. Раствор обеспечивает нормальный рост, развитие и высокую продуктивность растений. Физиологически уравновешенный раствор лишен буферных свойств твердой фазы почвы. Учитывают разный характер взаимодействия ионов, исключают антогонизм смеси солей.

Антогонизм ионов проявляется как между разными ионами одной валентности – Na⁺ и К⁺, Na⁺ и NH₄⁺, так и между ионами разной валентности – К⁺ и Са²⁺, Na⁺ и Mg²⁺. Чем выше валентность, тем больше антагонистическое действие иона.

Синергическое действие иона – один из них усиливает действие другого. К, Са, Mg оказывают стимулирующее действие на поглощение анионов NO₃ и РО₄. Нитратные и фосфатные анионы благоприятно влияют на усвоение других элементов.

Аддитивность – это действие смеси солевых растворов, которые равно сумме действия отдельных компонентов. Осмотическое давление питательного раствора равно сумме парциальных давлений входящих в смесь солей.

Вода, пригодная для гидропоники, должна содержать не более 30 мг/л натрия, 0,3 мг бора, 50 мг/л хлора, количество бикарбонатных ионов не должно превышать суммы ионов Са и Mg. Благоприятная рН питательного раствора – 5,5-6,5; питательный раствор должен обладать определенной буферностью, т.е. способностью противостоять изменению реакции среды; хорошая аэрация питательного раствора; концентрацию питательного раствора меняют по мере роста и развития растений: интенсивное формирование листового аппарата требует увеличение азотного питания, цветение – фосфорно-калийного, старение – проявляется от преобладания в растворе аммиачной формы азота, особенно листьев нижних ярусов при обильном плодоношении. Для обеспечения более длительного плодоношения в питательный раствор нужно включать на 1 часть аммиачного азота 2 и более части нитратного.