Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Химический состав и минеральное питание растений. Учебное пособие
.pdf
КАЗАХСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ
АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Р.Е. Елешев, Р.Х. Рамазанова,
А.М. Балгабаев
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ
И МИНЕРАЛЬНОЕ ПИТАНИЕ РАСТЕ-
НИЙ
Алматы
2016
УДК 631.8 (075.8)
ББК 40.40я73
Е50
Рецензенты:
Сулейменов Б.У., доктор сельскохозяйственных наук, Казахский
научно-исследовательский институт почвоведения и агрохимии им.
У.Успанова
Атакулов Т.А., доктор сельскохозяйственных наук, профессор кафедры
«Агрономия» КазНАУ.
Каракальчев А.С. – кандидат сельскохозяйственных наук, профессор
зав.отделом ГУРНМЦ «Агрохимическая служба» РК
Елешев Р.Е., Рамазанова Р.Х., Балгабаев А.М.
Е50 Химический состав и минеральное питание растений:
//Учебное пособие – Алматы, Аль
ISВN 978-601-241-541-4
манах 2016. - 164 стр.
В учебном пособии рассмотрены вопросы химического состава сельскохозяйственных растений, содержания органических веществ в растениеводческой продукции, раскрыта роль основных элементов питания в жизни растений и особенности поступления питательных веществ
в растения. Представлены лабораторные методы определения содержания химических элементов в растениях, качественные реакции по определению основных органических компонентов растений, приведены методические рекомендации по проведению практических занятий.
Учебное пособие «Химический состав и минеральное питание растений» предназначено для студентов высших учебных заведений и колледжей аграрного профиля.
УДК 631.8(075.8)
ББК 40.40я73
Рекомендован к изданию УМС КазНАУ
от 18.02.15 г. Протокол №3
ISВN 978-601-241-541-4 © Елешев Р.Е.,
Рамазанова Р.Х.,
Балгабаев А.М., 2016
© Альманах, 2016
ВВЕДЕНИЕ
Растение строит свой организм из определенных химических элементов и состоит из сухого вещества и значительного
количества воды. Содержание химических элементов в растениях определяется генетической природой вида, сорта, возрастом растений и условиями выращивания.
Цикл развития растительного организма складывается из
отдельных периодов, которые существенно отличаются по
направленности и интенсивности обмена веществ. В процессе
роста и развития изменяются потребности растения к условиям
внешней среды, в частности к питанию. В связи с этим на каждом отдельном этапе развития растение использует продукты
фотосинтеза и элементы питания неодинаково. Причем развитие растений во времени, и процессы метаболизма имеют различную направленность в отдельные периоды развития и тесно
связаны между собой.
Классик естествознания К.А.Тимирязев утверждал, что «…
все искусство земледелия сосредоточено в одной точке – в питании растений» и регулирование его возможно путем применения удобрений.
Различные сельскохозяйственные культуры выращиваются для получения продукции с определенным содержанием органических веществ – белков, сахаров, клетчатки, витаминов
и других веществ. Получение высококачественной продукции
растениеводства – основная цель в условиях современного интенсивного и альтернативных направлений земледелия. Комплекс агрономических мероприятий повышает плодородие и
улучшает свойства почвы, создает оптимальные условия питания сельскохозяйственных культур с учетом их биологических
особенностей.
Правильное соотношение макро- и микроэлементов в удобрениях, вносимых под сельскохозяйственные культуры – реальный и эффективный путь регулирования качества сельскохозяйственной продукции.
Поэтому агроному важно знать, какого качества должна
быть продукция полезная для здоровья человека и как оптимизировать питание растений и их химический состав. Поступление и утилизация элементов минерального питания тесно свя-
3
заны с поглотительной способностью корня. Минеральное питание характеризуется динамикой содержания элементов питания в растениях во время вегетации; интенсивностью потребления каждого элемента; накоплением элементов питания
растениями в процессе вегетации, выносом элементов питания
с урожаем и коэффициентом использования элементов питания из удобрений.
Поэтому при составлении данного учебного пособия авторы руководствовались тем положением, что студент при изучении дисциплины должен знать химический состав и особенности минерального питания растений способы их регулирования; условия эффективного применения удобрений под различные сельскохозяйственные культуры с учетом почвенноклиматических условий и биологических особенностей культур.
4
РАЗДЕЛ 1.
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ РАСТЕНИЙ
1.1 Химические элементы в жизни растений
Средний элементарный состав растения на 95% представ-
лен четырьмя органогенами: углерод – 45%, кислород – 42%,
водород – 6, 5% и азот – 1, 5%. Остальные 5% приходятся на
так называемые зольные элементы, остающиеся в золе после
сгорания органической массы растения.
В числе зольных находится около 70 элементов из таблицы
Д.И.Менделеева, но на первом месте стоят фосфор, калий, сера, кальций, магний, железо. Все прочие элементы встречаются в очень малых количествах, поэтому их назвали микроэлементами, в отличие от вышеперечисленных макроэлементов
(таблица 1).
Таблица 1 – Среднее содержание химических элементов в молодых растениях (% к сухому веществу)
Химические
Количество
элементы
Углерод – С 42, 1 Кальций – Са 0, 6
Кислород – О 37, 9 Железо – Fe 0, 03
Водород – Н 6, 5 Марганец – Mn 0, 01
Азот – N 4, 3 Бор – B 0, 001
Сера – S 0, 3 Медь – Cu 0, 001
Фосфор – Р 0, 1 Цинк – Zn 0, 002
Магний – Mg 0, 3 Молибден – Мо 0, 0002
Калий – К 5, 5
Химические
Количество
элементы
Вес микроэлементов в сумме не достигает 1% золы или
0, 05% сухих веществ урожая. Функции каждого из элементов
строго специфичны, и ни один из них не может быть заменен
другим. Недостаток любого из них вызывает нарушение жизнедеятельности растительного организма и приводит к разрушению его органов и тканей. Из всех зольных элементов в
наибольшем количестве потребляется растениями калий, со-
5
держание которого в молодых органах растений составляет
около 5% в пересчете на сухое вещество.
Среди основных веществ растений находятся азот, входящий в состав белка, аминокислот, нуклеиновых кислот, хлорофилла; фосфор, имеющийся в составе нуклеиновых кислот и
фосфатидов; сера, содержащаяся во всех растительных белках;
магний, входящий в состав хлорофилла. Эти семь элементов
(С, О, Н, N, Р, S и Мg) являются основным строительным материалом, за счет которого растения создают свой организм.
Все остальные химические элементы необходимы для нормального обмена веществ в растениях.
Содержание кальция в растениях в тех же условиях выражается примерно раз в десять меньшей величиной. Наличие в
растении таких элементов, как марганец, бор, медь и цинк, не
превышает тысячных или десятитысячных долей процента (на
сухое вещество). Несмотря на это, содержание усвояемых
форм отдельных микроэлементов в почве в ряде случаев недостаточно для нормального роста растений. Внесение в почву
соответствующих микроэлементов оказывает большое влияние
на урожай.
По мере старения растений интенсивность поступления в
них азота и зольных элементов падает, хотя масса растения в
результате фотосинтетического процесса непрерывно возрастает. Например, в зрелых растениях пшеницы среднее содержание N и К в сумме для зерна и соломы составляет соответственно 1, 5 и 1%.
В составе растений обнаружены многие другие химические
элементы. В обычных условиях растения имеют в своем составе
такие элементы, как натрий, хлор, кремний. В незначительных количествах обнаружены также титан, алюминий, фтор,
йод, мышьяк, кобальт, никель, литий, барий, радий и другие.
Почти все химические элементы, встречающиеся в почве, могут быть обнаружены в составе растений. Некоторые из них
оказывают благоприятное влияние на произрастание растений
(таблица 2).
6
Таблица 2 – Химические элементы, положительно влияющие
на отдельные растения (по Смирнову П.М.)
Химические
элементы
Натрий – Na 0, 02-0, 03% в большинстве растений. В свекле до 4%
Хлор – Cl 0, 15-0, 20% в обычных условиях и до 6-9% на
Кремний – Si 0, 1-0, 6% (0, 2-1, 3% SiО2)
Титан – Ti от 20 до 100 мг/кг сухого вещества для большинства
Алюминий –
Al
Фтор – F от 10 до 100 мг/кг сухого вещества
Йод – I 0, 02-0, 03 мг/кг в обычных растениях; в большом
Мышьяк – As 0, 1-0, 6 мг/кг сухого вещества
Кобальт – Co 0, 01-0, 3 мг/кг сухого вещества
Никель – Ni 0, 03-2, 0 мг/кг сухого вещества
Литий – Li до 100 мг/кг сухого вещества (рапс, свекла, табак)
Барий – Ba от 20-30 до 1000 и более мг/кг сухого вещества в
Радий – Ra 10
Наличие по отношению к сухому весу растений
засоленных почвах
растений; накапливается главным образом в зеленых
листьях
около 20 мг/кг сухого вещества для большинства
растений; иногда в значительных количествах
накапливается в корнях
количестве в бурых морских водорослях – 0, 53% на
сырой вес
зависимости от содержания в почве
-12
– 10
-13
Сюда относится, например, натрий, который играет важную роль в питании свеклы и необходим для нормального ее
роста. Недостаток кобальта в почве хотя обычно и не сказывается на урожае растений, но вызывает заболевание скота при
поедании им сена и других кормов, полученных на бедных кобальтом почвах, а при недостатке йода наблюдаются частые
случаи заболевания людей базедовой болезнью (увеличение
щитовидной железы).
Химический состав растений несомненно зависит от состава почвы, на которой возделываются сельскохозяйственные
культуры. Но растительный организм не повторяет состава
почвы. Поглощение ионов разных элементов корнями, передвижение их в надземную часть. Включение их в состав органических веществ и общее накопление в растении носит избирательный характер. В качестве примера можно привести
7
сравнение элементного состава нескольких растений разных
биологических свойств, выращенных на одной и той же почве
(таблица 3).
Таблица 3 – Состав растений в разные годы на одной и той же
почве (по Петербургскому А.В.)
Культура N P2O5 K
Озимая
пшеница
Овес 0, 96-1, 43 0, 51-0, 62 0, 92-1, 16
Горох 1, 73-2, 22 0, 49-0, 68 0, 60-1, 17
Сахарная
свекла
0, 99-1, 23 0, 33-0, 42 0, 48-0, 83
0, 95-1, 27 0, 27-0, 43 0, 90-1, 85
2
O
Как видно из таблицы, овес накапливает фосфора и калия
больше, чем пшеница. В горохе почти в два раза больше азота,
чем в других культурах. В сахарной свекле примерно в два раза
больше калия, чем в остальных растениях, а содержание фосфора ниже, чем у злаков и гороха.
Еще более сильные различия в избирательной способности
у растений разных биологических групп. Например, в золе
клубней картофеля находится 60-74% калия, зола пшеницы
содержит 49% фосфора, в золе клеверного сена содержится до
35% кальция, зола корнеплодов редьки содержит около 25%
серы, в сельдерее накапливается до 16% хлора, в чайных листья обнаруживается до 28% алюминия.
Большинство минеральных элементов, к примеру азот,
фосфор, сера, магний, кальций, находящихся в почвенном
растворе в виде минеральных солей, после поступления в растение переходит в нерастворимые в воде органические соединения. Вследствие этого до полного прекращения роста (до созревания) у растения не может наступить равновесия между
ним и почвой.
Калий же находится в клетках в воднорастворимом состоянии и удерживается внутри растения днем, ночью же может
выделяться через корни. Потребность в натрие у растений выражена меньше, чем в калие и его поглощается меньше. В клеточном соке растения и в почвенном растворе устанавливается
8
подвижное равновесие: сколько его поступает через корни,
столько же его выделяется ими в почву.
В высших растениях химические элементы распределяются неравномерно. Так у злаков азота, фосфора, серы, магния
содержится больше в зерна, чем в соломе, а калий, кальций
железо – в соломе. Микроэлементов обычно содержится больше в вегетативных органах растений, чем в репродуктивных.
1.2 Агрохимия элементов питания растений
УГЛЕРОД. Воздушное питание зеленых растений заклю-
чается в том, что из углекислоты, которую растения получают
из воздуха листьями и воды поглощаемой корнями из почвы
при участии энергии солнечного луча образуются простые безазотистые органические вещества. Аккумуляция растениями
солнечной энергии осуществляется с помощью хлорофилла,
который составляет 0, 6–1, 2% от веса сухого листа.
Процесс их образования можно представить схематически
следующим уравнением:
6СО
+ 6Н2О = С6Н12О6 + 6О2
2
Выделяющийся при фотосинтезе кислород обязан своим
происхождением не разложению двуокиси углерода, а фотолизу воды, водород которой участвует в синтезе углеводов. Образующаяся при этом из гидроксилов (ОН) воды нестойкая перекись водорода (Н
) разрушается ферментом каталазой с вы-
2О2
делением кислорода и воды.
Таким образом, из углерода углекислоты, водорода и кислорода воды образуются простейшие сахара (монозы), а часть
кислорода выделяется в окружающую атмосферу. Первым
устойчивым продуктом фотосинтеза являются простые сахара,
из которых в растениях образуются другие безазотистые соединения, важнейшие составные части урожая сельскохозяйственных растений – сложные углеводы, белки, жиры и другие.
Основными формами углеводов, которые откладываются
как запасные вещества в организме растения, являются крахмал, инулин, сахароза.
9
В виде растворимых сахаров углеводы передвигаются
внутри растения и используются для синтеза всех его составных частей.
При уплотнении двух части простых сахаров образуется
сахароза:
2С
6Н12О6
– Н2О = С12Н22О11.
В результате уплотнения большого количества простых сахаров образуются крахмал и клетчатка:
nС
6Н12О6
– nН2О = (С6Н10О5)
n
Процессу синтеза белка предшествует образование аминокислот из аммиака и из органических кислот, образующихся
при окислении углеводов.
В процессе синтеза жиров происходит восстановление углеводов.
Потенциальная энергия синтезируемых растениями органических соединений характеризуется количеством калорий,
выделяемых при сгорании 1 г: клетчатки 4, 2, крахмала 4, 2,
белка 5, 7, жира 9, 5.
0
Растворяясь при 14
С в 1 л воды в количестве до 2 г, СО2 с
транспирационным током воды (расход которой составляет
300–800 г на 1 г сухого вещества растений) поднимается в ли-
стья, где, так же, как и СО
воздуха, используется для фото-
2
синтеза. Корни, однако, значительно больше (с участием ризосфер микроорганизмов) выделяют углекислоты, чем поглощают. На 1 г своего сухого вещества корни за вегетационный
период выделяют от 3, 5 до 4, 5 г, что повышает растворимость
фосфатов и других соединений в почве.
0
Для большинства культур ассимиляция начинается от 0
и прекращает -при 40
центрация СО
, тем выше температурный оптимум для фото-
2
0
С. Чем выше интенсивность света и кон-
С
синтеза. Относительно низкие температуры способствуют
накоплению листьями растворимых ассимиляторов, что повышает морозостойкость, и, наоборот, утрата углеводов
(например, при оттепелях) снижает эту устойчивость.
КИСЛОРОД отличаясь высокой реакционной способностью, легко вступает в соединения с различными элементами.
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]