Минеральное (корневое) питание растений

Через корни растение поглощает и усваивает из почвы воду и различные ионы минеральных солей, а также незначительные количества некоторых органических веществ.

Однако благодаря методу меченых атомов ученые установили, что и в корнях протекают актив-ные синтетические процессы с образованием сложных органических соединений.

Поглощение воды и питательных веществ через корни, т. е. корневое питание, тесно связано с углеродным питанием растений через листья. Хотя с энергетической точки зрения фотосинтез представляет собой процесс улавливания громадного количества солнечной энергии и превращения ее в потенциальную энергию урожая, успешно протекать он может только при оптимальных условиях корневого питания. Фотосинтез и корневое питание, в сущности, единый, хотя и многоступенчатый процесс поглощения растениями необходимых питательных веществ из внешней среды, превращения воды, углекислоты и минеральных солей в много-численные органические соединения с утилизацией солнечной энергии и при участии ферментов.

Больше всего ратсения поглащают азот, фосфор, калий, кальций, магний, серу. Э- макроэлементами

При сжигании органического вещества все элементы, кроме азота, остаются в золе, поэтому их часто называют зольными элементами. С водой в растение поступают кислород и водород.

Растениям необходимы также элементы, потребляемые ими в небольших количествах, но играющие важную роль в различных процессах обмена веществ. Это железо, бор, цинк, марганец, медь, молибден, кобальт, йод и др. Их называют микроэлементами. Со-держание их в растении исчисляется сотыми и тысячными долями процента.

Другой важной функцией корня является переработка поступивших ионов: их восстановление и включение в различные органические соединения, в том числе и биосинтез физиологически активных соединений.

Мех-мы подачи в-в в корни :

1)Корневой перехват-корни в процессе роста движ-ся в почве соприкасаясь с пит. в-ми,поглощают их.Доля корн.перехвата а питании небольшая. ибо объем корнев. системы не большой.

2)массовый поток-корни поглощ из почвы воду, что вызывает движ-е почвенного рас-ра через толщу почвы к корням.Пит ве-ва почвы преносятся массовыми потоками к поверх-ти корня, становясь доступными для поглощения.

3)Диффузия- Поглощение корнем пит. вещ-в сопровождается уменьшением концентрации у поверх-ти корня и возник. градиент концентраций. Это делает возможным диф-ю питат. в-в. всегда происходит от большей концентрации к меньшей.

Так, фосфор и калий доставляются к корням в основном путем диффузии, а кальций и магний – посредством массового потока.

Поглощение питательных веществ – это сложный физико-химический и метаболический процесс, включающий диффузию, адсорбцию и метаболический перенос веществ против электрохими-ческого градиента. Диффузия важна при перемещении растворимых питательных веществ в почве к корням растений, а обменная адсорбция – при поступлении питательных элементов в растение через корневую систему. В дальнейшем поступившие питательные элементы взаимодействуют с протоплазмой клетки метаболическим или неметаболическим путем.

Метаболическое поглощение и перемещение питательных веществ происходят очень быстро и зависят от аэробного дыхания, температуры и аэрации почвенного раствора. При этом поглощении важную роль играют макроэргические соединения, в частности АТФ, снабжающие энергией этот процесс.

Неметаболическое, или пассивное, поглощение непосредст-венно может быть не связано с жизнедеятельностью растений и поэтому мало зависит от температуры и других условий жизни растительного организма. Примером неметаболического поглощения является пиноцитоз – захват части питательного раствора, при котором клетками молодых корешков могут поглощаться ионы, молекулы, их агрегаты и капельки раствора.

Корни являются не только органами поглощения минеральных элементов и воды. Они обладают синтетической способностью. В них образуются многие органические соединения: белки, аминокислоты, амиды, алкалоиды, фитогормоны, в частности цитокинин, и др. Роль корневой системы исключительно важна и в синтетических процессах. Корни являются не только органами накопления и передачи из почвы питательных веществ, но и органами синтеза органических веществ. Например, анион NO₃^– восстанавливается в корнях до NO₂, NH₃, a NH₃ присоединяется к дикарбоновым кислотам с возникновением аминокислот, которые впоследствии дают белковые молекулы. В живых клетках корней и затем в надземной части растений могут превращаться и частично ассимилироваться также поступившие из почвы анионы H₂PO₄^–, SO₄^2– . Уже через 10–15 мин после поглощения корнями меченый азот сульфата аммония находят в них в составе аминокислот. В корнях растений синтезируется до 14–16 аминокислот из 20, входящих в белок.

Открытие разнообразной синтетической деятельности корневой системы. Корень – такая же лаборатория синтеза, как и лист, т.е. биосинтез сложных органических веществ происходит при взаимосвязанной синтетической деятельности листа и корня.

Поглощение элементов минерального питания растениями в зависимости от характера затрачиваемой энергии может быть активным и пассивным. Активное поглощение требует затрат метаболической энергии, пассивное же поглощение происходит без затрат метаболической энергии, оно совершается за счет энергии тепловой диффузии или за счет солнечной энергии.

В засушливые годы корни люцерны иногда проникают на глубину до 18 м.

Совершенный контакт, который существует между почвой и корневой системой растения, ее корневыми волосками, через которые поступа-ет пища. Благодаря этому контакту и происходит процесс обменной адсорбции, сущность которого состоит в следующем. Питательные ионы (например, К⁺, Са ²⁺, Mg ²⁺, NH₄⁺, NO₃^–, H₂PO₄^–, SO₄^2–) поступают в растения через корневую систему в обмен на ионы Н ⁺, НСО₃^–, расположенные на поверхности корневых волосков и возникающие при дыхании корней. Корневая система растений выделяет большое количество углекислоты. Появляющийся углекислый газ, реагируя с водой, образует углекислоту: СО₂ + Н₂О  Н₂СО₃. Как слабая кислота, она частично диссоциирует на ионы Н⁺ и НСО₃^–. Так что в результате дыхательного процесса на поверхности корневых волосков постоянно появляются все новые и новые порции ионов Н⁺ и НСО₃^–. Катионы почвы К⁺, Са²⁺, Mg²⁺, NH₄⁺ и другие немедленно вступают в обменную реакцию и вытесняют с поверх-ности корневого волоска катион Н⁺. Анионы же NO₃^–, H₂PO₄^–, SO₄^2– и другие обмениваются и вытесняются в раствор анионом НСО₃^–.

Поглощение питательных элементов корне-вой системой растений может происходить не только в обмен на ионы Н⁺ и НСО₃^–, образующиеся в процессе дыхания, но и на ионы органических и минеральных соединений, выделяемые корнями. Установлено, например, что корни растений выделяют лимонную, яблочную, щавелевую и другие органические кислоты, которые слабо диссоциируют, но все же распадаются на Н⁺ и органические анионы. Эти ионы находятся на поверхности корневых волосков и могут принимать участие в обменных реакциях на соответствующие катионы и анионы почвенного раствора.

Поглощение питательных элементов корне-вой системой растений может происходить не только в обмен на ионы Н⁺ и НСО₃^–, образующиеся в процессе дыхания, но и на ионы органических и минеральных соединений, выделяемые корнями. Установлено, например, что корни растений выделяют лимонную, яблочную, щавелевую и другие органические кислоты, которые слабо диссоциируют, но все же распадаются на Н⁺ и органические анионы. Эти ионы находятся на поверхности корневых волосков и могут принимать участие в обменных реакциях на соответствующие катионы и анионы почвенного раствора. Анионное поглощение менее изучено, но в принципе оно аналогично катионному обмену. Важную роль здесь должен играть анион НСО₃^–.

Таким образом, клетки адсорбируют на своей поверхности положительно или отрицательно заряженные ионы минеральных солей, которые могут обменно вытесняться в свободное пространство другими ионами того же заряда.

Подтверждением существования адсорбционного поглощения питательных элементов является наличие определенной емкости поглощения катионов и анионов у корневых волосков, так же как и у почвенных коллоидов. Величина емкости поглощения корней зависит от вида растений, условий их питания и других факторов.

Основным барьером для поглощения ионов и веществ является поверхностная мембрана, или плазмалемма.

Катионы антагонисты: H⁺, K⁺, NH⁴⁺, Ca²⁺,Mg²⁺ Анионы антагонисты: Cl-, NO3-,HCO3-, SO42-, H2PO4- Ионы, имеющие одинаковый заряд, взаимно тормозят друг друга, и чем ближе зарядность, тем сильнее их взаимное торможение. Ионы с противоположными зарядами взаимно ускоряют поступление их в растение. Это синергизма. Вредный избыток какого-либо катиона или аниона всегда можно ослабить соответствующим ионом. При необходимости прибавлением противоположного по заряду иона ускоряют поступление полезного иона. поступление иона NО₃^– можно ускорить прибавлением катиона Ca²⁺, вредный избыток Ca²⁺ в известной степени ослабляет Mg²⁺, а вредное действие ионов Н+ и Аl³⁺, которые вызывают кислотность почвы, устраняют прибавлением в раствор Са²⁺ и Mg²⁺.

Диффузия важна при перемещении растворимых питательных веществ в почве к корням растений, а обменная адсорбция – при поступлении питательных элементов в растение через корневую систему. В дальнейшем поступившие питательные элементы взаимодействуют с протоплазмой клетки метаболическим или неметаболическим путем

Способность люпина, гречихи, горчицы использовать фосфор трехзамещенных фосфатов или естественных фосфоритов. Способность этих растений усваивать фосфор труднодоступных фосфатов связывается прежде всего с кислотностью корневых выделений. Так, в растворе, окружающем корневые волоски люпина, рН составляет 4–5, а клевера – 7–8.

фосфоритная мука оказывается более эффективной при внесении на сильнокислых почвах, где она в кислой среде постоянно переходит в растворимую и доступную растениям форму.

Нужные же растению питательные элементы (их анионы и катионы) будут усваиваться благодаря синтезу из них органических соединений, т.е. исчезать с поверхности волосков.

Так как растения избирательно поглощают ионы (одних больше, других меньше, в зависимости от физиологической по-ребности в них), то минеральные удобрения (соли) могут быть или физиологически кислыми, или физиологически щелочными. Если растение больше поглощает катионы соли, а анионы ее больше накапливаются в почвенном растворе, то такая соль будет физио-логически кислая. Например, физиологически кислыми -аммония, хлористый аммоний, аммиачная селитра, хлористый калий и др. Если же растение больше поглощает анион соли, а катион ее накапливается в почвенном растворе, то такая соль будет физиологически щелочной. К ним относятся натриевая селитра, кальциевая селитра и др.

Растение не является только потребителем уже готовых для него питательных веществ в почве. Корни растений активно воздействуют на почву, находящуюся у их поверхности. Способность корней выделять во внешнюю среду органические и минеральные вещества (сахара, органические кислоты, азотсодержа-щие органические соединения, витамины, ферменты и др.). Вы-деленные корнями органические вещества - пищей для микро-организмов, которые в процессе жизнедеятельности способствуют мобилизации питательных веществ почвы, повышая их доступность для растений в участках, непосредственно примыкающих к корням. Но значение микроорганизмов состоит не в том, что они снабжают растение органическими формами азота и фосфора, которые по эффективности уступают минеральным. Микроорганизмы снабжают растения физиологически активными веществами (ауксинами, вита-минами, антибиотиками), которые в определенных условиях могут даже в ничтожных количествах оказывать положительное влияние на рост растений, а также на различные стороны обмена, в частности на обмен азотистых веществ

25.КЛАССИФИКАЦИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ

Минеральные удобрения могут быть простыми, или односторонними, если они содержат один основной питательный элемент, например азот, фосфор или калий, и комплексными, или много-сторонними, если удобрение содержит два и более основных питательных элементов. Иногда их подразделяют на макро- и микроудобрения. Макроудобрения содержат макроэлементы (N, Р, K, а иногда и Са, Mg, S), т.е. те элементы, которые входят в состав растений и потребляются ими в значительных количествах (от сотых долей до нескольких процентов от веса сухой массы). Микро-удобрения содержат микроэлементы, которые имеются в растениях и потребляются ими в микро- и ультрамикроколичествах, т.е. от тысячных долей процента до 10^–6 и даже 10^–12 процента на сухой вес растений.

МИНЕРАЛЬНЫЕ УДОБРЕНИЯ: