Взаємовідношення іонів у рослинах

Формування високих врожаїв з високою якістю продукції залежить не тільки від кількості поживних речовин, але і від співвідношення елементів мінерального живлення. Коли грунт містить достатню і правильно збалансовану кількість елементів, то всі запаси в грунті забезпе­чують високу продуктивність рослин.

Явище взаємодії елементів — антагонізм і синергізм — досить розповсюджені в мінераль­ному живленні. Антагонізм — зниження впливу на рослинний організм одного іона іншим, а синергізм, навпаки, — посилення впливу одного іона іншим. Давно відомі класичні приклади ан­тагонізму між іонами калію і кальцію, натрію і калію, амонію і калію, а також різними двова­лентними катіонами. Відомо, що без бору рослини втрачають здатність до утилізації достатніх кількостей кальцію. В присутності бору менше виражена токсичність інших солей, негативний вплив яких змінюється кальцієм. Існує тісний взаємозв'язок між дією молібдену і фосфору: у міру збільшення концентрації фосфору в розчині, збільшується надходження в рослину молібдену.

Раніше причини антагонізму пояснювались виключно протилежним впливом іонів на в'язкість і проникність протоплазми. Проте прояви антагонізму різноманітні і приклади його численні: рослини в середовищі із значним вмістом калію і фосфору і високою дозою заліза страждають від недостатньої кількості фосфору; молібден гальмує надходження заліза і упо­вільнює рух його у верхній частині рослин. У рослин, які отримали помірні дози заліза і калію, при високому вмісті в середовищі фосфору розвивається апікальний хлороз і ознаки нестачі калію в старих листках.

Встановлено, що іони-антагоністи не тільки протилежно впливають на фізико-хімічні вла­стивості протоплазми і на певні сторони обміну речовин, але і конкурують за участь в органічному комплексі і ферментативному каталізі. Питання про причини антагонізму іонів — одне із найважливіших у теорії ментів на органічні сполуки неможливе створення повноцінних теоретичних основ мінерально­го живлення.

Фізіологічні основи використання мінеральних добрив

Використання мінеральних добрив в наш час, як і раніше, в усіх розвинених країнах світу — головний засіб підвищення врожайності сільськогосподарських культур. За рахунок азоту, фосфору, калію та інших дефіцитних в землеробстві елементів, які містяться у відповідних типах міндобрив, культурні рослини краще використовують енергію Сонця і грунтово-кліматичні фактори, створюючи додатковий врожай. Нестачу цих елементів не можна замінити ніякими іншими агротехнічними заходами. Широке використання мінеральних добрив в економічнорозвинутих країнах за останні 10-20 років дало змогу різко підвищити врожайність культур.

Ефективність добрив залежить від потреби рослин в поживних елементах і від здатності грунту задовольняти цю потребу. Таку взаємозалежність образно виразив Д. М. Прянишников у вигляді трикутника, де по вершинах кутів розташовуються рослина-грунт-добрива, причому рослина розміщена у верхньому куті. Цим підкреслюється, що рослина і врожайність її — ос­нова всіх проблем агрономічних і біологічних наук і практики сільського господарства:

Існують загальноприйняті методи визначення потреби рослин в добривах. При діагностич­них аналізах здійснюється контроль протягом вегетаційного періоду ступеня забезпеченості посіву майбутнього врожаю основними елементами живлення.

Базою хімічної діагностики живлення є хімічний склад рослин протягом вегетації. Одночасно з хімічним аналізом рослин враховується хід росту і розвитку (перше правило діагностики живлення рослин); визначають кілька елементів, причому не менше 3 головних із них: N, Р, К (друге пра­вило діагностики живлення). Останнє зумовлено взаємодією їх при надходженні в корені рослин і використанням надалі в синтезі органічних речовин.

До третього правила діагностики віднесено зіставлення даних хімічної діагностики і врахуван­ня росту рослин з умовами погоди, агротехніки. Слід врахувати, що рослинна діагностика не заміняє ґрунтових аналізів, а служить для більш глибшого розуміння забезпеченості рослин по­живними речовинами в конкретних умовах вирощування їх. Це дає змогу уточнити необхідний і більш ефективний склад виду добрив.

Винесення основних поживних елементів (азоту, фосфору, калію) сільськогосподарськими культурами — один з найважливіших показників, потрібних для встановлення раціональних доз до­брив. Показники винесення поживних речовин польовими культурами відбивають зональний характер, що зумовлено сортовими особливостями культур, зміною умов вирощування і зоною поширення окремих культур. Кількість доступних для рослин поживних речовин у грунті зале­жить також і від кількості внесених добрив. Тому при інтенсивній культурі землеробства саме добрива відіграють основну роль у створенні в грунті правильних гармонійних співвідношень між елементами живлення.

При визначенні доз треба врахувати неврівноважене співвідношення між поживними ре­човинами грунту і вносити поправки до доз застосовуваних добрив, щоб привести кількісне співвідношення N:Р:К в грунті у відповідність до потреб кожної культури. В практиці землероб­ства найчастіше доводиться мати справу з азотними, фосфорними і калійними добривами.

Азотні добрива характеризуються високою ефективністю в усіх грунтово-кліматичних зонах. За підрахунком відомого агрохіміка О.В. Петербургського, 1 кг азоту міндобрив при високій аг­ротехніці забезпечує приріст урожаю зерна 20 кг/га. Залежно від форми азоту азотні міне­ральні добрива поділяють на чотири групи: аміачні (азот міститься у формі аміаку — сульфат амонію, хлорид амонію, аміачна вода), нітратні (аніон азотної кислоти — натрієва і кальцієва селітра), аміачно-нітратні (аміачна і вапняно-аміачна селітра, сульфат-нітрат амонію), амідні (азот в органічній амідній формі — сечовина, ціанід кальцію).

Нітратний азот не вбирається грунтом, легко розчиняється у воді, швидко проникає у глибші шари і швидше може бути використаний рослинами. Тому нітратні, а також аміачно-нітратні солі слід використовувати для підживлення рослин під час вегетації, а також для внесення в невеликих дозах у рядки і гнізда під час сівби. Нітратний азот може легко вимиватись з грунту при достатньому зволоженні, особливо в умовах зрошення, а також на легких дерново-підзо­листих грунтах, внаслідок чого в таких умовах можливі значні витрати його.

Аміачний азот вбирається грунтом і локалізується в місцях внесення добрива і може вими­ватись тільки після переведення його в нітратну форму під впливом нітрифікації. Ці добрива слід вносити восени.

У виробничих умовах для успішного формування бобово-ризобіального симбіозу важливим моментом поряд із внесенням мінеральних добрив є зараження кореневої системи рослин бульбочковими бактеріями. Це досягається шляхом передпосівного обробітку насіння бобових культур бульбочковими бактеріями або через внесення їх в грунт у формі спеціального препа­рату — нітрагіну. Передпосівна інокуляція зерна нітрагіном — досить ефективний агроприйом, який забезпечує підвищення врожаю бобових культур на 5-30%. Успіх нітрагінізації в значній мірі залежить від штаму бактерій, внесення в грунт фосфорно-калійних добрив, а також сірки, кальцію, молібдену. Використовують також азотобактерин, який збагачує грунт вільноживучими азотфіксаторами.

Ефективність дії фосфорних добрив залежить від властивостей грунту і особливостей куль­тур. При правильному застосуванні їх приріст урожаю на 1 кг Р₂О₅ становить для зернових в середньому 5-10 кг. Ці добрива не тільки підвищують урожай, а й прискорюють достигання сільськогосподарських культур. Особливо помітний вплив їх у більш ранні фази розвитку рос­лин. Найбільше використовують суперфосфат (звичайний порошкоподібний або гранульований і марганізований, а також подвійний), фосфатшлак мартенівський, фосфоритне борошно, знефторений фосфат.

Суперфосфат — найпоширеніше фосфорне добриво і найкраще на солонцюватих грунтах, на кислих грунтах за ефективністю поступається нейтральним фосфорним добривам.

Фосфатшлак (фосфоритне борошно) слід вносити на кислих дерново-підзолистих і опідзо-лених грунтах, а знефторений фосфат — на дерново-підзолистих і опідзолених та вилугуваних чорноземних грунтах.

За даними багатьох дослідів, приріст товарної продукції від 1 кг К₂О (діючої речовини калійного добрива) для зернових культур становить 3,8 кг. До концентрованих добрив належать хлорид калію, калійна селітра, сульфат калію, калімаг і калімагнезія. Останнє — особливо цінне добриво на легких дерново-підзолистих грунтах для культур, які негативно реагують на хлор.

До складних мінеральних добрив належать азотно-фосфорні: амофос, діамофос, нітрофос, амонізований суперфосфат; азотно-калійні: калійна селітра; азотно-фосфорно-калійні: нітроамофоски, діамонітрофоски, нітрофоски (останні набули найбільшого поширення з усіх складних міндобрив).

Нормами (дозами) добрив називають розраховану чи фактичну кількість добрив, яку вносять на гектар.

Гідропоніка. Останнім часом в умовах закритого грунту широко застосовують спосіб виро­щування рослин на водних поживних розчинах, використовуючи як субстрат гравій, керамзит, перліт тощо. Культивування рослин за відсутності грунту, на поживних розчинах, називають гідропонікою.

Існують певні вимоги до середовища для вирощування рослин в штучних умовах: воно повинно мати малу ємність поглинання, неперервно постачати для рослин воду з розчиненими в ній поживними речовинами, забезпечувати достатній доступ кисню для дихання кореневої маси, бути твердою опорою для підтримки рослин у вертикальному положенні. Рівень поживного розчину, як правило, підтримується на 3-4 см нижче поверхні субстрату. Поживний розчин утворює навколо часточок субстрату водяну плівку, в якій розчинені мінеральні елементи. Достатня кількість кисню та поживних елементів в зоні кореневої системи забезпечує швидке їх надходження та засвоєння рослинами. Взагалі частота підживлень залежить від розмірів часточок інертного субстрату, пори року, фази розвитку рослин. З метою уникнення засолення субстрату, його промивають чистою водою перед подачою нового розчину. Розроблено багато рецептів для приготування робочих поживних розчинів для вирощування різних видів рослин. В даний час розроблені і широко впроваджуються новітні технології, які не лише підвищу­ють продуктивність сільськогосподарських культур, а й не порушують екологічну рівновагу біо­сфери. Так, в промислових масштабах все більше овочевих культур вирощують в спеціалі­зованих тепличних комплексах, обладнаних системами контролю і регулювання більшості параметрів зовнішнього середовища. В недалекому майбутньому і в Україні будуть діяти такі комплекси навколо багатьох промислових центрів, використовуючи, насамперед, штучне ос­вітлення в години, вільні від пікових витрат електроенергії.

Це технологія XXI ст., яка функціонуватиме на основі замкнутого циклу і забезпечить одер­жання в достатній кількості багатьох продуктів рослинництва. Вона економічно вигідна, не потребує грунту, не вимагає надмірних запасів води, мінеральних добрив, засобів захисту рослин тощо.

Як відомо, будь який рослинний організм — відкрита жива система у якої, в залежності від етапу онтогенезу, змінюються вимоги до параметрів навколишнього середовища. Тому необхідно мати постійну інформацію про стан рослинного організму, інтенсивність функціону­вання найбільш вагомих для одержання максимального врожаю фізіологічних процесів з ме­тою забезпечення відповідних параметрів середовища вирощування рослин. Таким чином, фактично в одній автоматизованій системі оптимізації фізіологічних процесів поєднується як інформаційна система, так і система управління.

Рослини за допомогою системи автоматичної оптимізації самі вибирають найбільш опти­мальні значення параметрів зовнішнього середовища (освітлення, вологість, надходження елементів мінерального живлення) та змінюють їх в залежності від власних потреб впродовж всього вегетаційного періоду.

В недалекому майбутньому такі автоматизовані системи будуть широко залучатися до керування вирощуванням рослин в системі закритого грунту.

Вивчення умов живлення рослин дозволило створити принципово нову технологію їх виро­щування — аеропоніку. При аеропоніці коренева системи рослин розвивається не в грунті і не в поживному розчині, а в повітрі на спеціальних стелажах. В зону кореневих систем розпилю­ється поживний розчин спеціальними розпилювачами. Подача поживних речовин і вологи залежно від потреби рослин регулюється автоматично.