ПИТАНИЕ РАСТЕНИЙ

Питание - это обмен веществ между растением и окружающей средой, переход веществ из почвы и воздуха в растение в состав органических соединений, которые синтезируются в растительном организме, и вывод части их из него.

По воздушного питания растения в отличие от корневого питания, обычно равномерно обеспечиваются углекислым газом (С02). Для фотосинтеза растению нужны свет, влага, минеральные элементы. Этими факторами и биологическими особенностями культур и определяется его интенсивность.

Корневое питание зависит не только от биологических особенностей культур и обеспечения продуктами фотосинтеза, но и от интенсивности роста корневой системы, структуры и влажности почвы, реакции среды, содержания и соотношения подвижных соединений элементов питания, деятельности почвенной биоты, корневых выделений и т.п.

Химический и биохимический состав растений

Химический состав растений - это содержание в них органических и минеральных веществ и некоторых химических элементов. Обычно его выражают в процентах массы сухого вещества (иногда массы всего растения в живом состоянии - "масса сырого вещества»).

Большинство сельскохозяйственных культур в вегетативных органах содержит 5- 15% сухих веществ, остальные 85-95% - вода. В спелом семенные содержание сухих веществ 85-90%. Так, зерно хлебных злаков и бобовых содержит 85-88% сухих веществ, семена масличных культур - 90-93%.

В зеленой массе злаковых, бобовых и других культур значительная доля воды - 75 85%. Корнеплоды свеклы и клубни картофеля содержат 85-90% воды, головки капусты - 90-93, плоды помидора и огурца - 92-96%.

В составе сухого вещества растений 90-95% составляют органических соединений, которые в растениях представлены белками и другими азотистыми соединениями, жирами, крахмалом, сахарами, клетчаткой, пектинами.

Качество сельскохозяйственной продукции определяется содержанием органических и минеральных соединений. Так, качество зерновых культур зависит от количества белка и крахмала, хлебопекарные качества зерна пшеницы - от количества и качества клейковины. В бобовых содержится меньше крахмала, но больше белка. Семена масличных культур оценивают по содержанию жиров, а их качество, в свою очередь, зависит от соотношения в них насыщенных и ненасыщенных жирных кислот.

На качество и количество органических веществ в растениях значительно влияют условия питания. Достаточные количества азота и серы в почве способствуют образованию в растениях белков. Оптимальное фосфорное и калийное питание обеспечивает накопление углеводов - сахаров, крахмала, клетчатки, а также жиров. Микроэлементы способствуют улучшению качества урожая.

Между химическим составом почвы и химическим составом растений нет прямой зависимости. Некоторых химических элементов в почве может быть много, но в растения они или вовсе не поступают, или попадают в очень небольших количествах, а других химических элементов, которых в почве мало, в растениях накапливается большое количество - растения словно выбирают, исчерпывают эти вещества из почвы . Итак, поглощение минеральных веществ носит избирательный характер который наследуется генетически и одновременно зависит от их концентрации в питательной среде.

Различные выли растений способны накапливать в своих тканях преимущественно различные химические элементы, например свеклу и картофель в расчете на сухое вещество накапливают до 50% оксида калия, все капустные - до 25% оксида серы, злаки - до 40% оксида кремния. Такие расхождения содержания элементов питания связаны с механизмом избирательного поглощения и аккумулирования, присущего растениям. Обычно по объемам аккумулирования в растениях главные места занимают азот, фосфор и калий, иногда кремний. Так, рожь выращенное на том же почве, что и пшеница, накапливает меньше марганца, молибдена и меди, но значительно больше бора. Каждый вид растений характеризуется избирательной способностью к усвоению элементов и ставит свои требования к окружающей среде, что делает невозможным существование большего числа видов растений, чем в случае одинаковых потребностей. Совокупность, в том числе севооборот, полнее использует природные ресурсы и является устойчивой по сравнению с монокультурой.

Химические элементы, необходимые для роста и формирования урожая, называют биогенными. Другие элементы питания попадают в растения случайно, пассивно и практически не нужны для их роста и развития. Поэтому такие химические элементы называют абиогенный , хотя практически иногда они могут быть довольно важными. Например, астрагал и другие бобовые растения, растущие на почвах, богатых селеном, накапливают его в таком количестве, что становятся ядовитыми для сельскохозяйственных животных.

Углерод, кислород, водород и азот называют органогенными элементами , поскольку из них состоят органические вещества, они формируют около 95% массы сухого вещества растений (углерод 45%, кислород - 42, водород - 6,5, азот - 1,5%). Они поступают в растения преимущественно в виде СО2, O2 и Н20. Остальные 5% составляют зольные элементы (остаются после сжигания растений - калий, кальций, магний, фосфор и др.). Однако отдельные ткани и органы существенно отличаются по содержанию золы. Так, зерно содержит 3% золы от массы сухого вещества, листья - 10-15, травянистые стебли и корни - 4-5%. Количество золы в растениях во многом зависит от состава почвы и условий увлажнения: чем богаче почва на соли и чем суше климат, тем больше золы накапливается в растении. Водные растения содержат больше золы, чем сухопутные (в водорослей - до 50% и более). В составе растений обнаружены большинство элементов периодической таблицы Д. И. Менделеева. Сейчас в агрохимии полно изучено физиологическую роль только 27 из них.

По данным Л. Г. Ноздрюхина (1977), для нормального развития организма необходимые 27 элементов, из них 11 макро (С, Η, О, N, Са, Mg, S, Р, Na, К, СИ) и 16 - микро (микробиогенных) - I, Cu, Zn, Μn, Co, Ni, Mo, As, В, Se, Cr, Fe, V, Si, F, Sn; для растений - макроэлементы плюс Fe, Cu, Zn, В, Si, Mo, V; для животных - микроэлементы плюс Se, Cr, Ni, F, I, Sn, Fe, Cu, Zn, Si, Mo, V; в организме человека набор элементов достигает 30.

Все элементы, входящие в группу "необходимых", физиологически незаменимы, а их функции в растениях четко специфичны. Недостаток любого из них приводит к глубокому нарушению обмена веществ и физиолого-биохимических процессов в растениях, их роста и развития, снижение урожая и его качества. При остром дефиците элементов этой группы у растений обнаруживаются характерные признаки голодания. Однако количественные потребности растений в том или ином элементе весьма различны.

Сейчас четко установлено, что жизненная необходимость химических элементов определяется не столько их количественным содержанием в организме, столько активности участия в процессах образования органического вещества. А это обычно определяется свойствами элемента (атомная масса, порядковый номер, потенциал ионизации, ионный потенциал, полярность и др.).

Вероятно, что современные и новые методы исследований расширят список элементов, необходимых для растений в очень малых количествах.

Общее количество химических элементов, вовлеченных в биологический круговорот, и их соотношение во многом зависят от группы организмов (растения, микроорганизмы, животные, человек). Химический состав живых организмов определяет характер обмена веществ между организмом и средой. Один и тот же химический элемент разные растения утилизируют в разных количествах (табл. 2.1).

Таблица 2.1. Примерный содержание некоторых элементов в золе растений,% (Π. Смирнов, Е. А. Муравин)

Культура

Продукция

Р 2O5

K 2O

СаО

MgO

S0 3

Na 2O

Пшеница

Зерно

48

30

3

12

5

2

солома

10

30

20

6

3

3

горох

Зерно

30

40

5

6

10

1

солома

8

25

35

8

6

2

картофель

клубни

16

60

3

5

6

2

стебли

8

со

30

12

8

3

свекла сахарная

корнеплоды

15

40

10

10

6

10

ботва

8

со

15

12

5

25

Подсолнечник

семена

40

25

7

12

3

3

стебли

3

50

15

7

3

2

Различны также и количественные соотношения между элементами.

В процессе роста и развития химические элементы накапливаются в растениях и организмах, то есть происходит биологическая аккумуляция. Биологическая аккумуляция соответствует изъятию химических элементов растениями и организмами из почвы, продолжительность которого соответствует продолжительности жизни организма. В агроценозах этот процесс ежегодно и, в отличие от природных биоценозов, большая часть химических элементов отчуждается с урожаем безвозвратно. Химический состав живых организмов обычно отражает фоновое содержание химических элементов в ландшафте (почвах, водах). Считается, что средний химический состав организмов - это систематический признак ландшафта.

Представители различных ботанических семейств существенно отличаются по содержанию химических элементов. Общеизвестна аккумуляция: молибдена бобовыми (до 10 мг / кг и более); лития - пасленовыми (табак - 75 мг / кг); марганца - растениями, содержащими таниды; селена - бобовыми (астрагал) и т. д. А. П. Виноградов считал элементарный состав организмов систематическим признаком и отмечал, что с усложнением организмов концентрирования в них элементов уменьшается. Однако среди высших растений является большое количество видов, которые избирательно аккумулируют те или иные элементы.

Нормальное развитие растений, и следовательно оптимальный ход процессов происходит тогда, когда растения усваивают химические элементы в строго определенных количествах. Содержание каждого химического элемента в растении является его количественной геохимической характеристикой, по которой можно реально оценить геохимии и физиологическое значение элемента. Количество поглощенного элемента также обусловлена биологическими особенностями (генотипом), геохимическим средой и индивидуальными свойствами элементов. Она может варьироваться в определенных пределах в одного вида растений, но интервал этих изменений для нормального развития сельскохозяйственных культур незначителен. Например, марганца для нормального развития необходимо от 2 до 3000 мг / кг сухого вещества; верхний предел нормального развития зонтичных, розоцветных, Виноградово не превышает 200 мг / кг, для капустных и трав (злаковых, бобовых) составляет 470 мг / кг, то есть более чем в 2 раза выше. Для других элементов (А1, As, Cd, Co, F, Fe, Li, Mo, Ni, Pb и др.) Этот размах достигает 5-10 раз. Действительно, многие факторы, которые проявляются как во времени, так и в пространстве, обусловливают большое разнообразие содержания конкретных элементов в растениях определенных семей, но в целом ориентировочно он характерен и отражает содержание, свойственный только данному индивидууму. Поэтому химический состав растений как диагностический признак вида носит не глобальный, а региональный характер (В. П. Кирилюк, 2006).

Содержание в растениях макроэлементов питания выражают в форме соответствующих оксидов.

Доля калия в золе листьев большинства растений составляет 30-50%, в вике, клевер, люцерна содержание кальция значительно выше, чем калия. Содержание калия, фосфора и серы в старых листьях уменьшается, а кальция, наоборот, увеличивается с 20-40 до 50-60% массы золы.

Элементы, которые входят в состав растений в больших количествах (от сотых долей до нескольких процентов массы сухого вещества), называют макроэлементами. К ним относятся азот, фосфор, калий, кальций, магний, сера. Азот, фосфор и калий еще называют основными элементами питания .

Элементы, содержание которых в растениях не превышает тысячных долей, называют микроэлементами . Это бор, марганец, медь, цинк, молибден, кобальт и др.

Разделение химических элементов на макро- и микроэлементы достаточно условный, поскольку потребность высших растений в калии в 1000 раз выше, чем в бору, а потребность в железе и марганца часто одинакова. В связи с этим многие ученые относят железо к микроэлементам, хотя по содержанию в растениях оно относится к макроэлементов.

Распределение микроэлементов в органах растений имеет определенные закономерности. Например, марганец и молибден в больших количествах содержатся в листьях, тогда как цинк, бор, кобальт и медь при достаточном обеспечении ими накапливаются как в вегетативных, так и в генеративных органах. Относительно высокое содержание бора характерен для зерна злаковых культур, а в большинстве бобовых он содержится в вегетативных органах.

Культуры по-разному реагируют на наличие микроэлементов. Ниже перечислены культуры, чувствительные к дефициту микроэлементов (И. П. Яцук, С. А. Балюк, 2013).

элемент

Сельскохозяйственная культура

Zn

Кукуруза, рис, гречка, лен, хмель, сорго, бобовые, плодовые, свекла сахарная. Подсолнечник, картофель, капуста лук

си

Пшеница, ячмень, овес, просо, кукуруза, рис, свекла сахарная, подсолнечник, лен, бобовые, плодовые, овощные

со

Бобовые, свекла сахарная, ячмень, рожь, лен, гречка, пшеница

Μn

Овес, пшеница, ячмень, кукуруза, зернобобовые, свекла сахарная, картофель, овощные, плодовые

Mo

Бобовые, рапс, горчица, свекла сахарная, кукуруза, овес, гречка, лен, картофель, помидор

В

Капустные, бобовые, свекла сахарная, картофель, кукуруза, подсолнечник, лен, гречка, овощные, плодовые

Недостаток одного из макро- или микроэлементов снижает урожай и делает невозможным эффективное усвоение растением других жизненно важных составляющих. Следует заметить, что эффект "передозировки" одной из составляющих является точно таким, как и ее "недостаток" - наступает угнетение и блокировка жизненно важных процессов в растении, как результат - деформация плодов, зерна, снижение качественно-количественных показателей урожая. Эту закономерность была выведена еще в середине XIX в., Она стала фундаментальной и вошла в историю под названием правило бочки Либиха "резкая нехватка или избыток элемента ограничивает действие других элементов (даже если они находятся в оптимальных количествах)".

После формулировки теории минерального питания растений Ю. Либих, ученые установили ряд общих закономерностей и правил.

Правило незаменимости элементов минерального питания растений утверждает, что роль каждого элемента питания является уникальной и самостоятельной, поэтому для нормального роста и развития растений его можно заменить на другой, например фосфор - азотом или серу - железом.

Правило нормированной потребности - усвоение каждого элемента питания происходит в том количестве, в которой нуждается растение. Это правило имеет не абсолютный, а относительный характер: изменение в количестве усвоения одного элемента приводит к изменению потребностей в ряде других элементов. Например, высокий уровень питания азотом обычно повышает потребность растений в некоторых микроэлементах. Чрезмерное количество в почве аммония ускоряет поглощение фосфора, а избыток фосфора задерживает поглощения меди, марганца и цинка.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   След >