Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Агропромышленность arrow Агрохимия

Поступления элементов питания в растения

Теория поступления элементов питания

Элементы питания растений относятся к факторам внешней среды, но в то же время принципиально отличаются от других факторов (температуры, кислотности и др.), Так как в процессе поглощения они превращаются из внешних факторов среды на внутренние факторы растительного организма.

Известно два типа питания живых организмов: автотрофный - усвоение минеральных солей, воды, углекислого газа и синтез из них органических веществ; гетеротрофный - использование организмами готовых органических соединений. Растения относятся к автотрофных организмов, тогда как животные и большинство микроорганизмов - до гетеротрофных.

Благодаря процессу питания (воздушном и корневом) растения растут и развиваются, при оптимальном питания быстро наращивают массу.

Основным процессом, в результате которого создаются органические вещества в растениях, является фотосинтез , хотя растения в небольших количествах способны усваивать аминокислоты, вещества роста, витамины, антибиотики.

Интенсивность усвоения элементов минерального питания зависит не только от биологических особенностей культур и условий внешней среды (наличие в почве доступных соединений элементов питания, необходимая температура, влажность и др.), Но и от количества энергии и органических веществ, которые образуются в процессе фотосинтеза.

Поступления минеральных веществ в растения лимитирует много факторов. Растения из листа усваивают 95% и более углерода. Кроме того, они могут усваивать результате внекорневой питания с водных растворов зольные элементы, азот и серу. Однако основное количество азота, воды и зольных элементов поступает в растение из почвы через корневую систему.

В зависимости от биологических особенностей и условий выращивания растения формируют корневую систему различной мощности. На бедных почвах и в засушливых условиях в поисках воды и элементов питания они создают большую корневую систему.

Применение удобрений обычно частично уменьшает соотношение подземной и надземной масс растений, но увеличивает массу корневой системы и глубину ее проникновения. Итак, удобрения положительно действуют на развитие корневой системы.

Корневые системы растений существенно различаются по строению, форме, распределением в почве, поглощающий способностью. Так, по данным Н. А. Качинского, в условиях нечерноземной зоны масса корневой системы овса достигает 28% массы надземной части растения, клевера - 69; на черноземе для кукурузы - 16, пшеницы озимой - 70, люцерны - 166%.

Корневые системы по сравнению с надземными органами растений характеризуются повышенными скоростью роста и степени разветвленности. Суточный прирост отдельных корней у яблони составляет 3-9 мм, тыквы - 10, кукурузы - 60 мм. В ржи суммарное удлинение всех корней одного растения достигает 5 км, а суммарное удлинение корневых волосков - 80 км в сутки.

Дитмер (1937) измерил корневую систему пшеницы озимой в возрасте 16 недель и обнаружил, что общая ее длина превышает 500 км и имеет поверхность 200 м2, то есть для выполнения жизненных функций растений первостепенное значение имеет именно ее длина.

В большинстве культурных растений корни проникают в глубины 2 м при боковом распространения 0,3-1,0 м, но основная масса корней расположена в слое 10-40 см, где достаточное количество влаги, органических и минеральных веществ. Важное значение в питании растений имеют корневые волоски, количество которых достигает нескольких сотен на 1 мм2 поверхности корня в зоне поглощения. В результате поглощающий поверхность корневой системы увеличивается в 5-20 раз.

Корневая система не только поглощает элементы питания из почвы, в ней происходит синтез органических соединений (аминокислот, белков), которые используются самими корнями и частично поступают в надземную часть растений.

В корнях многих растений откладываются про запас органические соединения, образованные в процессе фотосинтеза. При необходимости они возвращаются в надземные органы и используются для роста растений. Так, в корнях двухлетних - свеклы, моркови, петрушки в первый год вегетации накапливаются запасные вещества, которые тратятся на второй год для формирования цветков и семян.

Для корней характерна выделительная функция. В почву выделяются как минеральные, так и органические вещества. Это также один из способов активного воздействия корней на почву, поскольку в случае его подкисление растворяются минералы почвы, и корни получают дополнительное количество элементов питания.

В пересчете на продукты фотосинтеза корни в среднем выделяют 2-17% органических веществ (органические кислоты, аминокислоты, витамины, ферменты, полисахариды! Слизи, физиологически активные вещества и др.), Которые к ним перемешиваются с надземных органов растений. За период вегетации эти выделения вместе с отмершими частями растений могут составлять 25-30 и даже 40-50% общего количества фотосинтезованого углерода. Корневые выделения является важным фактором биологизации почв, поскольку обуславливают развитие специфических типов ризосферных микроорганизмов.

Выделительная функция характерна также для листьев. Органические и минеральные вещества могут выделяться пассивно (вымываться водой) или активно (секретируются). Так, вымыванию дождевой водой органических веществ с свободного пространства листьев пшеницы и ячменя в фазу молочной спелости зерна может уменьшить урожай на 30%.

Кроме того, растения выделяют газы, которые за период вегетации могут составить 1% массы сухого вещества. Это инсектициды и ингибиторы роста и вещества, которые отпугивают или приманивают насекомых.

Накопление в почве специфических корневых выделений растений является одной из причин истощения почвы. Известно, что под подсолнечником и некоторыми видами молочаев накапливается хлорогеновая кислота, под люцерной - сапонин, под клевером выделяются токсичные вещества.

Корневые выделения - важный фактор взаимного влияния растений разных видов друг на друга (явление алелопатии). Это влияние может быть как положительным, так и отрицательным. Об этом Плиний Старший писал, что при наличии капусты болеет виноград. После свеклы сахарной хуже растет кукуруза, после овса снижается всхожесть пшеницы. В то же время взаемостимулюють друг друга кукуруза, картофель и фасоль. Поэтому алелопатично взаимовлияние растений нужно учитывать при размещении культур в севообороте.

Для корней растений характерна также распределительная функция: за избытка ионов они тормозятся в вакуолях клеток корня, а при недостатке - направляются с вакуолей в надземные органы. Если растение стареет, то уборной способность ее корней уменьшается, поэтому корни из своих запасов начинают поставлять питательные вещества к надземных органов.

В растительных организмах элементы питания обычно находятся в более высоких концентрациях, чем в питательном растворе, что их окружает. Кроме того, поступления некоторых элементов и их концентрация разная и не соответствует соотношению концентраций в питательном растворе. Это обеспечивает плазмолемма, которая предотвращает потерю веществ, накопленных клеткой вследствие диффузии, одновременно поддерживает проникновения воды и элементов минерального питания.

Известен целый ряд теорий поступления элементов питания в клетку. Видимо, у растений есть несколько впитывающим механизмов, постоянная смена соотношения которых приводит течение всего процесса питания; при этом один механизм гармонично дополняет другой.

К поверхности корней растений элементы питания поступают с помощью трех механизмов: 1) корневое перехвата; 2) массовый поток; 3) диффузия.

Корневая перехвата - в процессе роста корни соприкасаются с элементов питания и поглощают их. Значение этого механизма несущественное, поскольку в слое почвы 0-30 см корни занимают не более 1-2% его объема.

Массовый поток - корни поглощают из почвы воду, а с ней - растворенные элементы питания. Многочисленные данные исследований доказывают независимость процессов обеспечения растений водой и минеральными элементами. Здесь нет прямой связи. Растения поглощают ионы выборочно. Значение массового потока в питании растений изменяется в широких пределах в зависимости от культуры и почвенно-климатических условий (табл. 2.2).

Таблица 2.2. Вклад корневого перехвата, массового потока и диффузии в обеспечении растений кукурузы элементами минерального питания (С. А. Барбер, 1988)

элемент

Количество элемента, необходимая для жизнедеятельности растений, кг / га

Количество элемента, кг / га, поступающей в результате:

перехвата

массового

потока

диффузии

N

190

2

150

38

Р

40

1

2

37

К

195

4

35

156

са

40

60

150

0

Mg

45

15

100

0

S

22

1

65

0

Как свидетельствуют приведенные данные, в этом конкретном случае корневое перехвата вносит наибольший вклад в общую обеспеченность всеми элементами питания за исключением кальция, содержание которого в почве значительно превышает потребности растений. Массовый поток может обеспечивать потребность кукурузы во всех элементах питания, кроме азота, фосфора и калия. Недостаток элементов питания корневая система удовлетворяет за счет диффузии. Прежде всего это касается фосфора, калия и частично азота.

Диффузия - создается в питательном растворе в результате усвоения элементов питания корневой системой растений. Это спонтанный естественный процесс. Вследствие диффузии растет гомогенность (однородность) раствора с уменьшением в нем концентрации элементов питания. Это создает предпосылки для диффузии элементов питания в почве по градиенту к поверхности корня. Диффузия элементов питания происходит вследствие теплового движения молекул - броуновского движения. При наличии градиента концентрации движение направлено из зоны большей концентрации в зону меньшей и происходит до тех пор, пока концентрация выровненной. Поскольку корни растений постоянно поглощают элементы питания из прикорневых слоя почвы, то градиент концентрации сохраняется до прекращения их функционирования. Расстояние от корня, на которую распространяется диффузия, зависит от скорости диффузии ионов и изменяется от 0,1 до 15 мм. Скорость диффузии ионов через почву зависит от типа почвы и природы поглощения ею ионов.

Считают, что фосфор и калий усваиваются растениями преимущественно вследствие диффузии, тогда как азот, кальций и магний - с потоком почвенного раствора. Нитраты движутся в почве быстрее, чем фосфаты, и поглощаются интенсивнее; фосфаты поглощаются в радиусе 1 мм от корня, а нитраты - 10 мм.

Растения обычно усваивают элементы питания с почвенного раствора слабой концентрации - 0,01-0,05%. Грунтовые растворы незасоленных почв в основном имеют концентрацию от 0,02 до 0,20%. Для нормального развития растений достаточно, чтобы в 1 л находилось по 20-30 мг азота и калия, 10-15 - фосфора, 1-2 - бора и 5-7 мг марганца. Как чрезмерно высокая, так и недостаточная концентрация почвенного раствора неблагоприятные для роста и развития сельскохозяйственных культур. Концентрация по 100 мг / л азота, фосфора, калия и даже общая 1 г / л еще не угрожает, но выше может сказаться на развитии растений. Различные виды растений по-разному реагируют на ту или иную концентрацию почвенного раствора. Известно, что разница осмотического давления клеточного сока и тургорного напряжения оболочки клетки определяет всасывающую силу клетки, интенсивность поступления воды и питательных веществ. Для растений характерны значительные колебания осмотического давления в зависимости от условий выращивания. Так, в пресноводных водорослей в клетках эпидермиса она колеблется в пределах 1-3 атм, в полевых растений - 5-10, а в пустынных и солончаковых - 80-100 атм. Однако для каждого вида растений существуют определенные физиологически допустимые пределы изменений осмотического давления. Кроме минеральных солей он определяется также содержанием сахаров и аминокислот. Чувствительны к концентрированных растворов лен, люпин, огурец, морковь и большинство растений в молодом возрасте.

Как уже отмечалось, для растений характерна избирательная способность усваивать элементы питания - только те, которые необходимы, что объясняется физиологическими законами живых организмов.

Известно, что ионы могут двигаться против градиента концентрации и многие элементы, почти отсутствующих в питательном растворе, способны накапливаться в растениях. Например, растения кукурузы могут накапливать в семенные золото, плоды огурца - серебро, капусты - йод и молибден.

Существует тесная связь между воздушным и корневым питанием растений. Иногда высокие нормы удобрений не повышают урожай, а наоборот, снижают его. Причинами этого являются: 1) повышение концентрации почвенного раствора к токсическому; 2) нарушение оптимального соотношения между элементами питания в почвенном растворе; 3) недостаток влаги в почве и углекислого газа в воздухе; 4) уменьшение освещенности в результате самозатенение (сильный рост растений), что снижает интенсивность процесса фотосинтеза; 5) засоренность посевов.

Важнейшим фактором эффективности удобрений является водоснабжения.

Следует отметить, что все процессы, связанные с питанием растений, происходят при непосредственном участии ферментов. При этом ведущая роль принадлежит протеазам.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   След >
 

Предметы
Агропромышленность
Банковское дело
БЖД
Бухучет и аудит
География
Документоведение
Естествознание
Журналистика
Инвестирование
Информатика
История
Культурология
Литература
Логика
Логистика
Маркетинг
Математика, химия, физика
Медицина
Менеджмент
Недвижимость
Педагогика
Политология
Политэкономия
Право
Психология
Региональная экономика
Религиоведение
Риторика
Социология
Статистика
Страховое дело
Техника
Товароведение
Туризм
Философия
Финансы
Экология
Экономика
Этика и эстетика
Прочее