Питательный режим почвы

Основным процессом, отвечающим за питание растений, является фотосинтез — поглощение в молекулах хлорофилла углекислого газа и воды под действием солнечного света и превращение их в глюкозу и кислород. Однако, для роста и развития растениям необходим комплекс минеральных веществ, которые они поглощают преимущественно из почвы. Все растения, использующие хлорофилл для питания называются автотрофными. Растения также поглощают из почвы некоторые простые азот- и фосфорсодержащие органические вещества (некоторые аминокислоты и фитин), но их роль в питании ничтожна.

Некоторые растения, не имеющие молекулы хлорофилла (повилика, заразиха), а также грибы и бактерии, питающиеся за счет готовых органических соединений называют гетеротрофными организмами.

На сегодняшний день, в составе растительной массы найдены более 74 химических элементов, 16 из которых являются жизненно необходимыми. Их принято подразделять на:

органогенные, то есть из которых непосредственно синтезируются органические вещества: углерод, кислород, водород и азот;

неорганогенные или зольные: фосфор, калий, кальций, магний, железо и сера. Их доля в растении исчисляется процентами и десятыми долями процента.

микроэлементы: бор, медь, железо, марганец, цинк, молибден и кобальт и некоторые другие. На долю микроэлементов в растении приходятся сотые и тысячные проценты.

ультрамикроэлементы: серебро, золото, радий, уран, торий, актиний и др. Встречаются в растениях в ничтожно малых количествах.

Перечисленные элементы участвуют в биохимических и ферментативных процессах. Остальные химические элементы часто присутствуют в растительных частях, однако их жизненная необходимость до конца не изучена и строго необязательна.

Некоторые вещества, не участвующие в биохимических процессах и поглощаемые растениями, могут в одних случаях действовать на растения положительно, например натрий на сахарную свеклу или кремний на зерновые культуры, в других — отрицательно, например, хлор на картофель, табак и другие хлорофобные культуры.

Питательные вещества в почве могут быть в почвенном растворе, в органическом веществе почвы и в твердой минеральной фазе почвы.

Азот

Азот входит в состав молекул белков и пептидов, хлорофилла, нуклеиновых кислот, фосфатидов и других органических веществ. Является, наравне, с фосфором и калием, важнейшим элементом в питании растений. Азот участвует в синтезе фитогормонов, ответственных за процессы старения и репродуктивного развития.

В азот азот присутствует преимущественно в органическом виде, поэтому его количество прямо пропорционально содержанию гумуса. Скорость разложения органических веществ почвы влияет на обеспеченность растений азотом.

Азот усваивается растениям преимущественно в аммонийной и нитратной формах. В силу подвижности азотсодержащих ионов и большого потребления растениями, требуется постоянное пополнение почвенных запасов этим элементов, что достигается применением минеральных и органических удобрений.

Важным источником азота в почве является процесс азотфиксации из атмосферы.

Фосфор

Фосфор находится в почве в виде минеральных и органических соединений. В дерново-подзолистых почвах треть фосфора связана органическими соединения, в черноземах примерно — половина.

Фосфор усваивается растениями в минеральной форме, поэтому фосфор, связанный органическими соединениями становится доступен растениям только после минерализации.

Минеральные формы фосфора представлены малорастворимыми и нерастворимыми фосфатами железа, кальция, алюминия, магния, калия и др. Количество доступного для растений фосфора значительно меньше его валового содержания в почве. Например, в серых лесных и дерново-подзолистых почвах валовое содержание фосфора (P2O5) составляет 1,2-3,6 т/га, при этом только 100-200 кг/га из них находится в доступной для растений форме.

Поступление фосфора в растение зависит от температуры. Повышение температуры в сухой период приводит к увеличению поступления фосфора. Однако в условиях сильной засухи возможен отток фосфора из надземных органов в корни и почву. Например, при кратковременном до 4 часов воздействии температур в пределах 37-41°С и влажности воздуха 16-19%, то есть при суховее, растения пшеницы, выращенные на фоне фосфорно-калийного удобрения, обладают более высоким осмотическим давлением и большим содержанием воды в тканях, что обеспечивает большую устойчивость растений к обезвоживающему действию суховея.

Калий

Калий содержится в почве преимущественно в форме солей и поглощенном состоянии — доступном (обменном) и недоступном (необменном) виде. Содержание калия в почвах относительно высокое, в глинистых почвах оно может достигать 2%, на песчаных — меньше.

Основным источником для растений калия является обменный калий, концентрация которого прямо пропорциональна его валовому содержанию, так как обменные и необменные формы находятся в химическом равновесии между собой.

Различные культуру, такие как картофель, овощные, корнеплоды и многолетние травы, предъявляют повышенные требованиям к содержанию калия, и называются калиелюбивыми.

Кальций и магний

Кальций и магний имеют большое значение в питании растений и одновременно влияют на условия питания через почву, регулируя реакцию среды, состав поглощенных катионов, солевой и ионный состав почвенного раствора.

Кальций особенно важен для растений на кислых почвах с малой буферностью и низкой степенью насыщенности основаниями.

Кальций ответствен за структурную и физиологическую стабильность растения. Он участвует в процессах клеточного деления, образовании клеточных стенок и растяжения клеток меристемы побега и корня. В незначительной степени может заменяться другими ионами.

Кальций участвует в транспорте нитритного азота, совместно с магнием и марганцем активирует около 20 ферментативных систем.

Магний приобретает значение на легких дерново-подзолистых почвах.

Магний входит в состав хлорофилла до 15-20% от всего количества, содержащегося в растении, и принимает участие в фиксации углекислого газа. Участвует в синтезе других пигментов, в около 300 ферментативных реакциях, обменных клеточных процессах, фосфорилировании. Его действие связано со способностью образовывать хелаты с органическими соединениями. Магний стабилизирует клеточные мембраны, наряду с ионами калия и кальция влияет на вязкость протоплазмы и содержание воды.

При недостатке кальция нарушается физиологическая уравновешенность почвенного раствора и сбалансированное потребление всех остальных питательных веществ. В растениях кальций участвует в процессах фотосинтеза и обмена веществ, регулирует кислотно-основное равновесие клеточного сока, влияет на формирование клеточных оболочек, участвует в передвижении углеводов, превращение азотистых веществ, в частности, ускоряет распад запасных белков семян при прорастании.

В растениях кальций находиться в виде карбонатов, фосфатов, сульфатов и солей пектиновой и щавелевой кислот. При определении содержания кальция в растениях, до 65% кальция извлекается водой, остальное количество — слабой уксусной и соляной кислотами.

Культуры потребляют разное количество кальция. Например, хозяйственный вынос СаО зерновыми культурами при урожайности зерна 2-3 т/га составляет 20-40 кг/га, зернобобовых — 40-60 кг/га. Картофель, сахарная свекла при урожайности 20-30 т/га выносят 60-120 кг СаО/га, клевер, люцерна при урожайности 20-30 т/га и подсолнечник (2-3 т/га) — 120-250 кг СаО/га, капуста (50-70 т/га) — 300-500 кг СаО/га. Потребность культур в кальции и их устойчивость к кислотности могут не совпадать. Так, все зерновые отличается небольшим потреблением кальция, однако рожь и овес устойчивы, а пшеница и ячмень чувствительны к кислотности почвы. Картофель и люпин более устойчивы к кислотности, но потребляют значительно больше кальция, чем зерновые.

Потери кальция из почвы возможны в результате вымывания осадками. В зависимости от гранулометрического состава, количества осадков, вида растительности, доз и форм извести и минеральных удобрений потери кальция из пахотного слоя варьируют от 10кг/га до 200-400 кг/га. На долю кальция в общем количестве вымываемых веществ приходится по эквивалентам 50-65% кальция и 30-35% магния.

Известкование за счет ускорения процессов аммонификации и нитрификации почвенного азота, органических и минеральных удобрений, приводит к росту концентрации нитратов, а хлорсодержащие удобрения — хлоридов. Эти анионы не сорбируются почвой и мигрируют с вытесненными из ППК кальцием и магнием в эквивалентных соотношениях. По этой причине концентрация кальция и магния в почвенном растворе при внесении высоких доз удобрений может возрастать в десятки раз.

Насыщенность фильтрационных вод кальцием и магнием увеличивается с увеличением степени окультуренности почв. Вымывание кальция и магния уменьшается при увеличении глубины почвы, причем часть вымытых из пахотного горизонта катионов в сухие периоды года возвращается с токами воды по капиллярам. По данным опытов ВИУА с хроматографическими колонками, в пахотный слой поднималось 14-35% кальция и 22-34% магния.

Наибольшие потери кальция и магния отмечаются в чистых парах, под посевами они снижаются и достигают минимума под многолетними культурами сплошного посева. При прочих равных условиях вымывание в 1,5-2,0 раза возрастает при переходе от тяжелых к легким почвам. По этой причине на легких песчаных и супесчаных почвах при возделывании капусты, люцерны, клевера может возникать необходимость во внесении кальция для улучшения питания этих культур.

До 10% магния входит в состав молекулы хлорофилла, а также фитина и пектиновых веществ. В основном он содержится в растущих органах и семенах, в отличие от кальция, может реутилизироваться в растениях. В семенах его содержание выше, чем в листьях, поэтому его недостаток сильнее сказывается на снижении товарной продукции культур.

Магний участвует в передвижении фосфора, активирует некоторые ферменты (фосфатазы), участвует в синтезе углеводов, регулирует окислительно-восстановительные процессы, усиливая восстановление эфирных масел, жиров, повышает содержание аскорбиновой кислоты и уменьшает активность пероксидазы.

Хозяйственный вынос магния (МgO) культурами колеблется от 10 до 80 кг/га. Максимальное количество магния выносится картофелем, сахарной и кормовой свеклой, табаком, зернобобовыми и бобовыми травами. Чувствительны к недостатку магния конопля, просо и кукуруза.

Сера

Сера необходима для роста и развития растений, влияет на величину и на качество продукции. Поглощение серы из почвы происходит в виде сульфат-иона SO42- — солей серной кислоты, например, СаSO4, МgSO4, К2SO4, (NH4)2SO4. Может поглощаться листьями из атмосферы в виде сернистого газа SO2.

Основная часть серы в растениях содержится в органической форме в составе белков, аминокислот, жиров, витаминов, ферментов, меньшая часть — в минеральной, преимущественно в виде СаSO4, форме.

Содержание серы в органах растений уменьшается при переходе от семян к листьям, стеблям и корням. Так, в зерновых колосовых культурах содержание серы (в процентах SO2 на сухое вещество) в зерне составляет 0,30-0,45%, в соломе — 0,12%; в семенах бобовых — 0,60-0,80%; в клубнях картофеля — около 0,35%, в ботве 0,55%; в корнях сахарной свеклы — около 0,2%, в ботве — до 1,0%

Максимальное содержание серы отмечается у семейств бобовых и капустных, значительное — лилейных и минимальное — злаковых. Хозяйственный вынос при средних урожаях (2 т/га) зерновых колосовых составляет 7-15 кг/га, бобовых трав — 20-30 кг/га, корнеплодов свеклы — 30-40 кг/га, капусты — 50-80 кг/га.

В почвах содержатся достаточные общие запасы серы, однако 70-90% сосредоточено в органической, недоступной для растений форме, становится доступной только после минерализации органического вещества. Серобактерии окисляют органическую серу до серной кислоты и сульфат-ионов SO42-.

Источниками минеральных форм серы для растений в почвах обычно немного, однако промышленные выбросы SO2 попадают с осадками в почву. Органические и серосодержащие минеральные [(NH4)2SO4, К2SO4, Са(Н2РO4)⋅СаSO4] удобрения компенсируют возможный дефицит серы. Поэтому, как правило, для возделываемых культур на большинстве почв не возникает дефицита серы. Дефицит может проявляться на бедных органическим веществом почвах при недостатке органических и минеральных удобрений, а также на окультуренных почвах при интенсификации земледелия.

Микроэлементы

Микроэлементы участвуют во многих физиологических и биохимических процессах растений, входят в состав большого количества ферментов, витаминов и ростовых веществ. Микроэлементы играют важную роль в жизнедеятельности почвенной микрофлоры.

К микроэлементам относятся: марганец, бор, медь, молибден, цинк, кобальт, йод.

Растения потребляют микроэлементы в очень небольших количествах. Недостаток или избыток сказывается на обмена веществ у растений. Например, недостаток микроэлементов у сахарной свеклы проявляется в виде гнили сердечка, у льна — бактериозом, у зерновых культур на торфянистых почвах — пустозерностью и т.д. Недостаток микроэлементов резко снижает урожай растений.

Марганец способствует избирательному поглощению ионов из внешней среды. При его дефиците содержание других микроэлементов повышается. Марганец влияет на передвижение фосфора из стареющих листьев к молодым.

Кобальт участвует в регуляции проницаемости плазмалеммы, улучшает поступление азота и других элементов в растения.

Молибден способствует поглощению растениями фосфора благодаря участию в метаболизме азота и может увеличивать обеспеченность растений этим элементом.

На поступление азота влияют также медь и бор.

Цинк изменяет проницаемость мембран для катионов калия и магния. У растений в условиях дефицита цинка отмечается повышенная концентрация неорганического фосфора. Он участвует в структурной организации клеток и регуляции транспорта ионов через клеточные мембраны.

Медь влияет на активность К—N3—АТФ-азы, способствует накоплению органических соединений фосфора в растениях. При достаточной обеспеченности медью, цинком и бором улучшается поступление магния в растения. 

Дожимные компрессорные станции

Ищете магний из наличия?

Баланс питательных веществ

Основная статья: Баланс питательных веществ в природе

Баланс питательных веществ — совокупность расхода и поступления питательных веществ в почву.

Источниками поступления питательных веществ являются:

минеральные и органические удобрения;

азотфиксация;

атмосферные осадки;

пыль;

растительные остатки;

приток веществ с поверхностными и грунтовыми водами.

Расходная часть баланса включает:

вынос с урожаем и зеленой массой;

сток с поверхностными и нисходящими токами воды;

потери от водной и ветровой эрозии;

разложение с выделением газообразных веществ;

отчуждение с частями сорных растений;

переход в недоступную для растений форму.

Доступность для растений питательных веществ

Валовое содержание элементов в почвах различно. Содержание кальция может меняться в 1310 раз, фосфора, магния, железа, меди, марганца, кобальта, бора — в 100-300 раз. Сильно варьируют в зависимости от типа почв и формы соединений, растворимых в 1 н. соляной кислоте: марганца — в 70, железа — в 1420 раз. Наименьшее колебание содержания отмечено для азота и калия — около 10 раз.

Для растений доступны все растворимые и обменно-поглощенные формы питательных веществ. Остальные соединения непосредственно недоступны и усваиваются только после перехода в более доступную форму, например, в результате разрушения первичных минералов в процессе выветривания, минерализации органического вещества. При изменении внешних условий часть макро- и микроэлементов может переходить в труднодоступную форму, например, при изменении реакции среды, усилении микробиологического закрепления питательных элементов.

Существенное влияние на доступность питательных веществ почвы оказывают сами растения. Изменение реакции среды под действием веществ, выделяемых растениями, способствует переходу недоступных соединений в усвояемую форму.

Поглощение питательных веществ растениями зависит от биологических особенностей культуры, почвенных свойств, уровня потенциального плодородия, минералогического и грануометрического состава, температуры, влажности, аэрации, реакции и концентрации почвенного раствора, освещенности. Так, ночью скорость поглощения калия, кальция и фосфора уменьшается в 1,5-3 раза.

Из общих (валовых) запасов в почвах элементов питания, как правило, для растений доступна незначительная их часть (1-10%).

Классификация почв по обеспеченности питательными элементами

В Казахстане применяется классификация почв по степени обеспеченности питательными элементами и реакции. Классификацию применяют при агрохимических обследованиях почв, составлении агрохимических карт (картограмм), паспортов полей и для расчетов оптимальных доз удобрений и мелиорантов под культуры применительно к конкретным природно-экономическим условиям.

Для отдельных регионов страны уровни обеспеченности растений питательными вещества уточняются на основании данных полевых опытов, видового и сортового разнообразия культур и почвенно-климатических условий.

Лекция №4