|
|
ОглавлениеГлава 1. История развития агрохимии Глава 4. Химическая мелиорация почв Глава 5. Азотное питание и трансформация азота в почве Глава 6. Фосфорное питание растений Глава 7. Калийное питание растений Глава 8. Комплексные удобрения Глава 10. Органические удобрения Глава 11. Удобрение сельскохозяйственных культур Глава 12. Удобрение зернобобовых культур Глава 13. Физиологические основы питания и удобрения гречихи и картофеля Глава 14. Особенности питания и удобрения сахарной свеклы Глава 15. Особенности питания и удобрения масличных культур Глава 16. Питание и удобрение овощных культур Глава 18. Удобрение многолетних трав Глава 19. Удобрение плодовых и ягодных культур Глава 20. Приемы, способы и сроки внесения удобрений Глава 21. Особенности удобрения овощных культур в защищенном грунте Глава 22. Биологическое земледелие Глава 23. Определение потребности сельскохозяйственных культур в удобрениях Глава 24. Агрохимия радиоактивных изотопов Для бесплатного чтения доступна только часть главы! Для чтения полной версии необходимо приобрести книгуГлава 2. Питание растенийСбалансированное питание растений макро- и микроэлементами контролирует многочисленные процессы обмена веществ и играет важнейшую роль в формировании урожая и его химического состава. К настоящему времени накоплен значительный практический опыт получения продукции заданного качественного состава регулированием минерального питания растений. Продовольственная безопасность нашей страны напрямую связанна с интенсивностью химизации земледелия в целом. Необоснованные предложения последних лет о необходимости перехода земледелия страны на адаптивно-ладшафтные ГИС-технологии лишь отвлекают внимание и средства от актуальных задач на инструментальные возможности метода и ничего общего не имеют с обеспечением населения продовольствием. Важно отметить, что вносимые с удобрениями элементы питания растений являются природными соединениями, которыми они питались миллионы лет, не оказывают негативного влияния на окружающую среду. Применение удобрений, наряду с повышением урожайности сельскохозяйственных культур и качества продукции, улучшает социальную и экологическую обстановку. Рассматривая вопросы химизации земледелия в экологическом аспекте, мы должны провести такую же четкую грань межу удобрениями и пестицидами, как между продуктами питания и лекарственными препаратами. Питание является важнейшей функцией растений, обусловливающей их рост и развитие. Благодаря усвоению СО2 из атмосферы в результате фотосинтеза и способности синтезировать сложные органические соединения из простых неорганических веществ для построения своих тел, растения приобрели полную независимость от готовых источников энергии и других организмов. Первоначальные предположения, что элементы питания поступают в растения в результате диффузии через поры клетки (Дютроше, 1837) или в результате диффузионноосмотических процессов (Пфеффер, 1886 и др.) в настоящее время пересмотрены с учетом новых научных данных. Современные представления о питании растений основаны на исследованиях многих зарубежных и отечественных ученых. Средний химический состав сухой массы растений (%): углерод — 45, кислород — 42, водород — 6,5, азот — 1,5, зольные элементы (после сжигания растений — калий, кальций, магний, фосфор, сера, кремний и др.) — 4–6%. В растущих растениях содержание элементов другое (% к сырой массы): кислород — 70, углерод — 18, водород — 10, кальций — 0,5, азот — 0,4, калий — 0,3, кремний — 0,15, фосфор — 0,1, магний — 0,07, сера — 0,05, хлор — 0,04, натрий — 0,02, алюминий — 0,02, железо — 0,02. Растения содержат и способны поглощать практически все элементы периодической системы, присутствующие в почве, воде и воздухе. В них обнаружено более 75 химических элементов. Некоторым из растений свойственно аккумулировать в органах аномально большое количество элементов, не участвующих непосредственно в процессах обмена. В настоящее время установлено, что для роста и развития растений жизненно необходимы 20 элементов: C, H, O, N, P, S, K, Ca, Mg, Fe, B, Cu, Zn, Mn, Mo, Co, Na, Cl, I, V и 10 условно необходимых элементов: Si, Se, Sr, F, Ag, Li, Ni, Ti, Cr, Al. Незаменимыми являются такие элементы питания, без которых растения не в состоянии завершить свой жизненный цикл «от семени до семени». Эти элементы называются биогенными или биофильными. Каждый из них выполняет в растении определенную биохимическую и физиологическую роль. Отсутствие или острый недостаток необходимого элемента вызывает глубокие нарушения биохимических процессов обмена веществ, приводящих к морфологическим изменениям органов и гибели растений. Условно необходимые элементы не принимают непосредственного участия в процессах обмена веществ в растениях. Отсутствие их далеко не во всех случаях приводит к снижению урожая. Например, кремний в относительно больших количествах содержится в злаковых культурах (соломе и сене) и тем самым значительно повышает устойчивость их к полеганию и болезням, однако исключение кремния из питательного раствора, как правило, не оказывает существенного влияния на рост растений и урожай. Поэтому нельзя сказать, что он незаменимый. Физиологическое значение элементов устанавливали при выращивании растений в водных или песчаных культурах, содержащих все необходимые элементы питания, кроме исследуемого. В зависимости от содержания элементов в растениях их подразделяют на макроэлементы, микро- и ультрамикроэлементы. К макроэлементам относятся необходимые элементы, содержание которых в растениях варьирует от десятков до сотых долей процента (.% –10–2%): C, O, H, N, P, K, Ca, Mg, Na, S. К микроэлементам относятся: В, Cu, Zn, Mn, Мо, Со и Fe. Их содержание в растениях колеблется в пределах 10–2–10–5%. Они входят в основном в состав многочисленных ферментов. Ультрамикроэлементы содержатся в растениях в количестве менее 10–5%. Их физиолого-биохимическая роль до настоящего времени четко не установлена. В малых количествах они присутствуют в воде, воздухе, солях, используемых в качестве удобрений, в материале сосудов, используемых для проведения вегетационных опытов, и других средах. К ультрамикроэлементам относятся Ag, Au, Cr, Ni, W, Br, U, Rb, Se, Cs и др. Об ультрамикроэлементах можно сказать, что никто экспериментально не доказал и никто не опроверг их физиологическую значимость для растений, поэтому к ним на таком же основании можно отнести все химические элементы, не вошедшие в группу макро- или микроэлементов. Четыре элемента, которые при озолении (сжигании) растений образуют соответствующие газообразные соединения и улетучиваются: С, О, Н и N, — называются органогенными. На их долю приходится в среднем около 95% сухой массы растений. Оставшиеся в золе растений элементы (примерно 5% от сухой массы) относятся к зольным элементам. Зола является важным показателем условий произрастания растений и качества продукции. В семенах злаковых культур содержание золы составляет в среднем — 2%, бобовых — 2–3%, масличных — 3–4%. В стеблях растений, выращиваемых в зоне достаточного увлажнения содержание золы — 4–5%, в степных районах — 6–9% и соответственно в листьях 4–7 и 8–10%. Состав золы растений представлен в табл. 2.1. Таблица 2.1 Примерное содержание отдельных элементов в золе растений (в %)(Вильдфлуш и др., 2005)
Растения потребляют элементы питания в основном в неорганической ионной форме — в виде катионов и анионов (табл. 2.2). Питательные вещества, входящие в состав органических удобрений и гумусовых веществ почвы (N, P, S и др.), становятся доступными растениям лишь после их минерализации и перевода в ионнyю форму. Таблица 2.2 Основные формы потребления элементов питания растениями(Кидин, 2008)
Азот является важнейшим элементом питания всех растений и животных. Его содержание в варьирует в пределах 2–6% от сухой массы. Трудно найти в растениях какой-либо класс соединений, не содержащих азот. Наряду с углеродом, кислородом, водородом, фосфором, серой азот является строительным материалом для образования ткани растений. Он входит в состав важнейших органических веществ: аминокислот, белков, нуклеиновых кислот, нуклеопротеидов, АТФ, фосфолипидов, алкалоидов, ферментов и др. Доступный азот растения получают главным образом из гумуса почвы в результате его минерализации или удобрений. Если азотные удобрения не вносились, то по выносу азота урожаем можно легко подсчитать количество минерализованного гумуса, исходя из того, что в гумусе содержится около 5% азота. Азот гумуса является основным источником питания растений. В почве содержание минерального азота колеблется в пределах 1–3% в органической форме 97–99% от валового количества. Фосфор является незаменимым элементом питания, важной составной частью растений. Он входит состав нуклеиновых кислот, нуклеопротеидов и других соединений, играющих важную роль в синтезе белковых веществ, росте и развитии. Фосфор входит также в состав ферментов и витаминов, сахарофосфатов, фосфатидов, большое количество его в фитине и в минеральных соединениях. Фосфатиды контролируют проникновение и обмен веществ в клетках. Нуклеиновые кислоты — дезоксирибонуклеиновая (ДНК) и рибонуклеиновая (РНК) участвуют в синтезе белка. Фосфор оказывает большое влияние на обмен веществ в клетке, он является основным источником и носителем энергии для физиологических процессов в растениях. Фосфор принимает также участие в любом обмене веществ в растениях, способствует развитию надземной массы и корневой системы растений. При низком содержании подвижных фосфатов в почвах припосевное внесение фосфорных удобрений заметно улучшает рост растений. Большое влияние оказывает фосфор на урожайность и качество продукции. Фосфор способствует процессам оплодотворения, ускоряет формирование плодов и их созревание. Почва является основным источником фосфатов для питания растений. В отличие от азота в природе нет естественных источников пополнения запасов фосфора в почве, поэтому основной путь повышения содержания в почве Р2О5 — фосфорные удобрения. Без фосфора, как и без азота, рост растений невозможен. Калий. Физиологическая роль калия в жизни растений состоит, прежде всего, в поддержании необходимого физико-химического состояния протоплазмы клетки, уравновешивании ее электростатического потенциала, благодаря чему поддерживается консистенция, вязкость и оводненность цитоплазмы. Как необходимый элемент питания, калий оказывает влияния на все биохимические процессы клетки: углеводный, белковый, липидный обмен. Особенно большую роль калий играет в углеводном обмене растений. Он способствует накоплению растворимых углеводов и транспортировке их в запасные органы. Калий увеличивает гидрофильность коллоидов протоплазмы, что поддерживает организм в активном состоянии. Он увеличивает поступление воды в растение, повышает осмотическое давление и тургор, уменьшает испарение воды растениями, они становятся более устойчивыми к засухе. Большая часть калия (около 80–85% общего содержания) находится в виде катионов в клеточном соке, остальная часть адсорбирована коллоидами протоплазмы в обменном состоянии. Значительная часть калия уравновешивает отрицательные заряды органических соединений. Поскольку калий в тканях растений не образует нерастворимых соединений, а весь находится в ионном состоянии, то довольно легко выщелачивается из стареющих тканей растений в период дождей. Внесение калийных удобрений повышает содержание сахаров в растениях, снижает развитие корневых гнилей, улучшает лёжкость продукции плодовых и овощных культур. Кальций. Физиологическая роль кальция в растениях значительна, прежде всего в углеводном и белковом обмене растений. Дефицит кальция сказывается на развитии надземной массы и корней растений. При недостатке кальция на корнях растений перестают образовываться корневые волоски, которые участвуют в поглощении растениями воды и элементов питания. Недостаток кальция вызывает ослизнение корней, наружные клетки корня разрушаются, поскольку пектиновые вещества и липоиды клеточных стенок в отсутствии кальция растворяются и значительная часть корня превращается в слизистую бесструктурную массу и загнивает. В растениях кальций выступает в качестве антагониста калия. Кальций в отличие от калия уменьшает дисперсность коллоидов и оводнённость протоплазмы. Кальций поддерживает физиологическую уравновешенность катионного состава среды, стабилизирует состояние протоплазмы. С возрастом количество кальция обычно увеличивается в старых клетках, где образует соли щавелевой кислоты. Соотношение между потерями кальция в результате вымывания и выносом с урожаем растений варьирует в диапазоне 3–4:1. Магний играет важную роль в процессе фотосинтеза растений. Большое значение магния в питании растений обусловлено вхождением его в состав хлорофилла. При оптимизации магниевого питания повышается интенсивность фотосинтеза, вязкость протоплазмы, жаростойкость и водоудерживающая способность растений. Он входит в состав ферментов, участвующих в углеводном и белковом обменах. Магний участвует в процессах трансформации фосфорных соединений в растении, ответственных за дыхание. Применение магнийсодержащих удобрений существенно улучшает азотный обмен в растениях и увеличивает его содержание в них. Сера является незаменимым элементом питания. Она входит в состав трех аминокислот: цистина, цистеина, метионина, ферментов и биологически активных соединений. Она входит в состав всех белков, растительных и горчичных масел, ферментов, витаминов и других соединений, которые участвуют в обмене веществ. Вопросы серных удобрений остро встали лишь в последние годы, в связи с ограничением производства простого суперфосфата, содержащего гипс. Основным источником серного питания растений являются в основном соли серной кислоты (сульфаты). Небольшая часть серы может использоваться также листьями из воздуха в виде сернистого газа (SO2). Наиболее высокая физиологическая потребность в сере у культур семейства крестоцветных, бобовых и значительно меньше у злаковых. Источником серы для растений является гумус почвы, в котором находится примерно 80–90% от валового количества серы в почве. Главным источником серы для растений являются сульфаты органических и минеральных удобрений. Основные органы питания растений — это лист и корень. Листья, потребляя СО2 из воздуха, обеспечивают растения углеродным питанием, корни выполняют несколько функций, главными их которых являются поглощение из почвы питательных веществ и воды. Через листья в растения поступают преимущественно СО2, и О2 и некоторые газы: NН3, SО2, N2O, NO, Н2S. Однако они также не лишены способности усваивать элементы питания, находящиеся в ионной форме (катионы и анионы). Способность надземных органов растений усваивать элементы питания широко используется в практике сельского хозяйства. С помощью некорневых подкормок зерновых культур азотными удобрениями (в основном мочевиной), овощных и плодовых культур — микроудобрениями можно в значительной мере компенсировать дефицит элементов питания в растениях и существенно повысить урожайность и/или качество продукции. 2.1. Химический состав растенийСодержание основных элементов питания в растениях, определяющих урожайность и качество продукции, зависит от их биологических особенностей, агротехники, климатических условий и других экологических факторов. В зерне злаковых культур содержание азота и фосфора, как правило, в 4–5 раза выше, а калия в 2–3 раза ниже, чем в побочной продукции (соломе). Наиболее высоким содержанием азота, фосфора, кальция и магния отличаются бобовые культуры (табл. 2.3). Большинство зерновых, зернобобовых и масличных сельскохозяйственных культур в репродуктивных органах содержат 85–90% сухих веществ, воды — 7–15%. Зеленые вегетативные органы растений, напротив, содержат 85–95% воды и 5–15% сухих веществ. В зеленой массе злаковые, бобовые и другие сельскохозяйственные культуры отличаются высоким содержанием воды. Клубни картофеля содержат 75–85% воды и сухого вещества 15–25%, корнеплоды сахарной свеклы содержат воды 75–80%, корнеплоды столовой свеклы, моркови — 85–90%, капуста — 90–93%, плоды томатов — 88–92%, огурцы содержат 96% воды и только 4% сухого вещества. Сухое вещество растений на 92–95% состоит из органических соединений и на 5–8% из минеральных. Наиболее важные органические вещества растений — белки, жиры, крахмал, сахар, клетчатка, пектиновые вещества и другие азотистые и безазотистые соединения. Таблица 2.3 Содержание азота и зольных элементов в урожае основныхсельскохозяйственных культур, в% от сухой массы (Вильдфлуш и др., 2005)
Все незаменимые элементы оказывают большое влияние не только на урожайность культур, но и на качество продукции (табл. 2.4). Химический состав растений в течение вегетации постоянно меняется. В молодом возрасте поглощение элементов питания культурами заметно опережает синтез растениями органических веществ. Например, у кукурузы максимально интенсивное поглощение элементов питания происходит в фазе 7–9 листьев, у картофеля максимальное поглощение элементов минерального питания отмечается в июле, у сахарной свеклы — в августе. Растения в молодом возрасте потребляют элементы питания больше необходимого, как бы в запас, и в дальнейшем используют при синтезе органических веществ. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
