Почвенное питание растений

Растения в почве питаются в основном неорганическими соединениями в виде ионов. Они могут поглощать некоторые органические соединения (отдельные аминокислоты, при определенных условиях – мочевину, фитин и др.). Азотное питание у бобовых и некоторых других культур осуществляется также за счет фиксации азота воздуха при участии клубеньковых бактерий. При корневом питании растения ассимилируют необходимые им элементы (N, P, К, S, Mg, Ca, Fe, Mn, Cu, Zn, Mo, B, Co и др.).

Минеральное питание включает также передвижение в растениях элементов и вторичное их использование (реутилизация). Образующееся в почве и вносимые в виде удобрений питательные соли растворяются в почвенном растворе и распадаются (диссоциируют) на ионы, которые поглощаются корнями растений. Корни все время дышат и, следовательно, выделяют окись углерода, которая, растворяясь в клеточном соке, образует угольную кислоту, диссоциирующую на ионы. Эти ионы насыщают поверхность корней и корневых волосков и могут обмениваться на катионы и анионы почвенного раствора. Обменное поглощение обеспечивает первый этап питания – насыщение поверхности корней и корневых волосков ионами питательных солей.

Поглощение, передвижение и превращение солей связаны с дыханием корней, при котором выделяются и энергия, и необходимые вещества для усвоения азота и других элементов питания. Это определяет важность создания всех условий для дыхания корней: обеспечение их кислородом (хорошая аэрация почвы), углеводами (за счет фотосинтеза или имеющихся в растении запасов), а также соблюдение соответствующей температуры, отсутствие в питательном растворе ядов.

Минеральные и образовавшиеся из них органические вещества из корневой системы передвигаются к листьям и растущим органам растений. Скорость и пути перемещения элементов минерального питания в надземной части регулируется растением.

Поступая в растения в виде минеральных соединений, элементы питания сразу же включаются в обмен веществ. Уже через несколько минут после внесения меченого фосфора он был обнаружен во всех органах растений и не только в минеральной форме, но и в составе многих органических соединений. С помощью меченого изотопа установлено, что аммонийный и нитратный азот очень быстро вступают в синтез аминокислот и белка в растениях.

Усваиваемые растениями питательные вещества в виде неорганических солей азота, фосфора, калия и других элементов диссоциируют в почвенном растворе на ионы. Однако в почвенном растворе содержится только часть усваиваемых растениями питательных веществ. Основная же масса ионов аммония, калия, кальция, магния и других катионов находится в адсорбированном состоянии в почвенном поглощающем комплексе. Полностью в почвенном растворе присутствует нитратный азот. Поглощающий комплекс постоянно взаимодействует с почвенным раствором, и катионы, адсорбированные им, вступают в обменные реакции с катионами почвенного раствора, в том числе и ионами водорода, всегда присутствующими вследствие диссоциации воды.

Если растения поглощают из почвенного раствора ионы какого-либо элемента, например калия, то запасы его вновь пополняются в результате десорбции калия из поглощающего комплекса.

Процесс поступления ионов питательных веществ в растения складывается из трех этапов: высвобождения ионов из твердой фазы почвы в почвенный раствор и передвижения их к наружной поверхности корней; проникновения ионов в корни; передвижения их из корней в надземные органы растения.

В связи с тем, что концентрация ионов питательных веществ в почвенном растворе обычно очень низкая, то и абсолютное количество их в усвояемом состоянии в почве незначительное. Так, в почвенном растворе пахотного слоя на площади 1 га содержится от 3 до 15-20 кг калия, а фосфора – в 1,5-2 раза меньше. Для создания нормального урожая растениями требуется значительно больше этих элементов питания.

Концентрация того или иного питательного вещества в почвенном растворе зависит от общего содержания и формы его соединений в твердой фазе почвы, характера взаимодействия с другими почвенными ингредиентами, величины рН, биологической активности почвы и т.д. Концентрация ионов аммония, калия, магния, кальция и других катионов в почвенном растворе в значительной мере определяется количеством их в обменной форме в составе почвенного поглощающего комплекса.

Растворимость фосфатов зависит от концентрации ионов кальция и рН раствора. Но влияние этих факторов на растворимость различных форм почвенных фосфатов не всегда одинаково. Так, уменьшение концентрации кальция в почвенном растворе и увеличения кислотности на черноземах, содержащих кальциевые фосфаты, повышает растворимость последних. Но при подкислении почвенного раствора дерново-подзолистых почв, содержащих фосфаты железа и алюминия, растворимость фосфатов, наоборот, снижается.

Ионы питательных элементов, передвигающиеся с водой, поддерживают не только соответствующую концентрацию раствора на границе корни – почва, но и соответствующий уровень адсорбированных ионов в твердой фазе почвы в непосредственной близости от корней. Таким образом, чем интенсивнее движение воды в зоне корней, тем выше концентрация раствора и тем благоприятнее складываются условия для снабжения растений питательными веществами.

Различают три механизма поступления питательных веществ на поверхность корней: непосредственное соприкосновение (контакт); перенос с током воды (массовый поток); диффузия. Для разных элементов их роль неодинакова. Для кальция преобладает контакт и перенос с водой; для нитратов – перенос с водой и диффузия; для калия и фосфора – диффузия.

Питательные вещества наиболее энергично поступают в растения в период активного роста. По мере старения растений поступление питательных элементов из почвы снижается. Накопление во время активного роста ионы отдельных питательных веществ при старении в какой-то степени могут даже выделяться из растений во внешнюю среду в результате экзосмоса.

У сельскохозяйственных культур наблюдается неодинаковая потребность в азоте, фосфоре и калия. При максимальном развитии у многих растений ассимилирующая поверхность (листья) нуждается в усиленном азотном питании. В дальнейшем при умеренном азотном питании и усиленном фосфорно-калийном лучше обеспечивается синтез репродуктивных органов. Это можно отнести к сахарной свекле, картофелю и другим культурам. Из злаков наиболее растянут период поглощения питательных веществ у озимых хлебов. У озимых пшеницы и ржи содержание азота и калия достигает максимума в конце цветения – начале созревания зерна, а поступление фосфорной кислоты продолжается вплоть до полной спелости зерна. Поступление калия заканчивается в конце колошения озимых культур, после чего он перераспределяется и повторно используется растениями. Существенные потери калия (20-30%) наблюдаются при отмирании листьев, выделении его соединений в почву и других причинах. У яровых культур активное поглощение питательных веществ непродолжительно (у овса – 40-55 дней.) У зерновых, бобовых этот период почти в 2 раза больше, особенно растянуто поступление фосфора.