Значна інформація про роль оболонки в первинному поглинанні іонів була отримана в роботах, присвячених питанню локалізації так званого вільного простору. Д Б. Вахмістров (1969) довів, що вільний простір локалізований у клітинній оболонці і не поширюється на цитоплазму. Цей висновок прийшов на зміну раніше пануючим уявленням, згідно яким основним місцем адсорбції іонів була протоплазма.

Ряд досвідів, виконаних на ізольованих клітинних оболонках позбавлених слідів цитоплазми, показав їх високу адсорбційну ємність.

Таким чином, сорбційні властивості клітинної оболонки повинні значно впливати на процес поглинання іонів рослинною клітиною. Припускають, зокрема, що в результаті адсорбції при дуже низьких іонних концентраціях відбувається значне концентрування речовин на фазовій границі клітина/зовнішній розчин. Показано, що клітинна стінка, як перший бар'єр на шляху проникнення елементів мінерального живлення, є слабкокисла катіонообмінна мембрана, матриця якої утворена целюлозою і несе певну кількість карбоксильних груп, що зв'язують катіони. Притягування до клітинної стінки позитивно заряджених часток збільшує концентрацію розчинних речовин, що приводить до підтримки в клітинній стінці більш високого осмотичного тиску, ніж у розчині.

Ключову роль у здійсненні контролю за рухом іонів із клітини в клітину відіграє плазмалема. Для елементів мінерального живлення вона служить просто бар'єром, що обмежує їх рух по градієнту концентрацій. Однак для деяких іонів роль плазмалеми більш специфічна. У цих випадках у мембранах включаються механізми, що полегшують рух іонів через мембрану по градієнту їх концентрацій. Це відбувається тоді, коли клітини активно накопичують які-небудь іони, концентрація яких повинна підтримуватися на низькому рівні. При такому активному транспорті іонів через мембрану витрачається енергія, накопичена у формі АТФ.

Отже, по своєму відношенню до енергетичних процесів транспортні системи рослин поділяють на пасивні й активні механізми. Пасивні механізми приводять лише до прискорення вирівнювання концентрації речовин у зовнішнім середовищі і у внутрішньому об`ємі клітин. Вважається, що рушійною силою такого процесу є концентраційний градієнт, і тому передбачається, що перенос, що є власне кажучи полегшеною дифузією, відбувається без додаткової витрати енергії.

1.4 Фізіологічні основи використання мінеральних добрив

Використання мінеральних добрив — основний засіб підвищення врожайності сільськогосподарських культур. За рахунок азоту, фосфору, калію та інших дефіцитних у землеробстві елементів, які містяться у відповідних типах мінеральних добрив, культурні рослини краще використовують енергію Сонця і ґрунтово-кліматичні фактори, що дає змогу одержувати додаткові врожаї. Нестачу цих елементів неможливо замінити ніякими іншими агротехнічними заходами.

Ефективність добрив залежить від потреб рослин у поживних елементах і здатності ґрунту задовольняти ці потреби. Таку взаємозалежність образно виразив Д. М. Прянишников [9] у вигляді трикутника, де у вершинах кутів розташовуються рослина — грунт — добрива, причому рослина розміщена у верхньому куті. Цим підкреслюється, що рослина і її врожайність — основа всіх проблем економічних і біологічних наук у практиці сільського господарства. Існують три загальноприйняті правила діагностики живлення.

• Впродовж вегетаційного періоду контролюють ступінь забезпечення посіву майбутнього врожаю основними елементами живлення. Основою діагностики живлення є хімічний склад рослин протягом вегетації. Одночасно з хімічним аналізом рослин слід враховувати етапи їхнього росту і розвитку.

• Визначають кілька поживних елементів, причому не менше трьох основних — азот, фосфор, калій.

• Зіставлення даних хімічної діагностики з урахуванням особливостей росту рослин та кліматичними умовами й агротехнікою.

Рослинна діагностика не замінює ґрунтових аналізів, а слугує для глибшого розуміння забезпечення рослин поживними речовинами в конкретних умовах їх вирощування.

Це дає змогу уточнити необхідний і ефективніший склад виду добрив. Облік винесення основних поживних елементів (азоту, фосфору, калію) сільськогосподарськими культурами — один з найважливіших показників, необхідних для встановлення раціональних доз добрив.

Показники винесення поживних речовин польовими культурами відображають зональний характер, що зумовлюється сортовими особливостями культур, зміною умов вирощування та зоною поширення окремих культур. Кількість доступних для рослин поживних речовин у ґрунті залежить також і від кількості внесених добрив. Тому в інтенсивних технологіях землеробства саме добривам належить основна функція створення в ґрунті оптимальних гармонійних співвідношень між елементами живлення [9].

Для визначення доз треба враховувати неврівноважене співвідношення між поживними речовинами ґрунту і вносити поправки в дози застосовуваних добрив, щоб привести кількісне співвідношення N : Р: К у ґрунті у відповідність до потреб кожної культури. У практиці землеробства найчастіше доводиться мати справу з азотними, фосфорними та калійними добривами.

Азотні добрива характеризуються високою ефективністю в усіх ґрунтово-кліматичних зонах. За підрахунком відомого агрохіміка О. В. Петербурзького [9], 1 кг азоту міндобрив за високої агротехніки забезпечує приріст урожаю зерна 20 кг/га. Залежно від форми азоту азотні мінеральні добрива поділяють на чотири групи:

• аміачні (азот міститься у формі аміаку — амоній сульфат, амоній хлорид, аміачна вода);

• нітратні (аніон нітратної кислоти — натрієва і кальцієва селітра);

• аміачно-нітратні (аміачна і вапняно-аміачна селітра, сульфат і нітрат амонію);

• амідні (азот в органічній амідній формі — сечовина, кальцій ціанід).

Нітратний азот не вбирається ґрунтом, легко розчиняється у воді, проникає у глибші шари і швидко поглинається рослинами. Тому нітратні, а також аміачно-нітратні солі слід використовувати для підживлення рослин під час вегетації, а також для внесення у невеликих дозах у рядки та гнізда під час сівби. Нітратний азот може легко вимиватися з ґрунту в разі достатнього зволоження, особливо в умовах зрошення, а також на легких дерново-підзолистих ґрунтах, унаслідок чого в таких умовах можливі значні його витрати.

Аміачний азот вбирається ґрунтом і локалізується в місцях внесення добрива й вимивається тільки після переведення його в нітратну форму під впливом нітрифікації. Ці добрива слід вносити восени.

У виробничих умовах для успішного формування бобово-ризобіального симбіозу важливим моментом, поряд із внесенням мінеральних добрив, є зараження кореневої системи рослин бульбочковими бактеріями. Досягається це шляхом передпосівного обробітку насіння бобових культур бульбочковими бактеріями або через внесення їх у ґрунт як спеціального препарату — нітрагіну. Передпосівна інокуляція зерна нітрагіном — досить ефективний агроприйом, який забезпечує підвищення врожаю бобових культур на 5...30 %. Успіх нітрагінізації значною мірою залежить від штаму бактерій, внесення в ґрунт фосфорно-калійних добрив, а також сірки, кальцію і молібдену. Використовується також азотобактерин, який збагачує ґрунт азотфіксаторами, що вільно існують.

Ефективність дії фосфорних добрив залежить від властивостей ґрунту і особливостей культур, у разі правильного застосування яких приріст урожаю на 1 кг Р₂О₅ становить для зернових у середньому 5... 10 кг/га. Ці добрива не тільки підвищують урожай, а й прискорюють достигання сільськогосподарських культур. Особливо помітний вплив їх у більш ранні фази розвитку рослин. З фосфорних добрив найбільше використовують суперфосфат (звичайний порошкоподібний або гранульований і марганізований, а також подвійний), фосфатшлак мартенівський, фосфоритне борошно, знефторений фосфат.

Суперфосфат — найпоширеніше фосфорне добриво. Найкращі результати від його внесення на солонцюватих ґрунтах, бо на кислих за ефективністю він поступається нейтральним фосфорним добривам.

Фосфатшлак (фосфоритне борошно) слід вносити на кислих дерново-підзолистих і опідзолених ґрунтах, а знефторений фосфат — На дерново-підзолистих і опідзолених та вилугуваних чорноземних Ґрунтах.

За даними багатьох дослідів, приріст товарної продукції від 1 кг К₂О (діючої речовини калійного добрива) для зернових культур становить 3,8 кг/га. До концентрованих калійних добрив належать калій хлорид, калійна селітра, калій сульфат, калімагнезія. Остання — особливо цінне добриво на легких дерново-підзолистих ґрунтах для культур, які негативно реагують на хлор [9].

До складних мінеральних добрив належать азотно-фосфорні: амофос, діамофос, нітрофос, амонізований суперфосфат; азотно-калійні: калійна селітра; азотно-фосфорно-калійні: нітроамофоски, діамонітрофоски, нітрофоски (останні найпоширеніші з усіх складних мінеральних добрив).

Нормами (дозами) добрив називають розраховану чи фактичну кількість добрив, яку вносять на 1 га. Як правило, норму виражають у кілограмах діючої речовини (N, Р₂О₅ і К₂О), яку вказують за відповідного поживного елемента (наприклад, N₆₀P₈₀K₉₀).

Щоб виразити норму внесення мінеральних добрив у їхній фізичній масі, слід задану норму в кілограмах поживних речовин розділити на відсотковий вміст поживної речовини у відповідному добриві.

Для того щоб окремі типи мінеральних добрив перерахувати на умовні одиниці поживних елементів (азотні добрива в перерахунку на амоній сульфат із вмістом 20,5 % N, фосфорні — на простий суперфосфат із вмістом 18,7 % Р₂О₅, калійні добрива — на калійну сіль із вмістом 41,6 % К₂О) та фізичну масу, використовують такі коефіцієнти: азотні добрива — 4,88; фосфорні — 5,35; калійні добрива — 2,40.

Для переводу мінеральних добрив у 100 %-й вміст поживних речовин фізичну масу даного добрива множать на величину відсоткового вмісту в них поживних речовин і ділять на 100.

У складних добривах кількість поживної речовини визначають так само окремо за азотом, фосфором, калієм. Останнім часом усі поживні речовини в добривах, ґрунті та рослині виражають в елементарній формі, тобто не в формі оксидів, а у вигляді елементів. Наприклад, коефіцієнти перерахунку з оксидів на елементи пожив них речовин і, навпаки, для фосфору і калію такі: Р₂О₅ — 0,4364 Р; Р — 1,2911 Р₂О₅; К₂О — 0,8301 К; К — 1,2046 К₂О.

Визначаючи дози добрив, важливо враховувати потреби різних культур в окремих елементах живлення. Розрізняють господарський, винос, тобто такий, де поживні речовини у рослинах є частиною врожаю, і біологічний, що становить максимальну кількість поживних речовин, яку винесено з ґрунту протягом вегетаційного періоду. Різні культури значно відрізняються за величиною поживних речовин. Якщо озима пшениця для створення врожаю 40 ц/га потребує в середньому 132...150 кг азоту, 43...60 кг фосфору і 85...112 кг калію, то для вирощування 400 ц/га цукрових буряків ці цифри становлять відповідно 180...220; 60...80 і 220...300.

За науково обґрунтованого програмування врожайності і визначення оптимальних доз добрив слід враховувати такі основні умови:

• загальну потребу даної культури в поживних елементах залежно від запрограмованого врожаю (основної і побічної продукції) та умов вирощування;

• можливе використання рослинами поживних речовин ґрунту;

• техніку внесення добрив;

• коефіцієнти використання рослинами поживних речовин запланованих добрив;

• економічні й організаційно-господарські умови, які визначають економічну ефективність різних доз добрив.

В Україні в усіх природних зонах у разі внесення мінеральних добрив спостерігається певна закономірність ефективності дії добрив на різних ґрунтах:

• на дерново-підзолистих і підзолистих ґрунтах високу ефективність, якщо провести вапнування, дають азотні, фосфорні та калійні добрива, на невапнованих ґрунтах — високоефективне - фосфоритне борошно;

• на сірих лісових ґрунтах, вилугуваних і опідзолених глибоких Малогумусних чорноземах найефективніші азотні добрива, а на їхньому фоні — й фосфорні та калійні;

• на звичайних, карбонатних і південних чорноземах високий ефект дають фосфорні добрива і середній — азотні; дія калійних добрив дещо слабша;

• на темно-каштанових і каштанових ґрунтах можна вносити у рядки фосфорні добрива.

Слід зауважити, що в умовах зрошення на цих ґрунтах високоефективні всі добрива. Для одержання високоякісних врожаїв сільськогосподарських культур, крім мінерального живлення, необхідно забезпечити оптимальний водний режим і найкращі умови для функціонування фотосинтетичного апарату рослинного організму.

Розділ 2. Класифікація добрив

2.1 Мінеральні добрива

Азотні добрива. Азот входить до складу найважливіших рослинних сполук, що відіграють провідну роль у всіх процесах життєдіяльності. . Він міститься в білках, нуклеїнових кислотах, фосфатидах, пептонах, поліпептидах, амінокислотах, хлорофілі, ферментах, токсинах, антитоксинах, вітамінах та ін. Нестача азоту призводить до зниження вмісту в рослині сполук, які містять азот, і в результаті — до порушення нормального перебігу життєвих процесів. Особливо сильно нестача азоту позначається на рості рослин. В результаті підсилення азотного живлення рослини розвивають міцну вегетативну масу, в них збільшується вміст білка, спостерігається загальне зростання урожайності. Регулюючи азотне живлення рослин, можна не тільки впливати на абсолютну величину врожаю, а й на його якість та структуру. Так, під час посиленого живлення рослин азотом збільшується кількість зеленої маси (наприклад, при вирощуванні силосних культур) і білка (наприклад, у зерні пшениці). Навпаки, при зниженні азотного живлення зменшується вміст азотних речовин у рослинах (наприклад, високий вміст азотних речовин в цукровому буряку знижує його якість).

Азотне живлення рослин регулюють переважно застосуванням різних мінеральних азотних добрив. Азотні добрива за своїм складом і агрономічними властивостями дуже неоднорідні. Найчастіше використовують, тверді азотні добрива, рідше — рідкі (аміачна вода, аміакати). Проте дуже перспективним і економічно вигідним добривом є рідкий аміак. За формою азотні мінеральні добрива поділяють на нітратні (в яких азот знаходиться у формі NO₃^-), аміачні (з азотом у формі NH₄⁺), аміачно-нітратні (азот як у формі NO₃^-, так і NH ₄⁺)та амідні добрива (форма азоту NH₂^-).

Аміакати — це розчини різних азотних добрив (аміачної, кальцієвої селітр або сечовини) в аміаку. При цьому досягається збільшення вмісту азоту до 35 % і більше. Проте аміакати сильно роз'їдають метали, тому зберігають їх в особливих цистернах з алюмінію, нержавіючої сталі або із спеціальними покриттями. Це утруднює транспортування їх і внесення в грунт.