13831 (Корневое питание растений)

4

1. Корневое питание растений. Избирательное поглощение элементов питания растениями.

Питание растений - процесс поглощения и усвоения из окружающей среды химических элементов, необходимых для их жизни. Одни питательные элементы растения поглощают из воздуха в форме углекислого газа и молекулярного кислорода, другие - из почвы в форме воды и ионов минеральных солей. Соответственно различают воздушное (фотосинтез) и почвенное (корневое) питание.

Усложнение растений, увеличение их размеров сопровождалось появлением различных органов и тканей, выполняющих функцию поглощения и передвижения веществ. Большинство растений поглощает воду и минеральные вещества из почвы корнями. Корень называют нижним концевым двигателем веществ у растений

Почвенное питание у папоротников и семенных растений осуществляется с помощью корня. Строение корня приспособлено к поглощению воды и элементов питания из почвы. В этом процессе участвует зона поглощения (всасывания), которая имеет корневые волоски. При рассматривании корневого волоска под микроскопом видно, что он представляет собой молодую клетку, которая покрыта оболочкой, имеет ядро, цитоплазму и органоиды. На 1 мм² поверхности корня может располагаться от 200 до 400 корневых волосков. За счет этого всасывающая поверхность корня увеличивается примерно в 18 раз. Корневые волоски недолговечны, живут в среднем 10 - 12 суток, но ежедневно по мере роста корня на молодом его участке образуются новые корневые волоски.

Клетка корневого волоска поглощает воду благодаря тому, что содержащиеся в ней неорганические и органические вещества создают высокую концентрацию раствора, превышающую концентрацию почвенного раствора, окружающего корневой волосок. Вода (по законам осмоса) передвигается из менее концентрированного почвенного раствора в более концентрированный раствор, который находится в корневом волоске. В засуху концентрация почвенного раствора возрастает, и поглощение воды корневыми волосками затрудняется.

Большое значение в поглощении элементов питания играют корневые выделения, которые растворяют труднодоступные минеральные вещества. Растворяющим действием обладает выделяемая корнями углекислота. Некоторые растения выделяют органические кислоты (яблочную, щавелевую и др.), которые обладают большой растворяющей способностью.

За зоной всасывания расположена проводящая зона корня. В нее из зоны всасывания поступают поглощенные корневыми волосками вода и минеральные вещества. По проводящей ткани они передвигаются вверх по растению.

Всасывание воды корнем и ее передвижение можно обнаружить по "плачу" растений и гуттации. "Плачем" растений называют выделение сока (пасоки) из перерезанного стебля. Особенно интенсивно выделяется пасока весной. Гуттация - это выделение капелек воды неповрежденным растением по краям листа у окончания листовых жилок. Гуттацию можно увидеть рано утром у многих растений, например, у садовой земляники, манжетки, розы и др. "Плач" и гуттация свидетельствуют о том, что вода поступает из корня в стебель под давлением. Это корневое давление. Вместе с водой в растение из почвы поступают растворенные в ней минеральные соли.

В период интенсивного роста здоровые, с хорошо развитыми корнями растения нуждаются в усиленном питании для формирования зеленых побегов, цветков и плодов. Поглощение элементов питания корнями является сложным физиологическим процессом, связанным с обменом веществ. Для поглощения питательных веществ и нормальной жизнедеятельности корней необходимы доступ воздуха к корням, благоприятная температура окружающей среды, оптимальные кислотность (рН) раствора, состав и концентрация солей в почве.

Гидропонный способ выращивания растений, или гидропоника (от греч. hidros - "влажный" и ропео - "работать", "трудиться"), позволил установить, что все минеральные вещества растения получают из их водных растворов. Разные растения нуждаются в разных количествах минеральных веществ. Так, растения пшеницы на площади 1 га поглощают более 40 кг азота, 20 кг фосфора, 25 кг калия, при урожае в 30 ц/га рожь вынесет из почвы 75 кг азота, 45 кг фосфора и 90 кг калия. А картофель использует питательных веществ больше, чем зерновые, многолетние и однолетние травы.

Поиск путей наиболее полного и рационального использования растениями элементов минерального питания удобрений и почвы во все времена оставался одной из главных задач науки и практики. Столь пристальное внимание к данной проблеме обусловлено тем, что уровень и качество минерального питания растений во многом определяют их урожай и его качество. Потребление растениями элементов питания в онтогенезе определяется многими факторами. Наиболее значимыми из них являются неравномерность роста и развития, обусловленная генетическими особенностями культур и сортов, почвенно-климатические условия произрастания. Из последних наиболее важным для потребления элементов питания является уровень обеспеченности растений влагой и теплом. С целью повышения доступности элементов питания разработаны разнообразные приемы обработки почвы, накопления и сохранения влаги в почве. Важное место в решении этого вопроса отводится дробному применению минеральных удобрений, приуроченности их внесения к периоду наибольшей потребности растений в элементах питания, особенно азота

Установлено также, что одни минеральные вещества требуются растениям в относительно больших количествах (соли калия, азота, кальция, фосфора, магния и прочие макроэлементы), другие вещества и элементы требуются в ничтожных количествах (микроэлементы цинк, молибден, медь, железо, бор и др.).

Концентрация питательных веществ может колебаться в довольно широких пределах. Организм растения, извлекая эти вещества из внешней среды, создает в тканях их необходимую концентрацию. Если этих веществ в воде и грунте достаточно, растение развивается правильно, быстро растет, цветет и плодоносит. При недостатке одного или нескольких необходимых веществ отмечается отставание в росте, изменение формы растения, прекращается размножение. Иногда наблюдается избыток тех или иных химических элементов, что также может вызвать нарушение развития растений.

Если удобрения вносят в количествах, превышающих потребности растений, то урожайность не увеличивается, а качество продукции может даже ухудшиться. Так, избыточное азотное питание капусты приводит к недостатку в ней сахаров, капуста плохо хранится. При избытке в почве солей азота в клубнях картофеля снижается содержание крахмала, у многих растений в клетках накаливаются нитраты. Употребление в пищу овощей, картофеля и других продуктов, содержащих избыток нитратов, оказывает вредное влияние на здоровье человека.

1. Важнейшие периоды в питании растений. Значение послойного внесения удобрений

В разные фазы роста и развития потребность растений в элементах питания неодинакова. Во время роста растения в большей степени нуждаются в повышенном содержании азота, а декоративно-лиственным этот элемент в большом количестве необходим на протяжении всей жизни. В фазах цветения и плодоношения растения потребляют больше фосфора и калия

Сельскохозяйственные растения различаются общей величиной потребления элементов питания для формирования урожая, темпами их поглощения на протяжении неодинакового по длительности периода вегетации, а также по соотношению усвоения основных элементов—азота, фосфора и калия.

Для культур, более требовательных к элементам питания (сахарная свекла, кукуруза, картофель и др.), при прочих равных условиях необходимы более высокие дозы удобрений. Разные сорта одной и той же культуры могут сильно различаться по требовательности к питательному режиму и отзывчивости на внесение удобрений. Скороспелые сорта характеризуются более коротким периодом поглощения питательных веществ и более требовательны к условиям питания по сравнению с позднеспелыми.

При разработке системы удобрения, определении доз, сроков и способов применения удобрений должны быть учтены различия в чувствительности отдельных культур (особенно в молодом возрасте) к концентрации питательных веществ в почвенном растворе, в усваивающей способности корневой системы и характере ее развития (мощности, глубине проникновения и т.д.), в требовательности к реакции среды.

Гетерогенное распределение удобрений в почве оказывает большое влияние на трансформацию элементов питания, рост и развитие растений, функциональную активность корневой системы. Все это, естественно, должно находить отражение и в степени использования элементов питания удобрений и почвы растениями. Свидетельством тому являются многочисленные исследования, проведенные на различных культурах в самых разнообразных почвенно-климатических условиях.

Наблюдения показали, что ленточное внесение нитроаммофоса на выщелоченном черноземе наряду с положительным влиянием на ростовую функцию растений пшеницы в начале онтогенеза также повышало содержание в надземной части общего азота и фосфора. Большее содержание этих элементов в листьях по сравнению с разбросным внесением сохранялось до фазы колошения. К фазе цветения растения яровой пшеницы накапливают основное количество элементов питания. В дальнейшем с началом формирования и налива зерна происходит снижение относительного их содержания в вегетативных органах. Из данных следует, что на фоне локального размещения удобрения процесс реутилизации идет более интенсивно, чем при разбросном способе. К фазе кущения растения яровой пшеницы при разбросном и локальном внесении, как правило, заметно различаются и по абсолютному количеству накопленных элементов питания. Ко времени наступления фазы кущения при ленточном размещении удобрения растения накапливали в надземной части на 20 % больше азота и на 41 % фосфора, чем при разбросном способе. При внесении половинной нормы нитроаммофоса растения накапливали почти такое же количество элементов питания, что и при полной дозе вразброс. Сравнимые результаты по данным вариантам были получены и в фазу восковой спелости зерна. Однако наличие очага высокого содержания элементов питания в почве на самых ранних этапах онтогенеза растений может тормозить их потребление растениями.

На уровень потребления элементов питания удобрений на начальных фазах роста и развития растений оказывает влияние как объем почвы, с которым перемешивается удобрение при разбросном его внесении, так и глубина расположения очага при локальном способе. В опытах на яровой пшенице наиболее интенсивное потребление 15N-мочевины, внесенной совместно с фосфором и калием до начала кущения, отмечалось при перемешивании удобрений со слоем почвы 0-10 см. Перемешивание удобрения со слоем почвы 0-25 см тормозило поглощение азота удобрения до начала интенсивного роста надземной части растения. Наиболее длительная депрессия в потреблении растениями азота удобрения в начале онтогенеза наблюдалась при внесении его сплошным экраном на глубине 25 см. Представляется, что основной причиной этого было ухудшение позиционной доступности элементов питания корневым системам растений.

Перспективным является послойно-ленточное внесение удобрений под сахарную свеклу. Сущность этого приема состоит в том, что полное минеральное удобрение или только гранулированный суперфосфат вносятся непрерывной лентой на глубину 12-15 и 25-28 см. В результате этого растения сахарной свеклы в течение всего вегетационного периода обеспечены необходимым количеством элементов питания в нужном соотношении. При этом особую роль играет тот факт, что во вторую половину вегетации растения обеспечены достаточным количеством доступного фосфора и калия, усиливающим сахаронакопление. В одном из опытов полное минеральное удобрение вразброс под культивацию вносилось в дозах: N - 90, P2O5 - 60 и K2O - 100 кг/га. На делянках с локальным внесением дозы были снижены на 1/3. Несмотря на это, ленточное двухъярусное размещение туков было более эффективным, чем разбросное: повышался не только урожай, но и сахаристость корней. Локализация только PK и NK при равномерном перемешивании азота и фосфора оказала меньшее влияние на урожай, чем локализация всех трех элементов питания.

Годовую дозу удобрений под отдельные культуры можно вносить в разные сроки и различными способами. Сроки и приемы внесения удобрений должны обеспечивать наилучшие условия питания растений в течение всей вегетации и получение наибольшей окупаемости питательных веществ урожаем. Различают три способа внесения удобрений: допосевное (или основное), припосевное (в рядки, гнезда, лунки) и послепосевное (или подкормки в период вегетации).

В основное удобрение до посева вносят навоз (и другие органические удобрения) и, как правило, большую часть общей дозы применяемых под данную культуру минеральных удобрений.

Припосевное удобрение, рассчитанное главным образом на обеспечение растений легкодоступными формами элементов питания в начальный период их жизни, имеет важное значение и для последующего развития растений. Благоприятные условия питания с начала вегетации способствуют формированию у молодых растений более мощной корневой системы, что обеспечивает в дальнейшем лучшее использование питательных элементов из почвы и основного удобрения. Благодаря рядковому удобрению растения быстрее развиваются и легче переносят временную засуху, меньше повреждаются вредителями и поражаются болезнями, лучше подавляют сорняки.

Подкормки в течение вегетации применяют в дополнение к основному и припосевному удобрению для усиления питания растений в периоды наиболее интенсивного потребления ими питательных элементов.

1. Основные месторождения калийных руд. Сырые калийные удобрения, их использование

Месторождения стран ближнего зарубежья: Прикарпатское (Украина), Старобинское (Белоруссия), наиболее крупные месторождения стран дальнего зарубежья: Верхнерейнское (Франция, Германия), Делавэрское (США), Саскачеванское (Канада).

Россия обладает богатейшими запасами сырья для производства калийных удобрений, сосредоточенными в Верхнекамском месторождении калийных солей в Пермской области. Верхнекамское месторождение разрабатывается с 1933 года. Общие запасы составляют 150 млрд. т. (сильвинит, карналлит и др. соли), содержание КCl в руде – 18-34%. Добыча ведется подземным способом. Разработка ведется двумя предприятиями в Пермской области – ОАО «Уралкалий» (г. Березники) и ОАО «Сильвинит» (г. Соликамск), мощности которых позволяют выпускать до 6,5 млн. т. продукции ежегодно.