Питательные вещества в почве и их доступность для растений кратко

Обновлено: 02.07.2024

Главными элементами, необходимыми для питания растений, являются N, P, K, Ca, Mg, S, Fe, C, O, Н. Часть из них присутствует в почве в большом количестве, другая - в незначительном количестве.

Чаще всего растения испытывают недостаток в азоте, фосфоре и калии. Содержание элементов в почвах различно и чаще всего зависит от условий образования почв и их свойств. Степень обеспеченности растений питательными веществами зависит не только от содержания их в почве, но и от формы доступности.

Микроэлементы – химические элементы, которые содержаться в почве и в биологических объектах в незначительном количестве. К ним относятся: бор, молибден, медь, кобальт, цинк.

Микроэлементы играют большую роль в жизни растений, животных и человека. При недостатке или избытке их в кормах или продуктах питания происходит нарушения обмена веществ и, как следствие, тяжелые заболевания. Так, например, при недостатке фтора развивается кариес, при недостатке йода – эндемия зоба у животных и человека, при избытке молибдена – подагра. Отсутствие или недостаток микроэлементов в почве отрицательно сказывается на развитии растений, величине и качестве урожая. Недостаток меди приводит к полеганию растений, невызреванию их, резкому снижению урожайности. Недостаток бора затрудняет прорастание пыльцевых трубок, вызывает опадение завязи, уменьшает устойчивость растений к заболеваниям. Содержание микроэлементов в почве зависит от их количества в материнских породах. Некоторые микроэлементы поступают в почву с газами из атмосферы, с ядохимикатами, вносимыми при борьбе с вредителями и болезнями растений, с органическими удобрениями.

Микроэлементы в почвах встречаются в различных формах: они входят в состав первичных и вторичных минералов, в состав гумуса, находятся в виде обменных катионов и в почвенном растворе.

Все необходимые растениям питательные элементы, за исключением азота, в естественных почвах без удобрений происходят из материнских пород. Накопление азота в почвах осуществляется в органической форме в результате жизнедеятельности симбиотических, свободноживущих и ассоциативных азотфиксаторов молекулярного азота (N₂) атмосферы, так как материнские породы могут удерживать в кристаллических решетках только небольшое количество необменно-поглощенных ионов аммония. Фосфор, калий, кальций и все другие макро- и микроэлементы первоначально имеются только в минеральных формах, но в процессе почвообразования та или иная часть некоторых из этих элементов в почвах может содержаться и в органических формах. Из общих (валовых) запасов в почвах всех элементов и каждого в отдельности для питания растениям доступна (усвояема) обычно очень незначительная часть их (1 — 10%). Напомним, что усвояемые формы питательных элементов — это растворимые в воде и (или) слабых кислотах главным образом минеральные соли необходимых макро- и микроэлементов. Интенсивность и направленность трансформации валовых запасов питательных элементов в усвояемые для растений формы и обратно осуществляются и регулируются всем комплексом природно-экономических условий конкретных экосистем, в том числе в агроценозах: структурой посевов, удобрениями, химическими и гидротехническими мелиорациями и другими агроприемами.

Комплекс всех процессов поступления, трансформации и расходования питательных элементов обусловливает в почвах определенное количественное и качественное состояние их и определяет пищевой режим почвы в целом и каждого элемента в отдельности.

3.5.1. СОДЕРЖАНИЕ И ДИНАМИКА СОЕДИНЕНИЙ АЗОТА

В пахотном слое (0—25 см) разных почв общее (валовое) содержание азота изменяется от 0,02—0,05 % в дерново-подзолистых почвах до 0,2—0,5 % в черноземах, т. е. даже в пределах одного типа изменяется более чем в 2 раза, а для разных типов — в 10 раз. Так как не менее 95 % общего азота содержится в органическом веществе почвы и только около 1 % в легкоусвояемых для растений минеральных формах (NO3 и NH4), то обеспеченность этим элементом любой почвы определяется содержанием в ней органического вещества (гумуса) и скоростью его минерализации (разложения). Разложение органических азотистых веществ можно представить следующей схемой: гумусовые вещества, белки ^аминокислоты, амиды -> аммиак -> нитриты -> нитраты.

Разложение органических веществ почвы до аммиака, называемое аммонификацией, происходит при помощи разных обширных групп аэробных и анаэробных микроорганизмов. Образующийся аммиак, взаимодействуя с другими продуктами минерализации (угольная, муравьиная, уксусная, азотная и др. кислоты), дает соли, например

а при диссоциации ион аммония может обменно поглотиться:

Образующаяся азотная кислота нейтрализуется растворимыми и (или) обменно-поглощенными катионами кальция и других оснований:

Влажность почвы 60—70 % капиллярной влагоемкости, температура 25—32 °С и pH 6,2—8,2 — оптимальные условия для нитрификации, при которых процесс протекает максимально быстро, и при достаточных запасах аммиачных форм почвенного азота за один вегетационный период может образоваться до 300 кг/га азота в виде азотной кислоты.

Интенсивность и объемы процессов аммонификации и, следовательно, нитрификации зависят от общего количества и качества органического вещества и особенно лабильной части его (ЛОВ), водно-воздушного и теплового режимов и реакции среды. Поэтому с помощью мелиорантов, органических и минеральных удобрений, способов обработки почвы, структуры посевных площадей можно в той или иной степени практически воздействовать на эти процессы и одновременно учитывать их для повышения эффективности и экологической безопасности применения удобрений в конкретных условиях.

Методы определения нитрифицирующей способности почв, легкогидролизуемого азота, а также аммиачных и нитратных форм его в почвах широко используют в почвенной диагностике азотного питания растений для оптимизации доз азотных удобрений, получения максимальной продуктивности культур и предотвращения загрязнений нитратами продукции, грунтовых, хозяйственных и питьевых вод.

Нитрификация наряду с положительной играет и отрицательную роль, так как избыток нитратов может загрязнять продукцию, вымываться с осадками и оросительными водами в грунтовые воды вплоть до питьевых, а также подвергаться денитрификации с образованием выделяющихся из почвы газообразных потерь в виде NO, N₂0 и N₂.

Денитрификация — восстановление нитратного азота до указанных газообразных соединений в анаэробных условиях осуществляется обширной группой бактерий — денитрификаторов (deni-trificans, stutzeri, fluorescens, puocyaneum и др.). Процесс идет через ряд промежуточных этапов по следующей схеме:

Продукты биологической денитрификации (N₂0 и N₂) являются одними из основных газообразных потерь азота почвы. Между денитрификацией и нитрификацией существует тесная связь. Интенсивная нитрификация в аэробных микрозонах вызывает обеднение их кислородом, они становятся анаэробными. Кроме этого даже при хорошей структуре и оптимальной влажности почвы внутри отдельных микроагрегатов могут также существовать анаэробные микрозоны, создаются благоприятные условия для денитрификации.

Наряду с биологической денитрификацией в почвах возможно восстановление нитратов и в результате химических реакций (хемодинитрификация) между соединениями, образующимися при аммонификации, нитрификации и денитрификации. Например, при взаимодействии азотной кислоты с аминокислотами:

HN0₃ + 3NH₂OH -> 5Н,0 + 2N, Т.

В кислой среде (pH + в почвенном растворе).

Показатели степени обеспеченности почв подвижным калием и калийного потенциала в сочетании с данными полевых опытов широко используют в практике для определения и коррекции доз калийных удобрений и в целях регулирования калийного режима почв под возделываемыми культурами в конкретных природноэкономических агроэколандшафтах.

3.5.4. СОДЕРЖАНИЕ И ДОСТУПНОСТЬ РАСТЕНИЯМ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ

О степени обеспеченности растений микроэлементами судят по общему количеству (потенциальные запасы) и содержанию подвижных форм их (эффективные запасы) в почвах, причем последнее в определенной степени отражает и усвояемость их растениями. Доля подвижных форм чаще всего составляет для меди, молибдена, кобальта и цинка 10—15 %, а для бора 2—4 % общего (валового) содержания их в разных почвах.

На кафедре агрохимии МСХА (Ягодин, Верниченко) обобщены литературные материалы полевых и вегетационных опытов, анализов почв и растений по обеспеченности почв основных био-геохимических зон страны подвижными формами микроэлементов (табл. 34).

Следует подчеркнуть, что растения обычно усваивают только до 1 % микроэлементов, извлекаемых агрессивными вытяжками (НС1, HN0₃, H₂S0₄) из почвы. Для надежной оценки степени нуждаемости растений в микроэлементах необходимо наряду с почвенной (анализы почв) использовать результаты растительной диагностики.

3.5.5. КЛАССИФИКАЦИЯ ПОЧВ ПО ОБЕСПЕЧЕННОСТИ ПИТАТЕЛЬНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ

По существующей в России классификации все почвы по степени обеспеченности питательными элементами и реакции группируют в 6 классов (табл. 35). Эту классификацию используют при агрохимических обследованиях почв, составлении агрохимических карт (картограмм) и паспортов полей и для разработок рекомендаций по определению оптимальных доз удобрений и мелиорантов под возделываемые культуры в конкретных природно-экономических условиях.

Для отдельных регионов страны уровни градаций обеспеченности растений питательными элементами, безусловно, необходимо уточнять на основании местных данных полевых опытов, видового и сортового разнообразия культур и конкретных почвенно-климатических условий. При этом следует помнить, что средние (оптимальные) уровни обеспеченности почв питательными элементами неодинаковы для разных групп и отдельных культур. Для зерновых, зернобобовых и трав это третий класс, для пропашных — четвертый, а для овощных — пятый класс. Для более оперативного регулирования доз удобрений, мелиорантов и пищевых режимов под отдельными культурами существует почвенная диагностика питания растений.

Плодородие грунта и состояние растений зависят от содержания питательных веществ в почве. Когда их достаточно, растения развиваются и плодоносят, когда их не хватает, это ухудшает рост и плодоношение. Рассмотрим, какие основные минеральные элементы содержатся в грунте, (азот, фосфор, калий) и микроэлементы, в каких формах, как они поглощаются почвой. Как нужно регулировать режим питания растений в домашнем хозяйстве.

Какие есть питательные вещества в почве

Основными считаются азот, фосфор и калий, эти элементы есть в почве любого типа, но в разном процентном соотношении. Также содержатся макроэлементы – сера, кальций, калий, магний, и микроэлементы, содержания которых в небольшом количестве достаточно для роста растений.

Этот элемент необходим растениям на всех стадиях развития, но особенно он нужен в начале роста. Азот входит в состав белков, хлорофилла, энзимов и прочих компонентов растительного организма. Азот потребляется растениями в 2-х формах: нитратной и аммонийной.

Аммонийный

Азот в этой форме поглощается и удерживается при неблагоприятных условиях: кислотность почвы, переувлажнение или пересушивание, дефицит органического вещества, холодная почва. Аммонийный азот лучше усваивается в грунтах с кислой реакцией.

Нитратный

Нитраты свободно передвигаются в почве, фиксируются в ней слабо, на легких грунтах легко вымываются вниз. Они являются доминирующей формой азота в теплой, влажной и воздухопроницаемой почве. Нитраты содержит почвенный раствор, они легко перемещаются с током воды, легко впитываются корнями. Нитраты лучше усваиваются в нейтральных и щелочных грунтах.

Фосфор

Второй незаменимый компонент, который необходим для нормального протекания фотосинтетических и энергетических процессов, для образования и развития ростовых точек, дифференцирования клеток. Фосфор стимулирует созревание плодов, делает растения устойчивыми к неблагоприятным факторам.

Калий

Элемент повышает качество плодов, дает возможность растениям противостоять заболеваниям. Калий участвует в активизации ферментов, удерживает в клетках воду, что помогает растениям переносить засуху, похолодания.

Элемент участвует в формировании белков, хлорофилла, жиров, некоторых витаминов, аминокислот, энзимов, увеличивает их содержание в растениях. Визуально дефицит серы выражается симптомами, похожими на азотное голодание: желтизна листьев, утончение и вытягивание молодых побегов, приостановка роста растений. Хлороз начинает проявляться на молодых листьях, так как сера не может передвигаться наверх по растению с нижних листьев.

Кальций

Элемент участвует в регулировании водного и кислотного баланса, создает условия для правильного развития корней, повышает растворяемость веществ в почве. Калий помогает растениям поглощать питательные вещества, воздействует на доступность некоторых минеральных элементов.

Элемент убыстряет разложение органики, связывает почвенные кислоты, увеличивает поглощение аммонийного азота, фосфора и калия. Активирует деятельность азотфиксирующих бактерий и других полезных микроорганизмов. Кальций необходим культурам весь периода выращивания, но особенно в нем нуждаются растения в стадиях цветения и плодоношения.

Магний

Элемент присутствует в составе хлорофилла, участвует в синтезе аминокислот и сборке протеинов, трансформации органических кислот, построении клеточных стенок. Магний – компонент энергетического обмена.

При недостатке этого элемента происходит угнетение и торможение синтеза соединений с азотом, например, хлорофилла. Дефицит ведет к снижению уровня фосфора, уменьшению его усвояемости. При недостатке элемента подавляется корневой рост, это ведет к снижению усвоения компонентов питания, поступающих в растения из почвенного раствора. Особенно заметно это при засухе. При неблагоприятных условиях магний передвигается из листьев в цветы и плоды, по листьям можно определить его дефицит.

Микроэлементы

Они не менее важны для развития растений, чем основные элементы, хоть требуются в меньшем количестве. Роль микроэлементов в жизни растений:

Железо необходимо для выработки хлорофилла. Фиксирует атмосферный азот, участвует в обмене углеводов, протеинов, гормонов, влияет на передвижение пластических веществ, на рост и деление клеток.
Медь участвует в образовании углеводов, витамина С, белков, жиров. Повышает холодостойкость и засухоустойчивость, улучшает рост плодов и семян, ускоряет поступление в растения азота и магния.
Цинк поднимает содержание углеводов и белков, витаминов, активирует гормоны роста, усиливает рост корней, повышает устойчивость к засухе и холоду.
Марганец активизирует ауксин и некоторые ферменты, понижает содержание нитратов в плодах, но увеличивает содержание аскорбиновой кислоты.
Бор влияет на обмен протеинов и углеводов, усиливает опыление цветков, не дает завязи опадать, предупреждает загнивание корнеплодов, усиливает отток питательных веществ в плоды.
Молибден положительно влияет на азотный обмен и синтезирование белков, уменьшает количество нитратов. Участвует в синтезе нуклеиновых кислот, хлорофилла, усиливает фотосинтез.
Кобальт усиливает фиксацию азота, входит в состав цианокобаламина, повышает содержание каротиноидов и хлорофилла. Участвует в обмене азота, синтезе протеинов и нуклеиновых кислот. Задерживает влагу в растениях, особенно в засуху.
Хром активизирует ферменты, усиливает иммунитет и невосприимчивость к стрессам.
Селен поднимает устойчивость культур к заболеваниям и стрессам.

Как видно, в почве садов и огородов должны в достаточном количестве содержаться и эти элементы.

Процессы поглощения

У почвы выделяют механическую, физическую и химическую поглотительные способности. Механическая – способность задерживать частицы, превышающие по размерам почвенные поры. Это позволяет задерживаться в почве илистым и коллоидным частицам. Физическое поглощение – способность изменять концентрацию молекул разных соединений при соприкосновении с почвенным раствором.

Химическое поглощение – способность грунта удерживать ионы элементов, образовывая нерастворимые или сложнорастворимые вещества. В результате этого типа поглощения в почве накапливается органическое вещество, анионы и катионы питательных веществ, которые потом поступают в растения.

Регулирование режима питания растений

Эффективный метод регулирования питания выращиваемых культур – внесение органических и минеральных удобрений при подготовке грядок или в процессе выращивания. Подкормками можно регулировать баланс минеральных элементов, увеличивать содержание тех, которых недостает, уменьшать количество других при их переизбытке. Внесение удобрений должно проводиться в точной дозировке и в определенный срок.

Нейтрализация кислотности позволяет сделать элементы более доступными для поглощения растениями. Другие приемы обработки: внесение песка в глинистые грунты, глины в песчаные, что улучшает их механический состав.

Важным пунктом нормальной организации питания является режим поливов, так как минеральные элементы находятся в почвенном растворе, который должен беспрепятственно поступать к корням. В засушливом грунте поступление минеральных элементов затруднено, даже если они находятся в нем в достаточном количестве.

Любая почва насыщена питательными веществами, но в разном количестве. Они поступают через корни в растения и используются ими для построения клеток и образования специфических для данного вида растений веществ. Чтобы получать хороший урожай, в почве должны присутствовать все необходимые культурам минералы и вещества. Проще всего регулировать их содержание с помощью удобрений, но также необходимо проводить агротехнические приемы, улучшающие характеристики грунтов: прогреваемость, способность пропускать воздух и влагу и удерживать важные компоненты.

Способность почвы снабжать растения нужными им питательными веществами в большой мере определяет плодородие почвы, а следовательно, и уровень урожая. Одной из задач химии почвы является изучение вопроса о том, как растения обеспечиваются питательными веществами в тех или иных почвенных условиях.

За последние десятилетия много сделано для выяснения механизма питания растений в почве. Растения используют не только вещества, находящиеся в почвенном растворе, но и связанные с твердыми фазами почвы. Что это так, ясно уже из того, что существует динамическое равновесие между жидкой и твердыми фазами почвы (а также между жидкой и газовой фазами). Если растение поглощает из почвенного раствора те или иные катионы, то тем самым нарушается равновесие между катионами почвенного раствора и катионами, адсорбированными на поверхности почвенных коллоидов, и часть поглощенных катионов перейдет в раствор. Использование растениями фосфора из жидкой фазы влечет за собой переход фосфат-ионов из малорастворимых или адсорбционных соединений твердой фазы почвы в раствор.

В настоящее время является признанным, что процесс питания растений в большой части основан на обменной адсорбции: поглощение ионов корнями сопровождается одновременным выделением ими эквивалентного количества ионов наружу Обменным фондом ионов, которым всегда располагают растения, являются ионы Н+ и НСО~ — продукты дыхания корней. Катионы, необходимые растениям, в процессе питания (К+, NH+ Са2+, Mg2+. ) поглощаются на поверхности белковых молекул протоплазмы в корне в обмен на Н+, анионы (NO", SOJ", НРО* . ) — в обмен на НСО".

1 Известное значение в питании растений имеет поступление питательных элементов в результате диффузии, а также перенос с транспирационным током, являющиеся как бы пассивными звеньями в общем механизме поглощения веществ корневыми системами высших растений.

По мере использования растениями поглощенных ионов в процессе метаболизма новые ионы из наружной среды поступают в корень в обмен на ионы — продукты дыхания. В этом процессе обмена между корнями и почвой могут участвовать не только свободные ионы почвенного раствора, но и ионы, адсорбированные на поверхности почвенных коллоидов. Было показано (А. В. Петербургский, 1959), что питание растений с успехом может происходить в таких условиях, когда все питательные вещества находятся в поглощенном состоянии.

При этом не всегда необходим предварительный переход ионов в свободный почвенный раствор. Контактный обмен при тесном взаимодействии мельчайших разветвлений корней с почвенными коллоидами возможен и из связанной части почвенного раствора — мицеллового раствора (Ратнер, 1958). Корневая система проявляет в процессе питания большую активность и притом своеобразную для отдельных видов растений.

Как отмечалось в предыдущей главе, особенности обмена веществ различных растений сказываются и в их своеобразном химическом составе: различные растения на одной и той же почве имеют разный состав.

Однако свойства почвы накладывают определенный отпечаток на состав растений; при этом наблюдается такая закономерность: содержание питательных элементов в плодах и семенах колеблется сравнительно слабо в связи с особенностями почв; состав листьев и стеблей в большей мере отражает условия питания растения в данной почве х; еще большая связь существует между концентрацией ионов в почвенном растворе и в корнях растений.

На бедных фосфором почвах растения содержат мало фосфора. Так, в сене луговых трав (Рассел, 1955) на бедных почвах содержалось 0,02—0,4% Р205, а на богатых почвах — 0,26—0,32%. Бедность почвы азотом отражается не только на снижении урожая, но и на уменьшении процента белка в зерне хлебов, выращиваемых на этих почвах. Недостаток кобальта в почвах некоторых кормовых угодий Латвии приводит к обедненности кормов этим элементом, а отсюда к заболеванию животных сухоткой или анемией.

Для получения высокого урожая и при этом хорошего качества необходимо бесперебойное снабжение всеми элементами питания и водой во все ответственные периоды вегетации культуры. В случае их недостатка необходимо внесение удобрений или мобилизация почвенного плодородия путем соответственных агротехнических мероприятий. Изучение условий доступности растениям питательных веществ почвы позволяет правильно выбрать нужные приемы с учетом свойств почвы и особенностей культуры.

При всем своеобразии питания отдельных групп сельскохозяйственных растений их количественная потребность в питательных элементах имеет много общего, как об этом можно судить на основании химического анализа растений ( 124). Наиболее высока потребность растений в азоте, процент которого выше, чем всех других элементов (исключение составляет лишь калий, процентное содержание которого в отдельных случаях выше азота). Особенно большой процент азота содержится в молодых растениях. Калий и фосфор обычно занимают второе и третье места.

В относительно больших количествах содержатся в растениях Са, S и Mg, в наименьших Fe, занимающее последнее место в группе макроэлементов по содержанию в растениях.

Остальные элементы ( 124) принадлежат к микроэлементам: в сухом веществе растений они представлены в миллиграммах на один килограмм.

Любой тип почвы - это основа для расположения растения и источник питательных веществ. Состав же почвы является ключевым для жизнедеятельности растения. Грунт должен обеспечивать потребление органических и неогранических (химических) веществ, а при отсутствии их в почве, вещества должны доставляться из вне. Питательные вещества - это содержащиеся в воздухе, воде и почве элементы, необходимые для жизнедеятельности растения. Из воды и углекислого газа доставляется углерод, кислород и водород, все остальное - из почвы. Многие элементы, такие как медь, цинк, бор, марганец - называют микроэлементами, т.к. они необходимы для жизнедеятельности растений в малых дозах, что ни в коем случае не уменьшает их важность. Кальций, магний, сера и железо - вторичные макроэлементы, которые потребляются растениями в большей степени. Самыми базовыми веществами считаются азот, фосфор и калий - они как правило меньше всего содержатся в почве, но в самой большей степени влияют на растение.

В данной таблице собраны ключевые химические элемены, содержащиеся в почве с описанием их функций и признаков нехватки и переизбытка.

Читайте также: