Почвенные условия и применение удобрений

Поступление питательных веществ в растение

В создании органического вещества ведущая роль принадлежит зеленым растениям и некоторым хемосинтезирующим бактериям. Благодаря особым свойствам хлорофилла-пигмента, окрашивающего растения в зеленый цвет, растение использует энергию солнечного света для синтеза из углекислого газа и воды богатых энергией органических соединений, т. е. световая энергия солнца превращается в химическую. Этот процесс называется фотосинтезом. Углекислота в растение поступает через листья из воздуха (воздушное питание), а вода, азот и зольные элементы питания - из почвы через корни.

Урожайность сельскохозяйственных культур тесно связана с интенсивностью фотосинтеза. До ¹/₃ вновь синтезированных углеводов растение тратит на дыхание. Только 1-2,5% падающей на зеленую поверхность растения солнечной энергии преобразуется в потенциальную энергию урожая. У некоторых культур при благоприятных условиях коэффициент полезного действия (кпд) фотосинтеза может повыситься до 3,5-5% (при рекордной урожайности). По А. А. Ничипоровичу, теоретически возможные кпд ФАР (фотосинтетически активной радиации) - 6-8%. Важнейшим же условием повышения интенсивности фотосинтеза и, следовательно, получения высокой урожайности является улучшение корневого питания растений, т. е. снабжения растений азотом, фосфором, калием и другими элементами питания.

В противоположность фотосинтезу при дыхании растений происходит окисление органического вещества, сопровождающееся выделением энергии, которая используется в процессе роста, а также для осуществления различных синтетических реакций.

Воздушное и почвенное питание растений нельзя строго разграничивать.

Работами А. Л. Курсанова и других физиологов с помощью меченых атомов доказана возможность воздушного питания растений углекислотой через корни и, наоборот, поглощение минеральных веществ растениями через листья, что явилось теоретической основой для некорневой подкормки растений. Однако в основном обеспечение растений углекислотой происходит из атмосферного воздуха через листья, а азотом и зольными элементами пищи - из почвы через корневую систему растений.

По исследованиям ряда авторов, воздушно-сухая масса корней на 1 га достигает у зерновых культур 9,7-27,9 ц, клевера - 39,7, люцерны - 56,5-92,6, костреца безостого - 106,8 ц. Масса корней у степной полевой растительности в несколько раз превышает массу надземной части растений.

В районах достаточного увлажнения основная масса корней располагается в пахотном слое почвы, а в засушливых районах значительная часть корней находится в подпахотном слое и в материнской породе (табл. 15).

По данным А. П. Модестова, максимальная глубина проникновения корней основных сельскохозяйственных культур на полях Московской сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева (ТСХА) составила, м:

фасоль.................................0,89

гречиха................................1,02

просо...................................1,06

конопля...............................1,06

лен......................................1,11

горох...................................1,57

картофель...........................1,60

пшеница яровая..................2,00

рожь озимая........................2,13

кукуруза.............................2,20

пшеница озимая.................2,20

ячмень яровой....................2,20

вика яровая........................2,40

подсолнечник....................2,70

свекла...............................2,80

клевер...............................3,00

люцерна............................5 и более

Наиболее глубокая корневая система характерна для люцерны, люпина, подсолнечника, свеклы. Картофель, лен, горох, гречиха, просо, фасоль, конопля имеют менее развитую корневую систему. Зерновые культуры, кукуруза, клевер, хлопчатник по глубине проникновения корней в почву занимают промежуточное положение между указанными группами.

Питательные вещества в растение поступают не только из пахотного, но и из подпахотного слоя и даже из материнской породы, в которую проникают корни растений. В молодом возрасте растения используют элементы питания из пахотного слоя, а по мере роста и развития их корневой системы возрастает поглощение питательных веществ из более глубоких слоев.

15. Распределение корней в почве и материнской породе, по данным ряда авторов, % общей массы

Корни растений покрыты корневыми волосками. Оболочка корневых волосков обладает хорошей проницаемостью, и при тесном контакте их с почвенными коллоидами Ъроисходит обмен веществ между корнями и почвой.

Питательные вещества поглощаются корнями в виде ионов: катионов (NH₄⁺, K⁺, Na⁺ , Ca²⁺и др.) и анионов (NO^-₃, РО^3-₄, SO^2-₄ и др.), являющихся продуктами диссоциации питательных солеи в почвенном растворе. В основе поступления элементов питания в растение лежит обменная адсорбция между корневыми волосками и почвенным раствором. Взамен поглощенных корнями ионов в почвенный раствор выделяются катионы водорода (Н⁺) и анионы угольной кислоты (НСО^-₃), которые образуются при диссоциации угольной кислоты (Н₂СО₃), постоянно выделяемой при дыхании растений. Кроме угольной кислоты, в обменной адсорбции принимают участие также ионы других корневых выделений, в частности органических кислот - щавелевой (С₂Н₂О₄), яблочной (С₄Н₆О₅), лимонной (С₆Н₈0₇) и др. Ионы поглощаются корнями избирательно, т. е. в ином соотношении, чем они находятся в почвенном растворе.

Передвижение ионов от поверхности корневого волоска до проводящей системы корня происходит также на основе адсорбции и десорбции. По проводящим сосудам питательные вещества поступают в надземные части растений.

Как показали исследования ряда авторов (А. А. Шмук, Д. А. Сабинин, А. Л. Курсанов и др.), корневая система растений не только выполняет функцию поглощения элементов питания и воды, но в ней также осуществляется превращение поглощенных питательных веществ. Установлено, например, что на бедных питательными веществами почвах почти весь поступающий азот, соединяясь с органическими кислотами, перерабатывается в корнях в органические азотные соединения - аминокислоты и амиды. На более богатых питательными веществами почвах корни не в состоянии перевести весь азот в органическое вещество, поэтому значительная часть его поступает в надземные органы в нитратной форме. Поглощенный корнями минеральный фосфор также превращается в корнях в сложные фосфорор-ганические соединения - нуклеопротеиды, фосфатиды и др.

В жизни растений по потреблению питательных веществ различают два периода: 1) критический, при котором отсутствие или недостаток тех или иных элементов питания отрицательно сказывается на всем последующем росте и развитии растений, и 2) максимального поступления питательных веществ, при котором растения потребляют элементы питания в наибольших количествах.

Критический период у растений наблюдается, как правило, в более молодом их возрасте, а период максимального поступления питательных веществ - в более поздние фазы развития (цветение, клубнеобразование и т. д.). Для отдельных сельскохозяйственных культур характерен свой ход поглощения и накопления питательных веществ.

Поступление питательных веществ в растение тесно связано с фотосинтезом, дыханием, обеспеченностью растений водой, концентрацией питательных веществ и их соотношением, реакцией почвенного раствора, содержанием в почве кислорода, углекислоты, температурой почвы и другими факторами,

Многие почвы не могут удовлетворить требований сельскохозяйственных культур к элементам питания. Важнейшим средством, влияющим на поступление питательных веществ в различные периоды жизни растений, являются удобрения. Растение, почва и удобрение находятся между собой в тесном взаимодействии.

Удобрения действуют не только на растение, но и на почву, ее свойства: подкисляют или подщелачивают ее, изменяют содержание в ней питательных веществ, физические свойства и т. д. В то же время почва оказывает существенное влияние на удобрение, изменяет растворимость и доступность растениям питательных веществ в удобрениях, их концентрацию и т. д. Растения также влияют на растворимость и доступность питательных веществ в удобрениях. Под действием растений изменяются физико-химические свойства почвы. В свою очередь, почва воздействует питательными веществами на растения.