Раздел 2. Система применения удобрений Физиологическая роль элементов питания Основные теоретические положения

Один из основателей русской школы в агрономической химии, выдающийся физиолог растений Клемент Аркадьевич Тимирязев писал: «Чем питается растение и как это узнать? Вот коренной вопрос, на котором зиждется рациональное земледелие…».

В состав растений входит около 80 химических элементов. Наиболее необходимы для жизни растений - 16: C, O₂, H₂, N, P₂O₅, K₂O, Ca, Mg, S, B, Mn, Mo, Cu, Zn, Co, Fe. Первые четыре макроэлемента – органогены, зольными, т.е. при сжигании растительного материала они остаются в золе. Важнейшим условием для жизни растений является питание их минеральными элементами. При этом каждый элемент выполняет определенные физиологические функции и не может быть заменен другим. Если в почве не хватает, хотя бы одного из необходимых элементов, рост растений подавляется и высокого урожая не получить.

Какова же физиологическая роль элементов питания в жизни растительного организма?

Азот занимает особое место среди элементов питания. Он является необходимой и незаменимой частью аминокислот, белков, нуклеиновых кислот, хлорофилла, ферментов, витаминов и ряда других соединений. Влияет на рост и развитие вегетативной массы, определяет окраску, облиственность, толщину стебля. В растениях количество азота колеблется в пределах от 1 до 5%. В молодых органах растений содержится больше, чем в старых. Во время роста азот передвигается из старых органов в молодые, растущие.

Каждый питательный элемент имеет свое агроэкологическое значение. Азот стимулирует размножение практически всех фитофагов и сорняков. При внесении повышенных доз азота увеличивается численность сосущих (трипсов, тлей, цикад, клещей), а также листогрызущих (пьявиц, гусениц, совок) вредителей. Следовательно, происходит дестабилизация фитосанитарной ситуации и чтобы ее оптимизировать, необходимо применение сбалансированных доз азотных, фосфорных и калийных удобрений.

Под влиянием азота увеличивается размножение обыкновенной корневой гнили. Однако в зависимости от форм азота меняется его действие на размножение фитопатогенов. Так, сульфат аммония на нейтральных и щелочных почвах эффективно подавляет популяции видов фитопатогенов из родов Fusarium, Helminthosporium, Ophiobolus. Механизм подавления заключается в том, что ионы аммония подкисляют почвенный раствор и это способствует уничтожению спор фитопатогенов. Распространение болезней и нематод усиливается, когда в корневой зоне преобладают нитратные формы азота.

Повышенное содержание легкоусвояемых форм азота в почве способствует росту вегетативных органов растений, накоплению в них небелкового азота, увеличению обводненности тканей, при этом пленки увеличиваются в объеме, уменьшается толщина кутикулы, их оболочка становится тоньше. Благодаря этому возбудители легко проникают в ткани растений, усиливается развитие ржавчины, мучнистой росы, септориоза. Кроме того, такие растения медленнее созревают, удлиняется их вегетационный период и, следовательно, увеличивается продолжительность питания фитофагов, таких как трипсы, тли, клопы-черепашки.

Фосфор входит в состав ядерных белков – нуклеопротеидов, нуклеиновых кислот – ДНК, РНК, липоидов, фитина, макроэргических веществ – АТФ и АДФ; участвует в процессе дыхания и брожения. Этот элемент повышает зимостойкость и засухоустойчивость растений, ускоряет их развитие и созревание. В растение поступает из почвы в течение всего периода вегетации, но особенно необходим с самого начала развития культуры, с периода прорастания. Фосфор является спутником азота, его обычно много там, где много азота. Содержание фосфора в растениях ниже, чем азота. Его больше в молодых частях растения и семенах.

У насекомых снижается плодовитость, если они питаются растениями с повышенным содержанием фосфора, нарушается процесс дыхания и замедляется циркуляция гемолимфы. В связи с этим фосфорные удобрения замедляют развитие возбудителей корневых гнилей, ржавчины, сокращают численность сосущих вредителей, повышают устойчивость к повреждениям фитофагами, поражениям болезнями.

Калий принимает участие в процессах синтеза азотистых веществ и в углеводном обмене. Способствует процессу фотосинтеза, усиливая отток углеводов из пластинки листа в другие органы; повышает оводненность коллоидов, тем самым усиливает засухоустойчивость, способствует накоплению сахаров; входит в состав клеточных оболочек, повышая их прочность. Все эти процессы способствуют повышению физиологической устойчивости растений к вредным организмам и неблагоприятным факторам внешней среды. Из всех зольных элементов в растениях больше всего калия. В отличие от азота и фосфора его больше всего в стеблях, чем в семенах.

Сера входит в состав белков, некоторых масел и витаминов. Большая часть серы в растениях входит в состав белков. Обязательным компонентом белковой молекулы являются содержащие серу аминокислоты: метионин, цистин, цистеин. Принимает участие в азотном и углеводном обмене, процессе дыхания и синтезе жиров. Наибольшее количество серы содержится в растениях семейства крестоцветные (капуста, турнепс), сахарной свекле, бобовых культурах. Снижает содержание нитратов в продукции.

Кальций необходим растениям для поддержания и нормального состояния, развития корневой системы растения. Потребность в нем проявляется еще в фазе прорастания. Кальций усиливает обмен веществ в растении, играет важную роль в передвижении углеводов, оказывает влияние на превращение азотистых веществ, ускоряет распад запасных белков семени при прорастании. В растении кальций находится в форме солей пектиновой кислоты, сульфата, карбоната и щавелевокислого кальция. Значительная часть его в растениях (20-65%) растворима в воде. Он нейтрализует образующиеся в растениях кислоты. Кальций необходим для создания физиологически уравновешенного почвенного раствора. Больше всего накапливается в листьях и стеблях стареющих растений; он не может повторно использоваться в растении.

Магний входит в состав молекулы хлорофилла, принимает участие в фотосинтезе, активирует работу ферментов. Концентрируется вместе с фосфором в зерне – самой жизнедеятельной части растения. В отличие от кальция он более подвижен и может повторно использоваться в растениях. Этот элемент играет важную роль в различных жизненных процессах, он участвует в передвижении фосфора в растениях, активирует некоторые ферменты (фосфатазу) ускоряет образование углеводов, влияет на окислительно-восстановительные процессы в тканях растений.

Железо входит в состав дыхательных ферментов, участвует в образовании хлорофилла. Недостаток этого элемента чаще всего имеет место на карбонатных почвах. Наиболее чувствительны к недостатку железа яблоня, слива, кукуруза, овес, картофель, капуста.