Роль отдельных элементов в жизни растений. Вынос питательных веществ с урожаем сельскохозяйственных культур

источник: Агрохимия. - 2-е изд., перераб. и доп. под ред. Смирнов П.М., Муравин Э.А.

Несмотря на резкие различия в количественной потребности, функции каждого необходимого макро- и микроэлемента в растениях строго специфичны, ни один элемент не может быть заменен другим. Недостаток любого макро- или микроэлемента приводит к нарушению обмена веществ и физиологических процессов у растений, ухудшению их роста и развития, снижению урожая и его качества. При остром дефиците элементов питания у растений появляются характерные признаки голодания.

Азот

Входит в состав белков, ферментов, нуклеиновых кислот, хлорофилла, витаминов, алкалоидов.

Уровень азотного питания определяет размеры и интенсивность синтеза белка и других азотистых органических соединений в растениях и, следовательно, ростовые процессы. Недостаток азота особенно резко сказывается на росте вегетативных органов. Слабое формирование фотосинтезирующего листового и стеблевого аппарата вследствие дефицита азота, в свою очередь, ограничивает образование органов плодоношения и ведет к снижению урожая и уменьшению количества белка в продукции.

Характерным признаком азотного голодания является торможение роста вегетативных органов растений и появление бледно-зеленой или даже желто-зеленой окраски листьев из-за нарушения образования хлорофилла. Азот повторно используется (реутилизируется) в растениях, поэтому признаки его недостатка проявляются сначала у нижних листьев. Пожелтение начинается с жилок листа и распространяется к краям листовой пластинки. При остром и длительном азотном голодании бледно-зеленая окраска листьев растений переходит в различные тона желтого, оранжевого и красного цвета (в зависимости от вида растений), затем пораженные листья высыхают и преждевременно отмирают.

При нормальном снабжении азотом листья темно-зеленые, растения хорошо кустятся, формируют мощный ассимиляционный стебле-листовой аппарат, а затем полноценные репродуктивные органы. Избыточное, особенно одностороннее, снабжение растений азотом может вызвать замедление их развития (созревания) и ухудшить структуру урожая. Растения образуют большую вегетативную массу в ущерб товарной части урожая. У корне- и клубнеплодов избыток азота может привести к израстанию в ботву, а у зерновых и льна — к полеганию посевов.

Фосфор

Играет исключительно важную роль в процессах обмена энергии в растительных организмах. Энергия солнечного света в процессе фотосинтеза и энергия, выделяемая при окислении ранее синтезированных органических соединений в процессе дыхания, аккумулируется в растениях в виде энергии фосфатных связей у так называемых макроэргических соединений, важнейшим из которых является аденозинтрифосфорная кислота (АТФ). Накопленная в АТФ при фотосинтетическом и окислительном фосфорилировании энергия используется для всех жизненных процессов роста и развития растения, поглощения питательных веществ из почвы, синтеза органических соединений, их транспорта. При недостатке фосфора нарушается обмен энергии и веществ в растениях.

Особенно резко дефицит фосфора сказывается у всех растений на образовании репродуктивных органов. Его недостаток тормозит развитие и задерживает созревание, вызывает снижение урожая и ухудшение качества продукции. Растения при недостатке фосфора резко замедляют рост, листья их приобретают (сначала с краев, а затем по всей поверхности) серо-зеленую, пурпурную или красно-фиолетовую окраску. У зерновых злаков дефицит фосфора снижает кущение и образование плодоносных стеблей. Признаки фосфорного голодания обычно проявляются уже на начальных стадиях развития растений, когда они имеют слаборазвитую корневую систему и не способны усваивать труднорастворимые фосфаты почвы.

Усиленное снабжение растений фосфором ускоряет их развитие и позволяет получать более ранний урожай, одновременно улучшается качество продукции.

Калий

Участвует в процессах синтеза и оттока углеводов в растениях, обусловливает водоудерживающую способность клеток и тканей, влияет на устойчивость растений к неблагоприятным условиям внешней среды и поражаемость культур болезнями.

Внешние признаки калийного голодания проявляются в побурении краев листовых пластинок — «краевом запале». Края и кончики листьев приобретают «обоженньй» вид, на пластинках появляются мелкие ржавые крапинки. При недостатке калия клетки растут неравномерно, что вызывает гофрированность, куполообразное закручивание листьев. У картофеля на листьях появляется также характерный бронзовый налет.

Особенно часто недостаток калия проявляется при возделывании более требовательных к этому элементу картофеля, корнеплодов, капусты, силосных культур и многолетних трав. Зерновые злаки менее чувствительны к недостатку калия. Но и они при остром дефиците калия плохо кустятся, междоузлия стеблей укорачиваются, а листья, особенно нижние, увядают даже при достаточном количестве влаги в почве.

Кальций

Играет важную роль в фотосинтезе и передвижении углеводов, в процессах усвоения азота растениями. Он участвует в формировании клеточных оболочек, обусловливает обводненность и поддержание структуры клеточных органелл.

Недостаток кальция сказывается прежде всего на состоянии корневой системы растений: рост корней замедляется, не образуются корневые волоски, корни ослизняются и загнивают. При дефиците кальция тормозится также рост листьев, у них появляется хлоротичная пятнистость, затем они желтеют и преждевременно отмирают. Кальций в отличие от азота, фосфора, калия не может повторно использоваться (реутилизироваться), поэтому признаки кальциевого голодания проявляются прежде всего на молодых листьях.

Магний

Входит в состав хлорофилла, участвует в передвижении фосфора в растениях и углеводном обмене, влияет на активность окислительно-восстановительных процессов. Магний входит также в состав основного фосфорсодержащего запасного органического соединения — фитина.

При недостатке магния снижается содержание хлорофилла в зеленых частях растений и развивается хлороз между жилками листа (жилки остаются зелеными). Острый дефицит магния вызывает «мраморовидность» листьев, их скручивание и пожелтение.

Сера

Имеет важное значение в жизни растений. Основное количество ее в растениях находится в составе белков (сера входит в состав аминокислот цистеина, цистина и метионина) и других органических соединений — ферментов, витаминов, горчичных и чесночных масел. Сера принимает участие в азотном, углеводном обмене растений и процессе дыхания, синтезе жиров. Больше серы содержат растения из семейства бобовых и крестоцветных, а также картофель.

При недостатке серы образуются мелкие, со светлой желтоватой окраской листья на вытянутых стеблях, ухудшаются рост и развитие растений.

Железо

Входит в состав окислительно-восстановительных ферментов растений и участвует в синтезе хлорофилла, процессах дыхания и обмена веществ.

При недостатке железа (что обычно проявляется только на карбонатных или переувлажненных почвах) вследствие нарушения образования хлорофилла у сельскохозяйственных культур, особенно винограда и плодовых деревьев, развивается хлороз. Листья теряют зеленую окраску, затем белеют и преждевременно опадают.

Бор

Оказывает большое влияние на углеводный, белковый и нуклеиновый обмен, ряд других биохимических процессов в растениях. При его недостатке нарушаются синтез и особенно передвижение углеводов, формирование репродуктивных органов, оплодотворение и плодоношение. Бор не может реутилизироваться в растениях, поэтому при его недостатке прежде всего страдают молодые растущие органы, происходит отмирание точек роста. Более требовательны к бору и чувствительны к его недостатку корнеплоды, подсолнечник, бобовые, лен, картофель и овощные растения. Дефицит бора вызывает поражение сердцевинной гнилью корнеплодов, появление дуплистости корней. Лен при недостатке бора поражается бактериозом. Отмирание верхушечной точки роста приводит к усиленному образованию боковых побегов, которые также останавливаются в росте, резко снижается выход и качество волокна. У подсолнечника острый дефицит бора вызывает полное отмирание точки роста либо при более позднем проявлении недостатка бора наблюдается ненормальное развитие цветков, пустоцвет и снижение урожая семян. При борном голодании бобовых нарушается развитие клубеньков на корнях и снижается симбиотическая фиксация молекулярного азота из атмосферы, замедляются рост и формирование репродуктивных органов. Картофель при недостатке бора поражается паршой, у плодовых деревьев появляется суховершинность, развиваются наружная пятнистость и опробковение тканей плодов.

Молибден

Молибдену принадлежит исключительная роль в азотном питании растений. Он участвует в процессах фиксации молекулярного азота (бобовыми в симбиозе с клубеньковыми бактериями и свободноживущими почвенными азотфиксирующими микроорганизмами) и восстановлении нитратов в растениях. Особенно требовательны к наличию молибдена в почве в доступной форме бобовые культуры и овощные растения — капуста, листовые овощи, редис. Внешние признаки недостатка молибдена сходны с признаками азотного голодания — резко тормозится рост растений, вследствие нарушения синтеза хлорофилла они приобретают бледно-зеленую окраску. Дефицит молибдена ограничивает развитие клубеньков на корнях бобовых, резко тормозит рост растений, они приобретают бледно-зеленую окраску, наблюдаются деформация листовых пластинок и преждевременное отмирание листьев, резко снижается урожай и содержание белка в растениях. Недостаток молибдена при больших дозах азота может приводить к накоплению в растениях, особенно овощных и кормовых, повышенных количеств нитратов, токсичных для животных и человека.

Марганец

Входит в состав окислительно-восстановительных ферментов, участвующих в процессах дыхания, фотосинтеза, углеводного и азотного обмена растений. Он играет важную роль в усвоении нитратного и аммонийного азота растениями. Наиболее чувствительны к недостатку марганца и требовательны к его наличию в доступной форме в почве свекла и другие корнеплоды, картофель, злаковые, а также яблоня, черешня и малина.

Самый характерный симптом марганцевого голодания — точечный хлороз листьев. На листовых пластинках между жилками появляются мелкие желтые хлоротичные пятна, затем пораженные участки отмирают.

Медь

Также входит в состав целого ряда окислительно-восстановительных ферментов и принимает участие в процессах фотосинтеза, углеводного и белкового обмена. Недостаток доступной растениям меди на осушенных торфянисто-болотных почвах с нейтральной или щелочной реакцией вызывает «болезнь обработки», или «белую чуму», у зерновых культур. Заболевание начинается с внезапного побеления и засыхания кончиков листьев. Пораженные растения совсем или частично не образуют колосьев или метелок, а образующиеся соцветия бесплодны либо слабо озернены. При недостатке меди резко снижается урожай зерна, а при остром медном голодании наблюдается полное отсутствие плодоношения.

Цинк

Оказывает многостороннее действие на обмен энергии и веществ в растениях, что обусловлено его участием в составе ряда ферментов и в синтезе ростовых веществ — ауксинов. При недостатке цинка резко тормозится рост растений, нарушается фотосинтез, процессы фосфорилирования, синтез углеводов и белков, обмен фенольных соединений.

Специфические признаки цинкового голодания — задержка роста междоузлий, появление хлороза и мелколиственности, развитие розеточности. От недостатка цинка чаще всего страдают плодовые и цитрусовые культуры на нейтральных и слабощелочных карбонатных почвах с высоким содержанием фосфора.

При заболевании «розеточностью» от дефицита цинка на концах молодых побегов образуються мелкие листья, располагающиеся в форме розетки. При сильном поражении ветви отмирают, что приводит к появлению «суховершинности»

Хлор

Необходим растениям в небольшом количестве, он совместно со щелочными и щелочноземельными ионами положительно влияет на обводненность тканей и набухаемость протоплазмы клеток. Этот элемент активизирует ферменты, осуществляющие реакции фотолиза при фотосинтезе, однако только у отдельных видов растений потребность в этом элементе высока. Различные растения по-разному отзываются на концентрацию хлора в почвенном растворе — на практике больше приходится сталкиваться с избытком хлора, особенно в засушливых условиях. Положительно относятся к хлору такие культуры, как редис, шпинат, мангольд, сельдерей, сахарная свекла. К хлорофобным растениям, отрицательно реагирующим на повышенное содержание хлора в почве, относятся: табак, виноград, тыква, фасоль, картофель, томаты, плодовые и ягодные культуры.

Признаком дефицита хлора, наблюдающегося крайне редко, является хлороз листьев.

Натрий

Относится к элементам, которые условно необходимы растениям. В химическом и физиологическом отношении натрий близок к калию. Калий может практически всегда заменить натрий, однако сам натрием не заменяется. Имеется ряд ферментов, которые активируются натрием, но значительно в меньшей мере, чем калием. Одни растения могут усваивать значительные количества натрия, другие обладают весьма малой способностью к его поглощению. Кроме того, у натриефобных растений поступление натрия из корня в надземные органы ограничено (например, у бобов). Шпинат, томат — относят к натриефилам, они положительно отзываются на натрий, особенно когда недостаточно обеспечены калием. У натриефильных растений натрий улучшает водный баланс.

Кремний

Относится к элементам, которые условно необходимы растениям. Он откладывается в клетках в аморфной форме (в виде опала) и связывается в растительном организме в силикатгалактозный комплекс и таким образом влияет на обмен веществ, укрепляет стенки клеток, нормализует поступление и распределение в растении марганца, устраняя его токсическое действие при избыточном содержании.

У некоторых культур под действием кремния происходит усиленный рост, у других повышается устойчивость к мучнистой росе. В сельском хозяйстве практическое применение кремний находит при выращивании риса, где при недостатке кремния урожайность зерна может снижаться на 50%.

Титан

Входит в состав ферментов, которые активизируют метаболические процессы в растении в период его роста и развития, интенсифицируют фотосинтез и впитывание питательных веществ из почвы. Главное значение титана в жизни растений – стимуляция процесса опыления, оплодотворения и завязи плодов, ускорение их роста, и как следствие — начала уборки урожая. Укрепляет иммунную систему растений – повышается устойчивость к грибковым и бактериальным заболеваниям.

Кобальт

Микроэлемент, необходимый для биологической фиксации молекулярного азота и являющийся компонентом витамина B12. Недостаток кобальта (внешние признаки сходны с симптомами азотного голодания) может проявляться прежде всего у бобовых культур. При низком содержании кобальта в кормах у животных развивается анемия, резко снижается аппетит и падает продуктивность.

Недостаток или избыток других микроэлементов также приводит к заболеванию людей и животных. Например, низкое содержание йода в почвах, а следовательно, растительной пище и кормах вызывает воспаление щитовидной железы, недостаток марганца — появление бесплодия, меди — малокровия и заболевания рахитом, избыток молибдена — желудочных расстройств и т.д. Необходимость регулирования питания растений в отношении отдельных элементов в агрономической практике далеко не одинакова. Микроэлементы нужны растениям в ограниченных количествах. Вынос этих элементов с урожаем сельскохозяйственных культур составляет лишь десятки или сотни граммов на 1 га, и потребность во многих из них может полностью удовлетворяться за счет почвы и применяемых органических удобрений, а нередко только за счет запасов в семенах. Однако недостаток отдельных микроэлементов у более требовательных к их наличию культур может проявляться на почвах с низким содержанием доступных для растений форм микроэлементов. Применение микроэлементов в виде соответствующих микроудобрений может в этом случае значительно повысить урожай сельскохозяйственных культур и улучшить качество получаемой продукции Такие макроэлементы, как кальций, магний и сера, обычно содержатся в большинстве почв в количествах, достаточных для обеспечения растений. Кроме того, они вносятся в почву с мелиорирующими материалами (известью и гипсом), а также в составе применяемых органических и минеральных удобрений. Для улучшения питания сельскохозяйственных культур в полевых условиях чаще всего необходимо внесение азота, фосфора и калия.

Общий вынос этих питательных веществ с урожаем сельскохозяйственных культур и соотношение потребляемых элементов питания сильно различаются (табл. 1)

Таблица №1.
Примерный вынос основных элементов питания с урожаем сельскохозяйственных культур
КультурыУрожай основной продукции ц с 1 га.Выносится с урожаем, кг с 1 га.
NP2O5K2O
Зерновые злаковые30-3590-11030-4060-90
Зернобобовые25-30100-15035-4550-80
Картофель200-250120-20040-60180-300
Сахарная свекла400-500180-25055-80250-400
Кукуруза (з. масса)500-700150-18050-60180-250
Капуста500-700160-23065-90220-320
Хлопчатник30-40160-22050-70180-240

Это обусловлено особенностями химического состава растений, колебаниями в уровне формируемого урожая и изменением его структур.

Относительное содержание элементов минерального питания в основной и побочной продукции разнообразных сельскохозяйственных культур определяется прежде всего их видовыми особенностями, но зависит также от сорта и условий выращивания. Содержание азота и фосфора значительно выше в хозяйственно ценной части урожая — зерне, корне и клубнеплодах, чем в соломе и ботве. Калия же больше содержится в соломе и ботве, чем в товарной части урожая (табл. 2)

Капуста, картофель, сахарная свекла, хлопчатник, подсолнечник, кормовые корнеплоды и силосные культуры для создания высокого урожая потребляют гораздо больше питательных веществ, чем зерновые

Вынос питательных веществ растениями из почвы возрастает с увеличением урожая. Однако прямой пропорциональности между величиной урожая и размером выноса основных элементов питания часто не наблюдается. При большем уровне урожайности затраты питательных веществ на формирование единицы продукции обычно снижаются.

Содержание в растениях и общий вынос элементов питания с урожаем могут сильно изменяться в зависимости от климатических, почвенных и агротехнических условий.

Таблица №2.
Содержание азота, фосфора и калия в сельскохозяйственных растениях
КультурыПродукцияСодержание элементов питания
NP2O5K2O
В % на сухое вещество
Пшеница озимаяЗерно2,800,850,50
Пшеница озимаяСолома0,450,200,90
Пшеница яроваяЗерно3,400,850,60
Пшеница яроваяСолома0,670,200,75
ЯчменьЗерно2,100,850,55
ЯчменьСолома0,500,201,00
КукурузаЗерно1,910,570,37
КукурузаСолома0,750,301,64
ГорохЗерно4,501,001,25
ГорохСолома1,400,350,50
ЛенСемена4,001,351,00
ЛенСолома0,620,420,97
ПодсолнечникСемена2,611,390,96
ПодсолнечникЦелое растение1,560,765,25
В % на сырую массу
KapтофельКлубни0,320,140,60
KapтофельБотва0,300,100,85
Сахарная свеклаКорни0,240,080,25
Сахарная свеклаБотва0,350,100,50
КапустаКочаны0,330,09—0,120,27—0,44
ТоматыПлоды0,260,070,29—0,36

В урожае зерновых колосовых культур соотношение N:P2O5:K2O колеблется в относительно небольших пределах и составляет 2,5-3,0:1:1,8-2,6, т.е. в среднем потребление азота в 2,8 раза, а калия в 2,2 раза больше, чем фосфора (табл. 3).

Таблица №3
Среднее соотношение N:P2O5:K2O в урожае различных культур
КультурыNP2O5K2O
Зерновые колосовые2,812,2
Картофель2,5-3,514-4,5
Сахарная свекла2,5-3,513,5-5,0
Кормовая свекла3,5-4,514,5 – 6,0

Для сахарной свеклы, кормовых и овощных корнеплодов, картофеля, подсолнечника, капусты и ряда других культур характерно гораздо большее поглощение калия, чем азота, и соотношение N:P2O5:K2O может составлять 2,5-3,5:1:3,5-5,0. При выращивании корне- и клубнеплодов, подсолнечника в зависимости от условий возделывания может сильно изменяться структура урожая и наблюдаются резкие различия в размерах потребления основных элементов питания и соотношении между ними.

Например, в лесостепных районах на каждые 100 ц урожая корнеплодов и соответствующего количества ботвы сахарная свекла потребляет 50 кг N, 15 P2O5 и 60 кг K2O, В Нечерноземной зоне свекла формирует большее количество ботвы и на каждые 100 ц корнеплодов потребляется 80—100 кг N, 35 P2O5 и 145 кг K2O.

Самое продуктивное использование растениями питательных веществ из почвы и внесенных удобрений обеспечивается при наиболее благоприятных почвенно-климатических условиях, высоком уровне агротехники в сочетании с правильным применением удобрений. Одновременно достигается минимальное потребление элементов питания на единицу урожая товарной сельскохозяйственной продукции. Средние размеры потребления азота, фосфора и калия на формирование единицы товарной продукции основных сельскохозяйственных культур приведены в таблице 4.

Таблица №4.
Примерные затраты основных элементов питания (кг.) на созданте единицы товарной продукции
ПродукцияЭлемент питания, в расчете на
NP2O5K2O
На 10ц. продукции и соответствующее количество побочной
Зерно пшеницы30-3510-1220-25
Зерно кукурузы30-358-1225-35
Зерно круп. культур (гречиха, просо)30-3510-1530-40
Зерно бобовых (горох, вика)60-7012-1520-25
Волокно льна55-7025-3065-80
Семена подсолнечника55-7025-30170-210
На 100 ц. основной продукции и соответствующее количество побочной
Клубни картофеля50-6015-2070-90
Клубни сах. свеклы50-6015-2060-100
Корнеплоды кормовые45-6010-2060-120
Качаны капустные30-4012-1740-60
Помидоры30-3510-1535-50
На 10ц. сена
Сено вики с овсом20-255-715-25
Сено клевера с тимофеевкой15-205-815-25
Сено люцерны25-304-715-20

Поделиться: