Диагностика потребности растений в элементах минерального питания и питательной ценности почв

Корневое питание растений — это процесс поглощения и усвоения ими химических элементов из окружающей среды. Чтобы выяснить, какие элементы питания необходимы растениям, их выращивают на специально составленных питательных смесях и наблюдают за их ростом и развитием при различных соотношениях элементов в смесях.

Различают следующие методы искусственных культур: водных, песчаных и почвенных. Метод водных культур впервые был разработан немецкими физиологами Н. Кнопом и Ю. Саксом в 70-х годах XIX в. Стеклянный сосуд вместимостью от 1 до 10 л (в зависимости от растительного объекта) наполняют водным раствором питательных веществ, а проростки растений размещают на деревянной или пластмассовой крышке с отверстиями, которой накрывают сосуд.

Питательные смеси могут быть следующего состава:

В состав питательных смесей входят такие необходимые для растений макроэлементы, как азот, фосфор, калий, кальций, магний, сера. Исключая из питательной смеси отдельные элементы, установили, что нормальное развитие растений возможно только при наличии в питательном растворе следующих элементов: неметаллов — азота, фосфора, серы и бора; металлов — калия, магния, кальция, железа, меди, цинка, марганца, кобальта, молибдена. Исследованиями установлено значение каждого элемента: нельзя заменять один элемент другим.

Для нормального развития растений необходимы также микро- и ультрамикроэлементы. Микроэлементы содержатся в солях, посуде, применяемой для опытов. При использовании для песчаных и водных культур абсолютно чистых солей к основной смеси прибавляют некоторые микроэлементы, например бор и марганец, или более сложную смесь. Питательные смеси для водных культур имеют определенную буферность, т. е. способность растворов противодействовать изменению реакции среды.

Буферные свойства смесей определяют по наличию основных и кислотных групп. Примером буферности может служить смесь уксусной кислоты СН₃СООН и ацетата натрия CH₃COONa. Эта соль — сильный электролит и полностью диссоциирует, давая много ионов СН₃СОО^-. При добавлении к такой буферной смеси сильной кислоты выделяемые ею в большом количестве ионы Н⁺ связываются ионами СН₃СОО^- и образуют уксусную кислоту, слабо диссоциирующую: Н⁺+СН₃СОО^-⇄СН₃СООН. При подщелачивании, например при добавлении сильного основания NaOH, ионы ОН^- связываются с ионами Н⁺, образуя воду, которая является слабым электролитом. По мере расходования ионов Н⁺ на связывание ионов ОН^- диссоциируют все новые и новые молекулы СН₃СООН.

Таким образом, кислоты определяют как доноры протонов, а основания — как акцепторы протонов. В результате как при добавлении ионов Н⁺, так и ионов ОН^- они связываются, и кислотность растворов (pH) практически не меняется.

Чем выше буферность питательной смеси, тем меньше изменяется ее pH при неэквивалентном поглощении ионов корнями растений. В растительном организме важную роль в качестве буферов играют органические кислоты (винная, яблочная, лимонная, щавелевая) и их соли.

Химический анализ даже малоплодородных почв показывает такое содержание зольных элементов, которое могло бы полностью обеспечить потребность растений в минеральных веществах. Однако такой анализ не дает представления об элементах минерального питания, которые сравнительно легко и быстро могут превращаться в соединения, доступные для растений.

Анализ почвенного раствора или водной вытяжки выявляет лишь незначительную часть элементов питания в почве. Для получения более точных результатов применяют вытяжки из почвы, обрабатывая ее 1%-ной соляной или лимонной кислотой или лимоннокислым аммонием различной концентрации. Затем полученные вытяжки анализируют. Это дает возможность получить показатели, более близкие к реальному содержанию элементов питания в почве в доступных для растений формах, однако и они являются приближенными, поскольку корни различных растений обладают разной растворяющей способностью. С помощью этих методов нельзя учесть и результаты деятельности микрофлоры и микрофауны почвы, которые способствуют переводу труднорастворимых форм различных соединений в легкорастворимые и доступные для растений.

Для определения потребности растений в питательных веществах применяют также вегетационный и полевой методы. В этом случае индикатором плодородия почвы служит само растение. Данные, полученные с помощью вегетационного метода, более близки к истине. Однако этим методом можно определить только, в каких питательных веществах нуждается растение на определенной почве. Для установления доз, а также для выяснения эффективности действия тех или иных форм удобрений следует использовать полевой метод.