Все элементы, участвующие в минеральном питании растений, принято классифицировать в зависимости от их содержания в растениях и в почве. Обычно их разделяют на макроэлементы и микроэлементы. По этой классификации, элементы, содержание которых в перерасчете на сухое вещество составляет от сотых долей процента до нескольких десятков процентов, являются макроэлементами. Те элементы, содержание которых не превышает тысячных долей процента, относят к микроэлементам.

В настоящее время эта классификация дополнена. Часть элементов сейчас относят к мезо- элементам, т.е., по сути, они образуют группу, промежуточную между макро- и микроэлементами. Кроме того, иногда выделяют ультрамикроэлементы. Это те элементы, содержание которых в растениях ничтожно мало, а физиологическая роль и влияние практически не изучены.

 
quotes
 

Если придерживаться уточненной классификации, то к макроэлементам относятся азот, фосфор и калий, к мезоэлементам – сера, кальций, магний, к микроэлементам – бор, молибден, цинк, медь, кобальт, марганец, барий, кремний, хлор, натрий, титан, серебро, ванадий, железо, никель, селен, литий, йод, алюминий.

 

Приведенная классификация, как и любая другая, достаточно условна, и те или иные элементы порой попадают в разные группы. Кроме того, в тканях некоторых видов растений отдельные микроэлементы содержатся в количествах, характерных для макроэлементов. Тем не менее, для практических целей, т.е. организации минерального питания растений в условиях сельхозпроизводства, эта классификация достаточно удобна и позволяет адекватно оценить роль тех или других элементов в получении урожая, правильно подобрать методы восполнения их недостатка в почве.

Макроэлементы и мезоэлементы необходимы растению в достаточно больших количествах, потому что являются «строительным материалом», в первую очередь, для белков. Микроэлементы входят в состав ферментов, витаминов и т.п. Нормальное развитие и функционирование как отдельных клеток, так и всего растительного организма невозможно без оптимального обеспечения элементами всех этих групп.

Отсутствие или недостаток любого из элементов, необходимых для роста и размножения, вызывает вполне определенные симптомы голодания. Однако, излишество в данном случае тоже вредно: поступая в повышенных дозах, как макро, так и микроэлементы становятся токсичными для растений и употребляющих их людей и животных.

Факторы, влияющие на доступность элементов питания у растений

Наличие достаточного количества питательных веществ в почве не дает гарантии их попадания в растения. Усваиваемость элементов питания культурами зависит от многих факторов, как внутренних, так и внешних. Прежде всего, каждое растение испытывает потребность в определенном наборе химических соединений, который связан с типом культуры, ее фазой развития и индивидуальными особенностями.

Питательные вещества при корневом питании растения получают из почвы. При этом почвы очень различаются по содержанию микроэлементов. Так, в моренных лессовидных суглинках содержание кобальта, хрома, стронция в 2 – 2,5 раза больше, а никеля, ванадия, титана, бария, бора, марганца – в 3 – 4 раза больше, чем в песках. Торфяно-болотные почвы бедны микроэлементами. При этом, содержание микроэлементов в почве увеличивается по мере накопления в ней органических веществ. То есть, при внесении навоза, компоста и других органических удобрений, почва обогащается не только макро-, но и микроэлементами.

Растворимость микроэлементов в почвах имеет большое значение для их биологической доступности и способности к перемещению. Тяжелые почвы (как щелочные, так и нейтральные) хорошо удерживают микроэлементы и поэтому медленно поставляют их растениям, что может приводить к нехватке некоторых элементов. Легкие почвы, наоборот, могут быть источником легкодоступных микроэлементов, но при этом их запас быстрее истощается. Поэтому при оценке обеспеченности почв микроэлементами важно учитывать не только их валовое содержание, но и наличие подвижных форм. Причем, разница между этими двумя значениями может быть весьма существенной. Например, бор в подвижной форме составляет лишь 2 – 4% от валового содержания этого микроэлемента, медь, молибден, кобальт, цинк – 10 – 15%.

Обеспеченность почвы микроэлементами меняется в течение вегетационного периода, а также зависит от интенсивности осадков, испарения влаги из почвы и т.д. В зависимости от этих факторов, концентрации микро- элементов в почвенных растворах могут изменяться более чем в 10 раз. Это необходимо учитывать при проведении анализов почвы. При этом концентрации макроэлементов, хотя так же зависят от упомянутых факторов, изменяются в меньшей степени.

Перенос растворенных элементов в почве может происходить двумя путями: через почвенный раствор (диффузия) и вместе с движущимся почвенным раствором (вымывание). В зависимости от климатических условий, этот процесс имеет свои особенности. Так, в прохладном влажном климате вымывание микроэлементов вниз по профилю почвы проявляется сильнее, чем их накопление. А в теплом сухом климате более характерно восходящее движение микроэлементов.

В течение вегетационного периода растения потребность и степень усваиваемости одного и того же элемента может сильно отличаться. Поскольку все растительные организмы обладают избирательной способностью, то поглощение веществ, необходимых на данном этапе их развития, происходит более активно, чем всех остальных.

Урожайность и качество растительной продукции обеспечиваются необходимым уровнем, соотношением и доступностью элементов питания. И если кислород, водород и углерод растения могут в достаточном количестве получать из атмосферного воздуха (в виде СО2 и Н2О), то остальные необходимые элементы питания поступают в их организм почти полностью из почвы. Главным условием хорошей поглощаемости растениями микроэлементов является их доступность. Если элементы питания находятся в почвенном растворе, они легче усваиваются растениями. Наиболее важными для питания культур являются находящиеся в почвенном растворе ионы Са2+, К+, Mg2+, NH4+, NO3- и H2PO4-.

В процессе их поглощения корневой системой растений необходимо постоянное пополнение этих элементов путем внесения органических и минеральных удобрений.

Растения способны питаться не только ионами микро- и макроэлементов, которые находятся в почвенном растворе, но и теми ионами, которые связаны в коллоидах. С помощью корневых выделений (угольная кислота, органические и аминокислоты), обладающих растворяющей способностью, растения способны воздействовать на твердую фазу почвы, превращая необходимые им элементы из малодоступных соединений в легкоусваиваемую форму.

На уровень усваиваемости удобрений растениями большое влияние оказывают параметры окружающей среды: температура и влажность почвы, воздуха, освещенность, кислотнощелочная реакция грунта, его механический и химический состав и пр. Замечено, что низкие температуры (+10...11°С) замедляют усваиваемость фосфора и тормозят поглощение основных элементов питания корневой системой растений. При +5...6°С прекращается поступление всех питательных веществ, в т. ч. и азота, в растения. Наиболее оптимальный температурный диапазон, при котором происходит максимальная усваиваемость микро- и  макроэлементов у большинства растительных организмов, находится в пределах от +15°С до +30°С.

Освещение, необходимое для процессов фотосинтеза, так же необходимо и для поглощения растениями элементов питания. Чем меньше света, тем ниже уровень усвоения полезных веществ. Поступление некоторых элементов, например, калия, напрямую зависит от яркости освещения, поэтому культуры, растущие в тени, часто страдают от его недостатка. Продолжительность воздействия и интенсивность солнечных лучей влияют на поступление в растения кальция, фосфора, магния, молибдена, серы, аммиака и других элементов. От освещенности зависит и оптимальная влажность воздуха для растений: чем больше освещенность, тем выше должна быть относительная влажность воздуха.

Достаточная влажность почвы положительно влияет на развитие корневой системы растений и улучшает ее поглотительную способность. Если в зонах с достаточным уровнем увлажнения усвоение растениями фосфора из минеральных удобрений составляет 10 – 20%, а калия и азота – 40 – 70%, то в условиях засушливого климата этот показатель уменьшается в 1,5 – 2 раза. Повышение содержания влаги в грунте (до определенного предела) увеличивает доступность элементов питания в связи с их растворяемостью в воде.

Оптимальный (средний) уровень влажности для каждого типа почв не одинаков. Для суглинистого чернозема он составляет около 55 – 61%, для песчаного чернозема этот показатель находится в пределах 35 – 40%, а для подзолистых почв – от 41% до 61%. Но при этом необходимо учитывать также различие химического и физико-механического составов различных слоев почв, в которых находятся вещества, необходимые для питания растений.

На усваиваемость микро- и макроэлементов растениями негативно влияют как засуха, так и переувлажнение грунта.

Не меньшее влияние на доступность питательных элементов для растений оказывает и кислотно-щелочная среда почвы. Для каждого из элементов минерального питания есть определенное значение рН почвы, при котором он будет максимально доступен для растения. Так, некоторые виды фосфорсодержащих удобрений (фосфоритная мука) становятся доступными лишь после растворения в кислой среде. Как правило, более доступны и лучше усваиваются  элементы в слабокислой или близкой к нейтральной почвенной среде (6,2 < pH < 6,5). Избыток водорастворимых солей в почвенном растворе очень вреден для растительных организмов, а высокие концентрации (0,3 – 0,5%) приводят к гибели растений.

Микроудобрения: роль в жизни растений

Роль микроэлементов в жизни растений чрезвычайно важна, хотя потребность в них не исчисляется большими количествами. Они участвуют в биохимических процессах (фотосинтез, биосинтез хлорофилла, транспорт сахаров), влияют на деятельность ферментов, углеводный и азотистый обмен. Даже незначительные добавки микроудобрений могут оказывать благотворное действие, улучшая защитные свойства культур, их устойчивость к климатическим особенностям (засухо-, жаро- и холодостойкость), поражению заболеваниями. У растений, получивших своевременное и полное обеспечение микроэлементами, активизируются обменные процессы, отмечается повышенное содержание углеводов (крахмала и сахаров), белков, накопление витаминов, жиров.

Не всегда и не сразу дефицит того или иного минерала может выражаться во внешних проявлениях. В некоторых случаях установить нехватку элементов питания можно только с помощью лабораторных исследований почвенного состава. Необходимо также учитывать обоюдное влияние макро- и микроэлементов на рост и развитие растений. Недостаток одного из компонентов органического питания негативно влияет на степень доступности минералов и их усваиваемости растительными организмами. Наблюдается и обратная связь, когда нехватка микроэлемента вызывает избыточное или недостаточное накопление органических веществ в культурах, что также может негативно отразиться на их развитии.

Известны восемь наиболее необходимых для жизнедеятельности растений микроэлементов: железо, медь, бор, магний, цинк, марганец, кобальт, молибден. Отдельно можно выделить серу, которая относится к мезоэлементам.

Для некоторых типов почв изначально характерен недостаток какого-либо из них. Так, плодородные, богатые органикой грунты отличаются низким содержанием в них меди, на дерновых почвах растения будут ощущать острую нехватку молибдена, в щелочных грунтах снижается доступность бора, меди, марганца, а в кислых отмечается повышенная усваиваемость марганца, который в больших количествах токсичен для растений. Учитывая такие особенности, в каждом конкретном случае необходимо проводить предварительную обработку (или обогащение) посевных площадей. При этом следует также учитывать потребности каждого вида растений в конкретном микроэлементе, поскольку для разных культур они могут сильно отличаться. Основной недостаток микроэлементов, находящихся в почве – их труднодоступность для потребления растениями. Поэтому, чтобы восполнить недостающие в питании растений микроэлементы, применяют корневые либо внекорневые подкормки культур микроудобрениями.

Микроудобрения представляют собой комплексные химические соединения, содержащие вещества, необходимые для полноценного роста и развития растений, находящиеся в доступной для них форме. Их значение в жизни культур огромно: своевременное и сбалансированное применение микроудобрений позволяет увеличить урожайность на 10 – 20%. Наиболее благоприятными для потребления и усвоения растениями являются устойчивые химические соединения микроэлементов (в виде катионов металлов) с молекулами органических кислот (природного или синтетического происхождения). Их называют хелатами.

Такие продукты по своему составу максимально приближены к веществам, из которых состоят растительные организмы. К примеру, хорошо всем известные составляющие растений хлорофилл или витамин В12 представляют собой хелаты. К тому же хелатные удобрения совершенно не токсичны и легко растворимы в воде, поэтому полностью поглощаются и усваиваются.

Доступность удобрений хелатной формы в 5 – 10 раз выше по сравнению с удобрениями в виде неорганических солей. Если обычные соли микроэлементов могут вступать в различные побочные реакции с элементами почвы, то хелаты не связываются почвой и беспроблемно поглощаются культурами, усваиваясь практически полностью. Их использование для внекорневых подкормок имеет ряд существенных преимуществ. Молекулы хелатных соединений, попадая на пластину листа, поглощаются поверхностью и попадают непосредственно в растение, не накапливаясь снаружи. Единственный недостаток хелатов – их относительно высокая стоимость по сравнению с остальными видами микроудобрений.

Микроудобрения, в зависимости от формы их производства и способа воздействия на растения, различают по видам. К тому же они отличаются нормами расхода, технологией внесения и нюансами применения. Первую группу составляют соли органических кислот. Они наиболее финансово доступны, но малорастворимы. Их целесообразно применять лишь на грунтах с кислой и слабокислой реакцией рН. Соли гуминовых кислот образуют вторую группу. Их степень растворимости гораздо выше, но количество микроэлементов в таких солях незначительно, и даже двукратное применение за сезон не обеспечивает потребность культур в них. Третья группа – комплексные микроудобрения. Они представляют собой труднорастворимые капсулы, способные подпитывать растения необходимыми элементами в течение длительного периода. Современные биохимические разработки позволили создать новое поколение удобрений, представляющих собой органический хелатный комплекс (соединения органических веществ с ионами металла именно в такой форме, в какой они присутствуют во всех живых организмах) и образующих четвертую группу. Применение хелатов способствует увеличению адаптивного потенциала растений, стимулированию их генетических возможностей, что проявляется в повышении урожайности, его качества, устойчивости к влиянию неблагоприятных факторов.

Минеральные микроудобрения также классифицируют по основному содержащемуся компоненту. Различают борные, медные, цинковые, молибденовые, кобальтовые, марганцевые, ванадий содержащие, йодсодержащие удобрения и пр. Они представляют собой неорганические кислоты, соли металлов, сульфаты, применение которых должно быть строго дозированным во избежание накопления излишков этих химикатов как в почве, так и в частях растений. Более популярными являются полимикроудобрения, в составе которых находятся два и более микроэлемента. Их использование оказывает на растения разностороннее действие и несколько упрощает процедуру подкормок по сравнению с использованием мономикроудобрений. Наиболее применимы в сельскохозяйственной индустрии пять видов микроудобрений: борные, медные, цинковые, марганцевые, молибденовые.

Содержание в почве достаточного количества бора необходимо для культур в течение всего их жизненного цикла. Но особенно важное значение имеет этот микроэлемент в начальный период развития растения, поэтому борные удобрения часто применяют для предпосевной обработки семян зерновых и плодоносящих культур. Кроме того, содержащие бор вещества вносят на известкованные торфяные, дерновые, заболоченные почвы, выщелоченные черноземы, супесчаники и легкие песчаные грунты. Наиболее известные из борсодержащих удобрений: борная кислота, бура, борный суперфосфат и пр.

Медные удобрения, основным из которых является медный купорос, применяются для обработки почвы (на заболоченных нейтральных или слабощелочных участках, а также на постоянно переувлажненных территориях), предпосевной обработки семян и внекорневых подкормок сельскохозяйственных культур, исключая картофель и капусту. Этот элемент влияет на развитие и вступление растений в фазу цветения. Медь участвует в процессе фотосинтеза, делении клеток, синтезе сахаров и их транспортировке из листьев. Достаточное количество микроэлемента в питании растений активизирует накопление витамина С в плодах и овощах, увеличивает содержание белка в зерновых культурах и сахаров – в корнеплодах. Медь способствует повышению иммунитета растений к грибковым и бактериальным заболеваниям.

Цинк входит в состав более 30 растительных ферментов, участвующих в процессах дыхания и фотосинтеза. Его недостаток в питании существенно сказывается на темпах роста культур. Кроме того, цинк нормализует фосфорный обмен и способствует фиксации углерода. Внесение цинковых удобрений (сульфат цинка, цинковая грязь, отходы медеплавильных заводов) необходимо, как правило, на карбонатных почвах и известкованных участках с нейтральной и щелочной реакцией рН. Это позволяет повысить урожайность и качественные показатели продукции при выращивании зернобобовых культур (горох, фасоль), сахарной свеклы, овса, льна, кукурузы и др.

Марганцевые удобрения (сернокислый марганец в 0,05%-ном растворе) применяют для внесения в почву (песчаные, супесчаные грунты, черноземы с нейтральной или щелочной реакцией рН) и предпосевной обработки семян. Этот микроэлемент участвует в фотосинтезе, он активирует около 35 ферментов, влияющих на окислительно-восстановительные процессы. Марганец участвует в азотном обмене (восстановление нитратов до аммиака) и связан с синтезом белка. Его дефицит приводит к быстрому разрушению хлорофилла под действием света. При достаточном обеспечении растений марганцем урожайность зерновых, овощных (в особенности сахарной свеклы), ягодных культур увеличивается на 8 – 10 %.

Молибден участвует в фиксации атмосферного азота, влияет на стабилизацию структуры нуклеиновых кислот, совместно с железом выполняет каталитическую и структурную функцию, входя в ферментный комплекс нитрогеназы. Его недостаток приводит к резкому снижению количества содержащейся в растениях аскорбиновой кислоты, негативным изменениям в азотном обмене (снижение активности синтеза белка, уменьшение содержания аминокислот и амидов). Молибденовые удобрения (молибденовый суперфосфат, молибденово-кислый аммоний) применяют на почвах с кислой реакцией рН (песчаные, супесчаные, торфяники, дерново-подзолистые, сильноподзолистые, серые лесные, выщелоченные черноземы). Их используют для предпосевной обработки семян (сои, гороха, вики, клевера, люцерны и др.), применяется также внесение молибдена в почву одновременно с посевами. В период бутонизации и начала цветения культуры особенно остро нуждаются в достаточном количестве молибдена, поэтому внекорневые подкормки в это время позволяют повысить урожайность зерновых и зерно- бобовых культур на 15 – 20%, с одновременным увеличением содержания белка и каротина в продукции.

Антагонизм и синергизм макро- и микроэлементов

Немаловажный фактор, который следует учитывать при определении доступности того или иного вещества – это взаимодействие элементов питания между собой. Макро- и микроэлементы находятся в тесном взаимодействии друг с другом. Поэтому главным фактором, обеспечивающим нормальный рост, развитие и функционирование культур, является соблюдение правильного баланса химических составляющих в питательной среде и в самом растении. Всем культурам, в зависимости от их жизненного цикла, генотипических особенностей их биохимического состава и окружающей среды, требуется определенное соотношение питательных веществ. Этот баланс имеет более важное значение, чем фактическая концентрация отдельных элементов в питательном растворе. Ни один химический элемент в природе не действует изолированно от других. При этом правильное соотношение микроэлементов в питании с учетом их взаимодействия между собой является не менее значимым и сложным, чем баланс макроэлементов. Чтобы обеспечить растения сбалансированным составом элементов, необходимо учитывать не только их физиологическую роль в жизни культур по отдельности, но и оказываемое влияние на растительный организм в результате их совместного действия.

Почти все элементы, входящие в состав питательных веществ, находятся между собой в одной из двух форм взаимодействия: антагонистической либо синергической. Игнорирование этого фактора приводит к несбалансированным реакциям внутри самого растения, в результате чего оно получает стресс, который может оказаться губительным. Антагонизм между элементами возникает в том случае, если их общее участие в химических реакциях приводит к ухудшению действия одного из них. Так, избыток одного элемента может снижать уровень поглощения корневой системой растения другого элемента.

 
quotes
 

При недостатке любого макро- или микроэлемента нет смысла пытаться увеличить урожай за счет внесения других элементов

 

Явление, когда два или более элементов при совместном действии создают эффект улучшения физиологического состояния растения, называется синергизмом. В обратном случае, когда избыток одного из элементов уменьшает поглощение другого, наблюдается физиологический антагонизм. Эти взаимодействия зависят от типа почвы, физических свойств, рН, окружающей среды, температуры и доли участвующих питательных веществ.

Синергизм и антагонизм элементов связаны с электронным строением их атомов и ионов. Если наблюдается сходство в строении двух или более элементов, то они способны замещать друг друга в биохимических системах, что и вызывает антагонизм этих питательных веществ. Агрономы всегда должны учитывать конкуренцию элементов, содержащих аналогичные по размеру, валентности и заряду ионы. Это очень важно при составлении сбалансированного комплекса удобрений, необходимых для прогрессирующего развития культур. Явления синергизма и антагонизма питательных веществ имеют особо критическое значение для растений, когда содержание этих элементов в почве приближено к дефициту.

Вот некоторые примеры антагонизма макро- и микроэлементов:

- чрезмерное количество N (азота) уменьшает поглощение P (фосфора), К (калия), Fe (железа ) и некоторых других элементов: Ca (кальция), Mg (магния), Mn (марганца), Zn (цинкa), Cu (меди);

- чрезмерное количество Р (фосфора) уменьшает поглощение катионов таких микроэлементов как Fe (железо), Mn (марганец), Zn (цинк) и Cu (медь);

- чрезмерное количество К (калия) уменьшает поглощение Mg (магния) в большей степени и Ca (кальция) в меньшей степени;

- чрезмерное количество Ca (кальция) снижает поглощение Fe (железа);

- чрезмерное количество Fe (железа) снижает поглощение Zn (цинка);

- избыток Zn (цинка) ухудшает доступность Mn (марганца).

В отличие от антагонизма синергизм представляет собой комплексное действие элементов (двух или более), при котором достигается усиление положительного результата их влияния на растение.

Многочисленные российские и зарубежные практические и лабораторные исследования, которые проводились в разное время, в разных почвенно-климатических условиях, установили такие примеры синергизма элементов:

- достаточное количество N (азота) обеспечивает оптимальное поглощение K (калия), а также P (фосфора), Mg (магния), Fe (железа), Mn (марганца) и Zn (цинка) из почв;

- достаточный уровень Cu (меди) и B (бора) в почве улучшает поглощение N (азота);

- oптимальнoе количество Мо (молибдена) повышает усваиваемость культурами N (азота), а также увеличивает поглощение Р (фосфора);

- достаточное количество Ca (кальция) и Zn (цинка) улучшают усвоение P (фосфорa) и K (калия);

- оптимальный уровень S (серы) повышает поглощение Mn (марганца) и Zn (цинка);

- достаточное количество Mn (марганца) увеличивает поглощение Cu (меди).

Нередко помимо этих двух групп элементов (антагонистов и синергистов) выделяют также третью группу, куда входят элементы, блокирующие действие друг друга. Например, одновременное присутствие в питательном растворе Cu (меди) и Ca (кальция) приводит к поглощению растением лишь одного из этих компонентов.

Чувствительность растений к дефициту элементов

Общеизвестный факт – на одной и той же почве, при одинаковом содержании в ней макро- и микроэлементов растения разных видов чувствуют себя по-разному. Связано это с их неодинаковыми потребностями в элементах питания. Причем, эти потребности различаются даже в те или иные периоды развития одного и того же растения. Например, для питания проростка гораздо важнее резерв микроэлементов в семени, чем их содержание в почве. Но для всех растений и периодов их развития является справедливым правило незаменимости элементов, согласно которому ни один из питательных элементов не может быть заменен другим. Поэтому при недостатке любого макро- или микроэлемента нет смысла пытаться увеличить урожай за счет внесения других элементов. Отсюда же следует, что для успешного восполнения нехватки питательных веществ нужно точно знать, каких именно элементов недостаточно.

Особенно чувствительны к недостатку или избытку питательных элементов молодые растения. В то же время, есть элементы, которые более необходимы растениям именно на первых этапах развития. Например, это относится к фосфору. В фазе активного роста сначала растения больше нуждаются в азоте, но со временем происходит увеличение потребности в калии. В период образования бутонов и цветения особенно важны фосфор и азот, а также бор.

Разные виды сельскохозяйственных культур довольно сильно различаются по чувствительности к дефициту микроэлементов (см. таб. 1). Для сельхозпроизводителей, возделывающих ту или иную сельхозкультуру, также важным является показатель выноса питательных веществ с урожаем (таб. 2).

Относительное содержание элементов минерального питания в основной и побочной продукции разных сельскохозяйственных культур определяется, прежде всего, их видовыми особенностями, а также сортом и условиями выращивания. В частности, капуста, картофель, сахарная свекла, подсолнечник, кормовые корнеплоды для создания более высокого урожая потребляют гораздо больше питательных веществ, чем зерновые. Вынос питательных веществ из почвы возрастает с увеличением урожая. Тем не менее, затраты питательных веществ на единицу продукции при этом уменьшаются.

Все перечисленные особенности следует учитывать, разрабатывая стратегию и текущие планы обеспечения растений в определенном хозяйстве питательными элементами.

#питание #микроэлементы #удобрения #растения