Роль макроэлементов в жизни растений

Макроэлементы присутствуют в растении в количестве от сотых долей процента до нескольких десятков процентов. Каждый элемент минерального питания растений выполняет специфические функции.

Азот. Роль азота в жизни растений исключительно велика. Он входит в белки, хлорофилл, ферменты. При достаточном обеспечении азотом увеличивается масса растений, возрастает листовая поверхность и листья становятся темно-зелеными, созревание растений задерживается. Больше всего азота требуется растению, когда образуется вегетативная масса, фотосинтезирующий аппарат. При недостатке азота растения плохо растут и развиваются, листья становятся светло-зелеными, иногда оранжевого или красноватого цвета (капуста, брюква). У злаковых культур отмечается слабое кущение, а у плодовых – опадает завязь. Признаки недостатка азота лучше всего выражены на нижних листьях. Недостаток азота резко сказывается на величине урожая. На получение 1 т зерна вместе с соломой требуется от 30 до 35кг азота.

Содержание валового азота в почвах следующее:

–в песчаных дерново-подзолистых почвах 0,02-0,05%;

–в черноземах 0,2-0,5%.

Содержание общего азота тесно связано с количеством органического вещества (гумуса). Примерно 93-99% всего азота находится в составе органического вещества (3-5% от его массы).

Круговорот азота в природе включает в себя несколько звеньев, в котором главными аспектами выступают микроорганизмы –азотфиксаторы, аммонификаторы, нитрификаторы, денитрификаторы.

Азотфиксация атмосферного азота осуществляется клубеньковыми бактериями (до 300 кг/га) и свободноживущими бактериями-азотфиксаторами (до 10-100 кг/га в год).

Разложение азотсодержащих органических соединений приводит к высвобождению азота в виде аммиака (аммонификация). Затем аммиак окисляется последовательно до нитритов (NО₂) и нитратов (NО₃) (нитрификация). Окисленный азот вновь может восстанавливаться до газообразной формы в процессе денитрификации и улетучиваться в атмосферу.

Органический азот растениям недоступен. Основная роль в питании растений принадлежит минеральным формам азота, нитратному (NO₃) и аммиачному (NH₄). Данные формы азота очень подвижны, но именно они определяют продуктивность растений.

Содержание минерального азота величина очень динамичная, она сильно меняется по годам и в течение вегетации растений и зависит от:

– типа почвы;

– содержания гумуса в почве;

– удобрения;

– предшественников;

– обработки почвы;

– погодных условий и других факторов.

Избыток минеральный форм азота приводит к загрязнению почв, грунтовых вод, водоемов и накоплению их в сельскохозяйственной продукции.

Фосфор. Входит в состав нуклеопротеидов, белков клеточного ядра, фосфатидов и фитина. Хорошее снабжение фосфором зерновых культур ускоряет их созревание. Хорошая обеспеченность фосфором увеличивает урожайность и существенно повышает качество продукции. Например, содержание сахара в сахарной свекле, крахмала в клубнях картофеля, масла в подсолнечнике.

При недостатке фосфора растения плохо растут, молодые листья приобретают красно-фиолетовую окраску. Особенно сильно влияет на урожай недостаток доступного фосфора в первый период развития растений.

В почве фосфор находится в форме минеральных и органических соединений Валовое его содержание составляет 0,03-0,20% или 1-6 т/га в пахотном слое. Основными источниками фосфора в почвах служат труднорастворимые минералы группы апатита, главным образом фторапатит. Органические соединения представлены нуклеиновыми кислотами, нуклеопротеидами, сахарофосфатами и гумусовыми веществами. Основная часть органических и минеральных соединений фосфора в почвах растениям недоступна.

Главный источник фосфора для растений содержится в почве в виде солей кальция, магния, железа и алюминия ортофосфорной кислоты. В почвах с кислой реакцией среды преобладают фосфаты железа и алюминия, – с нейтральной и слабощелочной – фосфаты кальция. При диссоциации солей ортофосфорной кислоты образуются фосфат ионы (Н₂РО₄^-, НРО₄^2-, РО₄^3-), которые находятся в ППК в поглощенном состоянии и являются основным источником фосфора для растений. Наиболее благоприятная среда для усвоения фосфат ионов растениями – слабокислая (рН = 6,0-6,5).

Сельскохозяйственные культуры по разному относятся к содержанию и выносу подвижного фосфора из почвы. К культурам невысокого выноса относятся зерновые; к культурам повышенного выноса – корнеплоды, картофель; к культурам большого выноса – овощные, чай, цитрусовые и др.

Содержание подвижного фосфора мало меняется по годам и зависит от типа почвы, гранулометрического состава, применения удобрений. По мнению некоторых ученых [Сдобников, 1985] фосфор не имеет естественных источников пополнения запасов в почве. Его содержание можно повысить только внесением фосфорных и органических удобрений.

Однако, коэффициент использования фосфора из минеральных удобрений очень низкий, всего 15-20% (для азота коэффициент использования составляет 50%, для калия – 60-70%). Это обусловлено прочным связыванием фосфора удобрений в недоступные для растений формы соединениями Fe, Al, Ca и глинистыми минералами. На получение 1 т зерна вместе с соломой требуется примерно 12кг фосфора. Запасы фосфорного сырья (апатитов и фосфоритов) на планете очень ограничены.

Калий регулирует важнейшие физиологические процессы, поддерживает активность цитоплазмы. Особенно много калия в молодых растущих органах растения. С возрастом происходит отток калия из старых органов в более молодые. Калий усиливает процессы образования углеводов и белков, препятствует преждевременному обезвоживанию, повышает засухоустойчивость, зимостойкость, устойчивость растений к полеганию, улучшает качество растительной продукции (зерно, плоды, волокно).

При недостатке калия листья растений становятся темно-зелеными с голубоватым или бронзовым оттенком. Листья также становятся морщинистыми и на них появляются отмершие бурые участки, часто с краев листа. При недостатке калия ослабляется тургор, поэтому листья и стебли растения приобретают вялый вид.

Содержание общего калия в пахотном слое почв составляет 0,5-3%. Он входит в состав кристаллической решетки первичных (шпаты, слюды) и вторичных (вермикулит, глауконит) минералов, и в таком виде растениям труднодоступен. Основным источником питания растений является обменный калий (К⁺), который находится в составе ППК. Обменный калий составляет 0,5-2,5% от общего. В почве баланс калия, по сравнению с азотом и фосфором, складывается мене остро, так как валовое содержание калия в пахотном слое почвы в 5-50 раз больше, чем азота, и в 8-40 раз больше по сравнению с фосфором. Кроме этого, калий больше накапливается не в зерне, а в соломе и ботве, поэтому он возвращается в почву. Однако если возделываются картофель или корнеплоды, то вынос калия из почвы будет значительным и это может лимитировать продуктивность культуры.

На получение 1 т зерна вместе с соломой требуется 25-30кг калия.

Кальцийнеобходим для нормального роста растений. При недостатке кальция нарушается поглощение растениями питательных веществ. Так как ион Са²⁺ является сильным антагонистом, то он препятствует избыточному поступлению в растения некоторых катионов (Н⁺, Nа⁺, К⁺, Mg²⁺, Al³⁺, NH⁺₄ и др.). Дефицит кальция задерживает рост листьев, на них появляются светло-желтые пятна (хлоротичность листьев), затем листья отмирают.

Различные растения резко отличаются по величине потребления кальция. При хороших урожаях (2-3т/га зерновых, 20-30т/га корнеплодов и 50-70т/га капусты) сельскохозяйственные культуры выносят следующие количества кальция (кг СаО с 1га): рожь, пшеница, ячмень, овес 20-40; горох, вика, фасоль, гречиха, лен 40-60; картофель, люпин, кукуруза, сахарная свекла 60-120; клевер, люцерна, подсолнечник, конопля, табак 120-250; капуста 300-500. Больше всего кальция потребляют такие культуры как капуста, люцерна и клевер.

Кальций больше всего содержится в листьях и стеблях, но не в семенах, поэтому значительная его часть не отчуждается с урожаем, а остается на полях, либо возвращается в почву вместе с навозом.

В почве кальция чаще всего хватает. Дефицит этого элемента может возникать только вследствие выщелачивания на кислых и легких по гранулометрическому составу почвах. Поэтому при возделывании капусты, люцерны, клевера на бедных кальцием почвах может возникнуть потребность во внесении кальция (известковые удобрения, известкование).

Магний входит в состав молекул хлорофилла и принимает непосредственное участие в фотосинтезе. Магний участвует в передвижении фосфора в растениях, ускоряет образование углеводов, активирует ферменты. При недостатке магния листья растений становятся пятнистыми (мраморовидность листьев), затем они желтеют, скручиваются с краев и преждевременно опадают.

Потребность растений в магнии различна. Наибольшее количество магния поглощают картофель, сахарная и кормовая свекла, табак, бобовые культуры. Потребность к недостатку этого элемента испытывают конопля, просо, кукуруза.

В почвах магния меньше, чем кальция. Растения потребляют элемент в виде иона Mg²⁺, входящего в состав ППК. На кислых и легких по гранулометрическому составу почвах может возникнуть необходимость во внесении известковых удобрений, содержащих магний.

Железо необходимо для образования в растениях хлорофилла, хотя в состав последнего данный элемент не входит. В почве железа достаточно, оно входит в состав первичных и вторичных минералов, присутствует в виде гидроокисей и окисей, простых солей, в поглощенном состоянии, а также в составе органно-минеральных комплексов.

В восстановительных условиях окисное железо способно переходить в закисное с образованием растворимых соединений (FeCO₃, Fe(HCO₃)₂, FeSO₄), доступных для растений. Повышенная растворимость соединений железа угнетает растения. На нейтральных и щелочных почвах с окислительными процессами растения могут испытывать недостаток железа, что внешне проявляется как хлороз (обесцвечивание листьев).

Следует сказать, что в почвах Красноярского края железа находится очень много, как правило, его содержание в несколько раз выше, чем в почвах Европейской части страны.

Сера входит в состав многих растительных белков и эфирных масел. Валовое содержание SO₃ в верхних горизонтах почв колеблется от 0,01 до 2% и более. Сера находится в почве в форме сульфатов, сульфидов и в составе органического вещества. При разложении органического вещества, окислении сульфидов образуется сульфаты, доступные для растений. Так, сульфаты калия, натрия и магния хорошо растворяются в воде. Обычно в почвах содержится достаточное количество сульфатов для удовлетворения потребностей растений в сере. Недостаток серы в растениях сопровождается хлорозом листьев.

По данным ГЦАС «Красноярский» на кислых почвах Красноярского края существует большой дефицит серы. Особенно сильно он проявляется на кислых, малогумусных, почвах легкого гранулометрического состава.