ФІЗІОЛОГІЯ ТА БІОХІМІЯ РОСЛИН

Опорний конспект лекцій

7. МІНЕРАЛЬНЕ ЖИВЛЕННЯ РОСЛИН

Добрива

Фізіологічні основи застосування добрив

У природних біоценозах увібрані з ґрунту сполуки частково повертаються з опалими листками, гілками, хвоєю. При збиранні врожаю сільськогосподарських рослин поглинені речовини з ґрунту видаляються. Величина винесення мінеральних елементів залежить від виду рослини і від врожайності, а в однієї і тієї ж культури - ще й від ґрунтово-кліматичних умов. Овочеві культури, картопля, багаторічні трави використовують більше елементів живлення, ніж зернові. Наприклад, винесення кальцію на одну тонну продукції становить в зернових 10 кг, картоплі, кормового і цукрового буряка - 30-40, а у капусти - 60 кг.

Для запобігання виснаження ґрунту й одержання високих врожаїв сільськогосподарських культур необхідне внесення добрив.

Система добрив — це програма застосування добрив у сівозміні з урахуванням рослин-попередників, родючості ґрунту, кліматичних умов, біологічних особливостей рослин і сортів, складу і властивостей добрив. Система добрив створюється з урахуванням кругообігу речовин і їхнього балансу в землеробстві. Баланс поживних речовин враховує їхнє надходження до ґрунту (в тому числі і добрив), сумарну витрату на формування врожаїв і непродуктивні втрати з ґрунту. Необхідна умова функціонування системи добрив - запобігання забруднення навколишнього середовища внесеними в ґрунт хімічними сполуками.

Визначити мінеральний склад ґрунту і рослини допомагають хімічні методи. Вони дають загальне уявлення про кількість мінеральних сполук, що є в ґрунті і поглинаються рослинами. Доступність для рослин необхідних елементів та інші завдання вирішуються експериментально із застосуванням вегетаційного і польового методів.

В умовах вегетаційного методу рослини вирощують на водних розчинах досліджуваних мінеральних солей (водні культури) або солі вносять у пісок (піщані культури) або в ґрунти різного складу (ґрунтові культури). Умови освітленості, температуру повітря і температуру в зоні коренів, вологість та інші параметри регулюють у заданому автоматичному режимі. Для вивчення механізмів поглинання, перетворення і транспорту в рослині мінеральних елементів в умовах вегетаційного досліду широко застосовують радіоактивні ізотопи фосфору (³²Р), калію (⁸⁶Rb)¹сірки (³⁵S), ¹⁴СО₂, важкий азот (¹⁵N) та ін. Оскільки вегетаційні досліди проводять в умовах невеликого обсягу розчину або субстрату (до 10 кг) з обмеженою кількістю рослин, їхні результати перевіряють у польових умовах (польовий метод), після чого вони можуть бути основою рекомендацій для використання в практиці сільського господарства.

Одночасно удосконалюються методи листкової діагностики потреб рослин в елементах живлення за експрес-аналізами клітинного соку листків і методами хімічного аналізу елементів у ґрунтах.

Класифікація добрив

Добрива поділяють на мінеральні й органічні; промислові (азотні, калійні, фосфорні, мікродобрива) і місцеві (гній, торф, зола); прості (містять один елемент живлення - азотні, калійні, борні, молібденові, марганцеві) і комплексні (містять два або більше поживних елементів). Серед комплексних добрив виділяють складні і комбіновані. Складні добрива в складі однієї хімічної сполуки містять два або три поживні елементи, наприклад калійна селітра — ККО₃, амофос — NH₄H₂PО₄та ін. Одна гранула комбінованих добрив містить два або три основні елементи живлення у вигляді різних хімічних сполук (наприклад, нітрофос, нітроамофоска та ін.).

Азотні добрива. Єдиним природним джерелом нагромадження запасів азоту в ґрунті є його фіксація з атмосфери мікроорганізмами. Азот, винесений із врожаєм, частково повертається до ґрунту з гноєм. Велике значення має застосування азотних добрив, що дають найбільші прирости врожаю.

Азотні добрива поділяються на чотири групи:

Нітратні добрива (селітри) містять азот у нітратній формі — NаNО₃, Са(NО₃)₂. Фізіологічно лужні добрива, ефективні на кислих ґрунтах.

Амонійні й аміачні добрива — сульфат амонію (NH₄)₂SO₄, рідкий безводний аміак (містить 82,2% азоту), аміачна вода (водний 25%-вий розчин аміаку — NH₄OH). Ефективні на нейтральних і слаболужних ґрунтах через фізіологічну кислотність. На кислих ґрунтах одночасно потрібне вапнування.

Амонійно-нітратне добриво. Основне азотне добриво - аміачна селітра NH₄NO₃ — містить 34 % азоту, добриво фізіологічно кисле, але підкислює ґрунт слабше, ніж (NH₄)₂SO₄. На кислих ґрунтах переваги має вапняна аміачна селітра (NH₄NO₃ + СаСО₃).

Сечовина (карбамід) CO(NH₂)₂— містить близько 46 % азоту, дещо підлужнює ґрунт при місцевому внесенні.

Для зниження втрат азоту сечовини й аміачних добрив до них додають інгібітори нітрифікації.

Фосфорні добрива. За вегетаційний період рослини поглинають із ґрунту в середньому 60 кг Р₂О₅ з 1 га. Велика його частина до ґрунту не повертається. Запаси доступного для рослин фосфору відновлюються внесенням добрив. Потреба у фосфорних добривах зростає при доброму забезпеченні рослин азотом. Фосфорні добрива поділяють на три групи в залежності від розчинності у воді.

- Водорозчинні - простий суперфосфат Са(Н₂РО₄)₂ і подвійний суперфосфат Са(Н₂РО₄)₂хН₂О з невеликою кількістю вільної фосфорної кислоти. Фосфор суперфосфатів слабо рухливий у ґрунті і концентрується в місці внесення. Тому бажане більш глибоке внесення добрива. Ефект добрива виявляється протягом 2—3 років.

- Добрива, фосфор яких нерозчинний у воді, але розчинний у слабких кислотах, - преципітат, томасшлак та ін. Фосфор знаходиться в них у доступній для рослини формі.

- Добрива, нерозчинні у воді і погано розчинні в слабких кислотах, - фосфоритне борошно, кістяне борошно.

Калійні добрива. Рослини поглинають калію більше, ніж інші зольні елементи. Показником рівня забезпеченості ґрунту калієм служить вміст у ньому обмінного калію.

Основним калійним добривом є хлористий калій (КСl). Він застосовується на всіх ґрунтах і під усі культури. Багато калію в гної. Сульфат калію (K₂SO₄) особливо важливий для культур, чутливих до хлору (картопля, льон, цитрусові). Калімагнезія K₂SO₄xMgSO₄x6H₂O — застосовується на бідних калієм і магнієм піщаних та супіщаних ґрунтах.

Калійні добрива — фізіологічно кислі, але кислотність їх виявляється при тривалому застосуванні без вапнування; на чорноземах і сіроземах вплив калійних добрив на рН ґрунту не спостерігається. Калійні добрива дають значні збільшення врожаю при достатньому постачанні рослин азотом і фосфором. Калій, так само як і фосфор, слабо мігрує в орному шарі ґрунту, тому його варто вносити на глибину, що відповідає розташуванню кореневої системи.

До складних добрив належить амофос — NH₄H₂PO₄ з невеликою добавкою (NH₄)₂HPO₄. Повільно діючим складним добривом є магній-амоній-фосфат - MgNH₄PO₄xH₂O.

До комбінованих добрив належать:

Нітрофоси і нітрофоски — подвійні і потрійні добрива. Азот, фосфор і калій знаходяться в них у розчинних сполуках (NH₄NO₃, NH₄Cl, KNO₃, KCl). а фосфор - у вигляді дикальційфосфату і фосфату амонію.

Нітроамофоси і нітроамофоски — містять більше мінеральних речовин, ніж нітрофоси, і усі компоненти (азот, фосфор, калій) знаходяться в легкорозчинній формі.

Органічні добрива — гній, торф, пташиний послід, зелені добрива — корисні при спільному внесенні з мінеральними добривами як важливі додаткові джерела основних мінеральних елементів, органічних речовин, а також покращують структуру ґрунту і його біологічну ефективність.

Мікродобрива. Нестача окремих мікроелементів може послужити одним із лімітуючих факторів збільшення врожаїв сільськогосподарських культур, незважаючи на застосування азотних, фосфорних і калійних добрив. Зазвичай рослини відчувають нестачу у міді на торфовищах, у молібдені — на кислих ґрунтах (дерново-підзолистих і сірих лісових), у борі та молібдені — на червоноземах, у марганці, залізі та цинку — на карбонатних і супіщаних ґрунтах. Тому внесення мікродобрив забезпечує значне підвищення ефективності добрив, що містять основні елементи живлення рослин. Для цієї мети здебільшого застосовують комплексні добрива, що містять два, три і більше основних елементів живлення і мікроелементи. Застосування мікродобрив важливе також для кращого використання рослинами основних поживних речовин. Так, марганець сприяє більшій рухливості фосфору в ґрунті, а кобальт підсилює надходження до рослин азоту. Підвищення рівня азотного живлення збільшує надходження не тільки фосфору, калію і магнію, але й міді, заліза, цинку, марганцю.

Бактеріальні добрива. Бактеріальні добрива - це препарати бактерій, які збільшують кількість доступних для рослин мінеральних елементів ґрунту. Ці добрива покликані підтримати біологічну активність ґрунтів. Для цієї мети використовують:

1. Препарати бактерій, що розкладають органічні сполуки фосфору в ґрунті, — фосфобактерин.

2. Препарат азотобактера — азотоген, або азотобактерин, що збагачує ґрунт вільними азотфіксаторами.

3. Препарат нітрагін, що містить бульбочкові бактерії, які сприяють утворенню бульбочок на коренях бобових, підсилюють фіксацію неорганічного азоту.

4. Препарати силікатних бактерій, що зумовлюють руйнування ґрунтових калійних силікатів і покращують калійне живлення рослин.

Рис. 20. Зони кореня і його первинна будова:

а — загальний вигляд; б — поздовжній розріз; в — поперечний розріз у зоні кореневих волосків: І — зона росту з кореневим чохликом; ІІ — зона розтягування і початку диференціації клітин; ІІІ — всисна зона; IV — провідна зона; 1 — волосконосний шар (епіблема, ризодерма); 2 — кореневі волоски; 3 — ксилема; 4 — кора кореня; 5 — центральний циліндр; 6 — початок росту бічного кореня; 7 — перицикл; 8 — флоема; 9 — серцевина.

Рис. 21. Вплив рН на доступність мінеральних елементів для рослин.

Ширина горизонтальних смуг показує розчинність сполуки, що пов’язано з її доступністю для рослини при поглинанні в іонній формі.

Рис. 22. Хвороби голодування буряків.

Голодування азотне, або хлороз (1), проявляється в пожовтінні листків. Вони стають блідно-зеленими, хлоротичними, швидко відмирають. Голодування фосфорне, або буруватість листків (2). Листки при цьому стають темно-зеленими з металевим блиском, а на старших з’являються бурі плями, утворюючи так званий некроз міжжилкових тканин. Голодування калійне (3) проявляється при внесенні в ґрунт недостатньої кількості калійних добрив. Характерною ознакою хвороби є відмирання тканин листків, по краях вони стають хвилястими, тонкими і ніжними. Через деякий час на них з’являються сухі темно-бурі плями, які, зливаючись, утворюють буру кайму. Нестача магнію (4). Нестача марганцю (5). Нестача заліза (6).

Рис. 23. Бульбочки з азотфіксуючими бактеріями на коренях рослини.

Рис. 24. Схема виникнення інфекційних ниток.

У прямому кореневому волоску видно дві інфекційні нитки, у викривленому - одна галузиста.

Рис. 25. Автотрофна асиміляція азоту.

¹ Рубідій використовують як елемент із близькими до калію властивостями.