Потребность растений в элементах питания

Накоплен большой фактический материал о потреблении минеральных веществ сельскохозяйственными растениями. Разные их виды, произрастая на одной и той же почве, поглощают из нее минеральные вещества в различных соотношениях. Требования растений к минеральному питанию предопределены их генотипическими особенностями. Тип элементного химического состава растительности был заложен на ранних этапах формирования и сложился при освоении ею различных геохимических ниш. Это находит отражение в химическом составе растений различных семейств (табл. 20).

Различия между ними весьма существенны. Злаковые растения гораздо богаче других кремнием, но беднее кальцием, натрием, молибденом и бором. Семейству крестоцветные свойственно повышенное количество натрия, хлора, серы, бора, магния. В бобовых много азота и молибдена, в гречишных - марганца, цинка и кобальта.
Эти различия усиливаются разнообразием химического состава отдельных родов и видов растений в связи с их приспособлением в процессе эволюции к определенным условиям питания. В фитомассе растений обнаруживаются практически все известные химические элементы, показано участие 27 из них в метаболических процессах, 15 признаны необходимыми для нормального роста и развития растений (С, О, Н, N, Р, К, Са, Mg, Fe, S, Сu, В, Mn, Zn, Mo).
Значительное влияние на химический состав растений, помимо генетического фактора, оказывают экологические условия. Избыток тех или иных химических элементов в окружающей среде сказывается на химическом составе растений, но очень по-разному. Одни из них способны накапливать минеральные элементы в больших количествах, другие повышенных концентраций не переносят.
Содержание минеральных веществ в растениях зависит от почвенно-климатических условий, агротехники, удобрений.
Интенсивность усвоения минеральных элементов имеет периодичность и может различаться по фазам роста и развития в несколько раз. Например, ячмень потребляет минеральные элементы в основном в период от кущения до выхода в трубку, у пшеницы период потребления несколько более растянут, у свеклы максимальное потребление в середине вегетации, у проса - перед выметыванием, у плодовых деревьев наблюдается два периода интенсивного усвоения элементов питания: рано весной (распускание цветковых почек, цветение, образование листового аппарата) и осенью, после затухания роста и съема плодов, что связано с осенним ростом корней и закладкой плодовых почек.
Возможности потребления минеральных элементов растениями из почвы связаны с особенностями развития корневых систем, способностью извлекать питательные вещества из труднодоступных форм. Последний признак, помимо зависимости от мощности корневой системы, зависит от специфической ее способности непосредственно воздействовать на почвы корневыми выделениями. Идентификация растений по этой способности не получила развития, тем не менее эмпирическая ее оценка практикуется. Известна, в частности, повышенная усваивающая способность корней гречихи, горчицы, люпина, донника, подсолнечника по сравнению с зерновыми колосовыми, тем более льном, коноплей и т.д.
Количественные оценки развития корневых систем растений в определенной мере отражают их отношение к плодородию почвы. Например, корневая система у овса сильнее, чем у ячменя, у озимой ржи сильнее, чем у озимой пшеницы. Соответственно пшеница более требовательна к плодородию почвы, чем рожь, а ячмень требовательнее овса. Разумеется, эта связь сильно корректируется рядом других факторов.
Отношение растений к реакции почвы. Реакция почвы влияет на рост растений непосредственно и через снабжение питательными веществами. При рН меньше 3 и больше 9 протоплазма клеток в корнях большинства листостебельных растений повреждается. Кроме того, избыток Аl3+ в сильнокислых почвах и боратов в щелочных оказывает на корни токсическое действие.
Различные растения имеют неодинаковый интервал рН, благоприятный для их роста и развития (табл. 21), и обладают разной чувствительностью к отклонению реакции от оптимальной. В этом отношении они разделяются на несколько групп:

1. Наиболее чувствительны к кислотности хлопчатник, люцерна, эспарцет, сахарная, столовая и кормовая свекла, конопля, капуста. Они хорошо растут только при нейтральной или слабощелочной реакции (рН 7-8) и очень сильно отзываются на внесение извести даже на слабокислых почвах.
2. Чувствительны к повышенной кислотности ячмень, яровая и озимая пшеница, кукуруза, соя, фасоль, горох, кормовые бобы, клевер, подсолнечник, огурцы, лук, салат. Они лучше растут при слабокислой или нейтральной реакции (рН 6-7) и хорошо отзываются на известкование не только сильнокислых, но и средне-кислых почв. На известкованных почвах урожайность этих культур значительно повышается, резко уменьшается выпадение озимой пшеницы и клевера при перезимовке.
3. Слабочувствительны к повышенной кислотности рожь, овес, просо, гречиха, тимофеевка, томат, редис, морковь. Эти культуры могут удовлетворительно расти в широком интервале рН, при кислой и слабощелочной реакции (рН 4,5-7,5), но наиболее благоприятна для их роста слабокислая реакция (рН 5,5-6,0). На сильно- и среднекислых почвах они положительно реагируют на известкование полными нормами, что объясняется не только снижением кислотности, но и усилением мобилизации питательных веществ и улучшением питания растений азотом и зольными элементами.
4. Лен и картофель нуждаются в известковании только на сильнокислых почвах. Картофель малочувствителен к кислой реакции и хорошо растет на кислых почвах. Для льна характерен узкий интервал оптимальной реакции. Он чувствителен и к повышенной кислотности почвы, и к щелочной реакции. Наиболее благоприятны для его роста слабокислые почвы (рН 5,5-6,0).
При внесении высоких норм извести и доведении реакции среды до нейтральной урожай картофеля и льна и особенно его качество могут снижаться, картофель сильно поражается паршой, а лен - бактериозом. Отрицательное влияние повышенных норм извести на эти культуры объясняется не столько нейтрализацией кислотности, сколько уменьшением количества усвояемых соединений бора в почве, а также избыточной концентрацией ионов кальция в почвенном растворе, в результате чего затрудняется поступление в растения других катионов, в частности магния и калия.
5. Люпин синий и желтый, сераделла, чайный куст лучше растут на кислых почвах (рН 4,5-5,0) и плохо - при щелочной и даже нейтральной реакции. Эти культуры чувствительны к избытку водорастворимого кальция в почве, особенно в начале роста, поэтому отрицательно реагируют на повышенные нормы извести. Однако при внесении пониженных норм известковых удобрений, содержащих магний, снижения урожая этих культур не наблюдается.
По чувствительности к кислотности и отзывчивости на известкование различаются не только разные сельскохозяйственные растения, но и различные их сорта (особенно ячменя, яровой пшеницы, кукурузы, гороха, клевера, люцерны).
Зоны оптимальных значений рН в значительной мере изменяются в зависимости от гранулометрического состава почв, содержания гумуса.
Характеризуя отношение плодовых культур к реакции среды, следует отмстить, что на кислых почвах при рН ниже 5 для семечковых и ниже 6 для косточковых пород необходимо известкование. Абрикос не выносит кислой реакции, но малочувствителен к щелочной реакции глубоких горизонтов.
Груша и яблоня, хорошо развиваясь на слабокислых почвах, совершенно не выносят повышенной щелочности даже в глубоких горизонтах. Оценка реакции среды для плодовых насаждений может быть следующей: при рН 3,5-4,5 почвы пригодны под плодовые насаждения только после известкования; 4,5-6,0 - пригодны под плодовые насаждения, желательно известкование для косточковых пород; 6,0-8,0 - пригодны под сады без мелиорации; 8,0- 8,5 - пригодны для косточковых и удовлетворительны для семечковых пород; более 8,5 - под сады непригодны.
Оптимизация реакции почв имеет особую экологическую значимость для районов с радионуклидным загрязнением. Изменение реакции дерново-подзолистых почв от среднекислой до оптимальной снижает поступление радионуклидов стронция-90 и цезия-137 в зерновые культуры в 2-3 раза, а в сено многолетних трав в 3-5 раз.
Чувствительность растений к повышенному содержанию подвижных алюминия и марганца. Повышенное количество подвижного алюминия в почве приводит к нарушению у растений обмена веществ, формирования генеративных органов и оплодотворения. Растворимый алюминий тормозит развитие корневых систем. Особую проблему представляет наличие его в подпахотном слое почвы, повышенную кислотность которого нельзя устранить известкованием.
По чувствительности к повышенному содержанию подвижного алюминия Н.С. Авдонин выделяет четыре группы растений: высокоустойчивые - тимофеевка луговая и овес; среднестойкие - люпин, кукуруза, просо, чумиза; повышенно чувствительные - горох, репа, фасоль, гречиха, ячмень, пшеница яровая, лен, турнепс; высокочувствительные - клевер луговой, свекла столовая и сахарная, люцерна, озимая пшеница. Этим автором установлены критические пределы содержания алюминия в почве для ряда культур (табл. 22).

В кислых и переувлажненных почвах растения могут страдать от повышенного содержания подвижного марганца, негативно влияющего на углеводный, фосфорный и белковый обмен, развитие генеративных органов.
Вызываемая марганцем токсичность - явление более редкое, чем вызываемая алюминием, поскольку растения могут выдерживать гораздо более высокие концентрации растворимого марганца. Для проявления угнетающего действия марганца необходимо сочетание низких значений рН и восстановительных условий в почве. Отравление марганцем сказывается на надземных органах растений сильнее, чем на корнях.
По восприимчивости к действию подвижного марганца сельскохозяйственные растения делят на четыре группы: очень высокоустойчивые - тимофеевка луговая; высокоустойчивые - овес, чумиза, просо, кукуруза, люпин, турнепс; чувствительные - горох, гречиха, фасоль, репа, яровая пшеница, ячмень, свекла столовая; высокочувствительные - люцерна, клевер луговой, лен, озимые пшеница и рожь.

---