Макро-, мезо-, микроэлементы: источники, взаимодействие, потребности растений

Просмотры: 43
31.01.2017

По оценкам разных исследователей, для питания растений необходимо от 68 до 84 элементов периодической системы Д. И. Менделеева. Роль далеко не всех их изучена досконально. Тем не менее, общепризнано, что определенная часть найденных в растениях и почве элементов является совершенно необходимой для нормального роста и развития растений, получения хороших урожаев.


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 не превышает тысячных долей процента, относят к микроэлементам.


В настоящее время эта классификация дополнена. Часть элементов сейчас относят к мезоэлементам, 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.


Минеральное питание растений, обзор.


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 в работах разных авторов 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 хозяйственных условиях, 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, поступая в повышенных дозах, как макро, так и микроэлементы становятся токсичными для растений и употребляющих их людей и животных.


Питательные вещества при корневом питании растения получают из почвы. Основным источником поступления микроэлементов в почву являются материнские почвообразующие породы. 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 микроэлементов в почвенных растворах могут изменяться более чем в 10 раз. Это необходимо учитывать при проведении анализов почвы. При этом концентрации макроэлементов, хотя также 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 климата, 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.


Состояние и доступность микроэлементов в почве зависит от ее кислотности. Так, цинк, марганец, медь, железо, кобальт, бор легко выщелачиваются в кислых почвах. Но если pH почвы поднимается выше 7, эти элементы образуют довольно устойчивые соединения. Молибден и селен, наоборот, мобилизуются в щелочных почвах, а в кислых становятся практически нерастворимыми.  


Минеральное питание растений, обзор.


Уровень содержания элементов также связан с биологической активностью почв. Низкая концентрация микроэлементов стимулирует увеличение бактерий в почве, а повышенное их содержание оказывает негативное влияние на почвенную микробиоту. Причем, наиболее токсичны микроэлементы для бактерий, фиксирующих свободный азот. В биомассе микроорганизмов микроэлементы могут накапливаться в таких больших концентрациях, что это влияет на уровень их содержания в почве в целом. При этом, связанные микроорганизмами микроэлементы становятся менее доступными для растений. Также менее доступны для растений элементы, фиксированные на оксидах, тогда как адсорбированные на глинистых минералах – наиболее доступные.


В целом, в почвах более половины общего содержания микроэлементов удерживается органическим веществом. Например, на торфяниках у растений нередко проявляются симптомы дефицита цинка, меди, молибдена, марганца. Причина этого – сильное удержание этих элементов нерастворимыми гуминовыми кислотами.


Степень поглощения растениями микроэлементов и интенсивность их роста в значительной степени зависит от наличия в почве макроэлементов – азота, фосфора и калия. Так, повышение уровня азотного питания увеличивает поступление в растения фосфора, калия,  кальция, магния, меди, марганца и цинка. Но при избытке азота наблюдается обратная закономерность. Избыточные дозы фосфора снижают поступление в растение меди, железа и марганца. В присутствии фосфатов уменьшается поглощение растениями цинка. Калий может снижать поступление кальция и магния.


Микроэлементы, в свою очередь, влияют на поступление в растения макроэлементов. Так, поступление азота в растения снижается при дефиците железа, марганца и цинка. Положительно влияют на поглощение азота молибден и кобальт. Поглощение растениями фосфора увеличивается при наличии меди, цинка, кальция и молибдена, но уменьшается под влиянием магния и железа. Поступление в растения калия снижается под влиянием меди, марганца, никеля, цинка, молибдена, железа и бора, а возрастает при наличии хлора.


Описанные явления антагонизма и синергизма ионов очень сильно зависят от других факторов – температуры, вида растений, реакции среды, концентрации питательных веществ. 


Интенсивность поглощения питательных веществ растениями также сильно зависит от температуры окружающей среды. Оптимальной для этого является температура + 25 — + 30 °С. Если температура поднимается выше + 35 °С либо падает ниже + 10 — + 12 °С, поглощение питательных веществ растениями замедляется, а потом и вовсе приостанавливается до наступления благоприятных условий.


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.


Минеральное питание растений, обзор.


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. таблицу).


Минеральное питание растений, обзор.

Минеральное питание растений, обзор.

Минеральное питание растений, обзор.


Для практических целей также важным является показатель выноса питательных веществ с урожаем. Относительное содержание элементов минерального питания в основной и побочной продукции разных сельскохозяйственных культур определяется, прежде всего, их видовыми особенностями, а также от сорта и условий 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.


Минеральное питание растений, обзор.


Все перечисленные особенности следует учитывать, разрабатывая стратегию и текущие планы обеспечения растений в определенном хозяйстве питательными элементами. В то же время, необходимо помнить и о том, что урожай предназначен потребителям. А конечные потребители сельскохозяйственной продукции – люди. И, например, недостаток микроэлементов в плодах растений может отрицательно влиять на здоровье потребителей, как и избыток тех или иных веществ.