Процесс поглощения веществ делят на два этапа:

- поступление ионов в свободное пространство корня;

- транспорт их в протопласты клеток.

При помещении корней растений на раствор катионного красителя, например метиленового синего, можно наблюдать, что в первые 3 минуты из раствора поглощается примерно половина того количества, которое поглотится за длительное время. Дальнейшее поглощение будет идти очень медленно (часами). Действие на корневую систему дыхательных ядов или пониженной температуры полностью снимает последующее медленное поглощение вещества из раствора.

При переносе корней в воду или раствор соли наблюдается обратная картина: быстрое выделение красителя в первые несколько минут и последующий медленный его выход из ткани. Причем количественно выход красителя в раствор превышает выход в воду. Первоначальное быстрое поглощение веществ осуществляется в клеточных стенках и является адсорбцией, а быстрое выделение – десорбцией.

Катионы и анионы поступают в клеточные стенки ризодермы как непосредственно из почвенного раствора, так и благодаря контактному обмену с частицами почвенного поглощающего комплекса. Оба эти процесса связаны с обменом катионов Н+ на катионы окружающей среды и НСО₃ или анионов органических кислот на анионы минеральных веществ. Способность к обменной адсорбции определяется обменной емкостью корня.

Мембранное строение клеток обеспечивает избирательность поглощения веществ растением. Поддержание структуры мембран, их обновление и функционирование активных механизмов транспорта ионов являются энергозависимыми процессами. Поэтому существует тесная связь поглотительной деятельности корня с дыханием.

При действии дыхательных ядов и низких температур происходит только первая фаза поглощения веществ – их проникновение в кажущееся свободное пространство, дальнейшее поступление веществ в протоплазму не наблюдается из-за ограниченности энергетических ресурсов клетки. Наиболее активно поглощают вещества клетки зоны растяжения и корневых волосков. Корневой волосок интенсивно поглощает ионы, пока он растет. Наличие большого количества точек роста в корневой системе обеспечивает ее высокую поглотительную активность.

Существует два типа питания живых организмов:

Автотрофный – усвоение минеральных солей, воды и диоксида углерода и синтез из них органического вещества.

Гетеротрофный – использование организмами готовых органических веществ. Животные и большинство микроорганизмов относятся к гетеротрофам.

Растения – автотрофный организм. Благодаря процессу питания (воздушному и корневому) растение создает свои структурные элементы и при хорошо сбалансированном питании быстро наращивает массу. Поступление минеральных веществ в растение лимитируют многие факторы. Растения через листья получают 95 % и более диоксида углерода и может усваивать путем некорневого питания из водных растворов также зольные элементы, серу и азот. Однако основное количество азота, воды и зольных элементов поступают в растение из почвы через корневую систему. В зависимости от условий выращивания растения развивают корневую систему различной мощности. На бедных и в засушливых районах – большая масса корней. Применение удобрений несколько уменьшает соотношение массы корней и надземной массы растений.

Диффузионно-осмотическая теория питания растений – через корневую систему в растения вместе с водой всасываются питательные вещества, а вода постоянно испаряется, поступление зависит от испарения.

Липоидная – проникновение веществ в клетку происходит за счет их растворения в липидных компонентах цитоплазменных мембран.

Ультрафильтрационная – проникновение питательных веществ через цитоплазменную оболочку зависит от величины ее пор и размера молекул (поглощение белков, аммиака).

Адсорбционная – поглощение одних ионов сопровождается вытеснением других, причем интенсивность процесса зависит от концентрации и времени.

Все эти теории по существу правильно, хотя и упрощенно, отражают различные стороны поступления элементов минерального питания.

Корневое и внекорневое питание растений

Корневое питание

Питание растений – процесс поглощения и усвоения из окружающей среды химических элементов, необходимых для их жизни. Одни питательные элементы растения поглощают из воздуха в форме углекислого газа и молекулярного кислорода, другие – из почвы в форме воды и ионов минеральных солей. Соответственно различают воздушное (фотосинтез) и почвенное (корневое) питание.

Усложнение растений, увеличение их размеров сопровождалось появлением различных органов и тканей, выполняющих функцию поглощения и передвижения веществ. Большинство растений поглощает воду и минеральные вещества из почвы корнями. Корень называют нижним концевым двигателем веществ у растений

Почвенное питание у папоротников и семенных растений осуществляется с помощью корня. Строение корня приспособлено к поглощению воды и элементов питания из почвы. В этом процессе участвует зона поглощения (всасывания), которая имеет корневые волоски. При рассматривании корневого волоска под микроскопом видно, что он представляет собой молодую клетку, которая покрыта оболочкой, имеет ядро, цитоплазму и органоиды. На 1 мм² поверхности корня может располагаться от 200 до 400 корневых волосков. За счет этого всасывающая поверхность корня увеличивается примерно в 18 раз. Корневые волоски недолговечны, живут в среднем 10-12 суток, но ежедневно по мере роста корня на молодом его участке образуются новые корневые волоски.

Клетка корневого волоска поглощает воду благодаря тому, что содержащиеся в ней неорганические и органические вещества создают высокую концентрацию раствора, превышающую концентрацию почвенного раствора, окружающего корневой волосок. Вода (по законам осмоса) передвигается из менее концентрированного почвенного раствора в более концентрированный раствор, который находится в корневом волоске. В засуху концентрация почвенного раствора возрастает, и поглощение воды корневыми волосками затрудняется.

Большое значение в поглощении элементов питания играют корневые выделения, которые растворяют труднодоступные минеральные вещества. Растворяющим действием обладает выделяемая корнями углекислота. Некоторые растения выделяют органические кислоты (яблочную, щавелевую и др.), которые обладают большой растворяющей способностью.

За зоной всасывания расположена проводящая зона корня. В нее из зоны всасывания поступают поглощенные корневыми волосками вода и минеральные вещества. По проводящей ткани они передвигаются вверх по растению.

Всасывание воды корнем и ее передвижение можно обнаружить по " плачу" растений и гуттации. " Плачем " растений называют выделение сока (пасоки) из перерезанного стебля. Особенно интенсивно выделяется пасока весной. Гуттация – это выделение капелек воды неповрежденным растением по краям листа у окончания листовых жилок. Гуттацию можно увидеть рано утром у многих растений, например, у садовой земляники, манжетки, розы и др. " Плач" и гуттация свидетельствуют о том, что вода поступает из корня в стебель под давлением. Это корневое давление. Вместе с водой в растение из почвы поступают растворенные в ней минеральные соли.

В период интенсивного роста здоровые, с хорошо развитыми корнями растения нуждаются в усиленном питании для формирования зеленых побегов, цветков и плодов. Поглощение элементов питания корнями является сложным физиологическим процессом, связанным с обменом веществ. Для поглощения питательных веществ и нормальной жизнедеятельности корней необходимы доступ воздуха к корням, благоприятная температура окружающей среды, оптимальные кислотность (рН) раствора, состав и концентрация солей в почве.

Гидропонный способ выращивания растений, или гидропоника (от греч. hidros –" влажный" и ропео – " работать", " трудиться" ), позволил установить, что все минеральные вещества растения получают из их водных растворов. Разные растения нуждаются в разных количествах минеральных веществ. Так, растения пшеницы на площади 1 га поглощают более 40 кг азота, 20 кг фосфора, 25 кг калия, при урожае в 30 ц/га рожь вынесет из почвы 75 кг азота, 45 кг фосфора и 90 кг калия. А картофель использует питательных веществ больше, чем зерновые, многолетние и однолетние травы.

Установлено также, что одни минеральные вещества требуются растениям в относительно больших количествах (соли калия, азота, кальция, фосфора, магния и прочие макроэлементы), другие вещества и элементы требуются в ничтожных количествах (микроэлементы цинк, молибден, медь, железо, бор и др.).

Концентрация питательных веществ может колебаться в довольно широких пределах. Организм растения, извлекая эти вещества из внешней среды, создает в тканях их необходимую концентрацию. Если этих веществ в воде и грунте достаточно, растение развивается правильно, быстро растет, цветет и плодоносит. При недостатке одного или нескольких необходимых веществ отмечается отставание в росте, изменение формы растения, прекращается размножение. Иногда наблюдается избыток тех или иных химических элементов, что также может вызвать нарушение развития растений.

Если удобрения вносят в количествах, превышающих потребности растений, то урожайность не увеличивается, а качество продукции может даже ухудшиться. Так, избыточное азотное питание капусты приводит к недостатку в ней сахаров, капуста плохо хранится. При избытке в почве солей азота в клубнях картофеля снижается содержание крахмала, у многих растений в клетках накаливаются нитраты. Употребление в пищу овощей, картофеля и других продуктов, содержащих избыток нитратов, оказывает вредное влияние на здоровье человека.

Для роста и развития растениям необходимы различные элементы питания, потребность в каждом из которых разная.

Азот оказывает основное влияние на величину урожая

Продуктивность растений и поглощение ими макро- и микроэлементов находится в прямой зависимости от содержания элементов питания в почве.

В почве элементы питания находятся в:

• почвенном растворе, • органическом веществе почвы, • твердой минеральной фазе.

Доступными для растений являются только растворимые и обменно-поглощенные формы.

Переход из недоступной в доступную форму происходит в результате:

• минерализации органического вещества,

• разрушения минералов почвы (выветривание, химические процессы),

• изменения реакции среды (рН почвенного раствора), при которой соли выпадают

в осадок,

• микробиологического закрепления элементов, поглощения почвенной биотой,

• закрепления элементов в почвенном поглощающем комплексе.

 

 

Рис. 4. Переход из недоступной в доступную форму

 

Уменьшают доступность элементов питания из почвы:

• низкая влажность почвы,

• низкие температуры,

• бесструктурность почв,

• высокий или низкий уровень рН среды.

Избыток или недостаток какого-либо элемента блокирует поступление других, даже если это микроэлемент, и он необходим в небольшом количестве – природный закон минимума, открытый ученым Юлиусом Вон Либехом еще в позапрошлом веке.

Подобно воде в бочке, которая вытекает через самый низкий уровень, делая невозможным заполнение бочки водой. Образно урожай как вода – сколько ни наливай, или сколько ни вноси других удобрений, если не хватает одного, то урожая не будет.

Важно оценить не только количество, но и формы, в которых элементы находятся в почве. В целом поглощение элементов питания зависит от общей концентрации солей в почвенном растворе. Оптимальная концентрация почвенного раствора для наилучшей усвояемости 0, 01-0, 05 %

Повышенная концентрация почвенного раствора увеличивает его осмотическое давление и затрудняет поступление в растение воды и питательных веществ. Это связано с тем, что в большинстве почв (незасоленных) концентрация 0, 02-0, 2 %. Растения поглощают элементы питания в результате процессов осмоса. Из раствора через мембраны корешков элементы питания поступают в клетки корня.

Очень важно соотношение доступных элементов питания в почве. Каждой сельскохозяйственной культуре необходимо определенное соотношение, изменяющееся в течение вегетации.

От соотношения зависит поступление питательных веществ в растение. Внесение только одного простого вида удобрения не может в полной степени удовлетворить потребности растения в питании. Поэтому, наиболее эффективно применять комплексные минеральные удобрения, содержащие весь комплекс необходимых элементов питания в оптимальном соотношении.

Внекорневое питание

Внекорневое питание растений – питание растений через листья. Возможность внекорневого питания растений установил английский химик Х. Дэви в начале 19 века, в 1878 экспериментально подтвердил французский химик и физиолог растений Ж.Б. Буссенго.

Внекорневое питание растений применяется для устранения хлороза растений, в частности древесных пород, путём опрыскивания их слабыми растворами солей железа. В основе поглощения солей листьями, как и корнями, лежит обменная адсорбция. Поглощённые листьями питательные вещества быстро перемещаются в другие органы, вверх и вниз по стеблю, в корень. Минеральные вещества включаются в состав белков, ферментов, пигментов пластид и др., образуя ряд органо-минеральных соединений. При внекорневом питании растений макро- и микроэлементами повышается интенсивность ряда физиологических процессов, в частности фотосинтеза, и в несколько меньшей мере – дыхания и ряда ферментативных процессов. Опрыскивая растения в период цветения растворами бора и др. микроэлементов, можно улучшить завязывание плодов и уменьшить их опадение.

Внесение элементов питания через листовую поверхность – это полезное дополнение к питанию растений. Рациональная листовая подкормка не только дополнит корневое питание, но и скорректирует питание культуры в критические периоды вегетации.

Незаменимо некорневое внесение в периоды с неблагоприятными климатическими условиями, когда затруднено поглощение элементов корневой системой (заморозки, переувлажнение, засуха, экстремально высокие температуры воздуха и грунта, щелочные или кислые почвы и др.).

Листовая подкормка – идеальное средство для стимуляции физиологических процессов в растении, ответственных за повышение качества урожая, усиления устойчивости растения к вредителям и болезням.

⇐ Предыдущая12345

Поделиться: