Элементы минерального питания растений

Одним из важнейших экологических ресурсов биосферы служит комплекс химических элементов, необходимых для минерального питания растений. Нормальная жизнедеятельность растений возможна лишь при условии постоянного поглощения ими из внешней среды этих химических элементов. За это они получили название биогенных, или органогенных, химических элементов.
Точнейшими опытами было установлено, что наряду с углеродом, водородом и кислородом (они усваиваются растениями в процессе воздушного питания и с водой) к числу необходимых элементов относятся:
• макроэлементы (их содержание в растениях более 0,01 %) — N, Р, S, К, Ca, Mg;
• микроэлементы (содержание менее 0,01 %) — Fe, Mn, Cu, Zn, В, Mo.
Эти макроэлементы и микроэлементы необходимы всем высшим растениям. Для нормального роста и развития некоторым растениям необходимы также Co, Na, Si, Cl. Например, кобальт требуется бобовыми растениями для симбиотической фиксации азота. Натрий поглощается в относительно больших количествах свеклой и необходим растениям, приспособленным к засоленным почвам. Кремний в больших количествах встречается в соломине злаков и необходим, в частности, при возделывании риса.
Рассмотрим роль важнейших элементов минерального питания в жизни растений и их круговорот в агроландшафте.
Азот. Этому химическому элементу принадлежит выдающаяся роль в жизнедеятельности растений. Азот в растениях входит в состав белков, аминокислот, хлорофилла, нуклеиновых кислот, АТФ, ряда витаминов и других соединений, составляющих химическую основу жизни.
Выдающийся отечественный агрохимик Дмитрий Николаевич Прянишников справедливо утверждал, что вся история земледелия свидетельствует о том, что главным условием, определявшим высоту урожая культурных растений, была степень их обеспеченности азотом. Этот вывод сохраняет свою актуальность и сегодня.
Как же складывается баланс азота в агроэкосистеме? В целом, довольно напряженно для растений. Дело в том, что атмосферный азот, количество которого достигает 70000 тонн над 1 га посева (в основном в форме N2), для растений недоступен.
Ассимилировать газообразный азот способны лишь некоторые бактерии, обитающие в почве и водоемах. Именно благодаря этим микроорганизмам, получившим название азотфиксаторов, природные экосистемы обогащаются соединениями азота, доступными для растений — солями аммония, нитритами и нитратами. Эти азотсодержащие соединения в виде растворов поглощаются корнями растений.
С полученным урожаем азот выносится из почвы (табл. 12). Часть растительной массы используется как корм или подстилочный материал для сельскохозяйственных животных, в результате образуется ценнейшее удобрение — навоз. При хранении навоза часть азота улетучивается в атмосферу, но большая часть возвращается с навозом в почву, образуя органическое вещество, или гумус.
Таким образом, азот органических соединений (растительного и животного происхождения) частично возвращается в почву в виде органических веществ. Здесь азот подвергается воздействию почвенных микроорганизмов, переводящих его в минеральные соединения, доступные для растений.
Дополнительным источником минеральных соединений азота служат азотные удобрения. Их вносят в почву ежегодно для восполнения потерь азота, выносимого с урожаем.

Все минеральные соединения азота хорошо растворимы в воде. Поэтому в почве эти соединения не закрепляются, а выносятся с почвенным раствором в нижние почвенные горизонты, попадают в грунтовые воды и водоемы.
Вот почему эффективность использования азотных удобрений нередко оказывается низкой, а вот концентрация нитратов в водоемах, напротив, чрезмерно высокой. Последнее обстоятельство может привести к бурному размножению водорослей и создать угрозу для других обитателей водных экосистем.
Фосфор. В растениях фосфор содержится как в минеральных, так и в органических соединениях. Минеральные соединения фосфора представлены солями фосфорной кислоты и используются в процессах фосфорилирования. Фосфор входит в состав органических соединений, играющих жизненно важную роль в обмене веществ: нуклеиновых кислот, сложных белков и липидов, АТФ и других.
Если источником азота для растений служит атмосфера, то весь запас фосфора находится в земной коре. В почве фосфор содержится в форме минеральных и органических соединений.
Органические фосфаты представлены соединениями, входящими в состав корней, других растительных остатков и тел почвенных организмов. Усвояемость органических фосфатов растениями невелика. В питании растений фосфорная кислота органических соединений принимает участие только после их минерализации, которую обеспечивают микроорганизмы почвы — грибы и бактерии.
Минеральные соединения фосфора представлены фосфатами материнских почвообразующих пород, преимущественно апатитами — 3Са3(РО4)2 * Ca(FCl)2. В процессе выветривания горных пород возникают растворимые в воде соли фосфорной кислоты. Минеральные соединения фосфора образуются и в результате разложения органического вещества почв и органических удобрений.
Растворимость в воде, а значит, и доступность для растений различных солей фосфорной кислоты неодинакова. Хорошо растворимы в воде однозамещенные фосфаты кальция и магния и фосфорнокислые соли одновалентных катионов — калия, натрия и аммония.
Фосфаты кальция и магния (двухзамещеные и трехзамещенные) в слабокислой среде постепенно растворяются и становятся доступными для растений. В нейтральной и слабощелочной почве эти соли фосфорной кислоты для растений практически не доступны. Еще менее доступны для растений фосфорные соли железа и алюминия.
Значительное количество фосфора выносится из почвы с урожаем культурных растений (табл. 12). А поскольку количество доступных растениям природных фосфатов невелико, то возмещение дефицита фосфора в виде фосфорных удобрений является важным фактором устойчивого круговорота этого элемента в агроэкосистеме.
Калий. Калий это такой же необходимый химический элемент для растений, как азот и фосфор. Однако в отличие от азота и фосфора калий в растениях не образует прочных органических соединений. Он содержится в ионной форме в клеточном соке и обладает высокой подвижностью. Калий играет важную роль в процессах транспорта углеводов, он увеличивает гидрофильность (оводненность) растительных клеток и оказывает сильное влияние на осмотическое давление клеточного сока.
Способность калия поддерживать тургор клеток объясняет его значение в повышении засухоустойчивости и зимостойкости растений. Калий повышает устойчивость растений и к паразитическим микроорганизмам (грибам и бактериям) — как в период роста растений, так и при хранении продукции (клубней, луковиц, корнеплодов).
Общее содержание калия в почвах, за исключением торфяников и песчаных почв, довольно большое. Больше всего калия содержат глинистые и суглинистые почвы, преимущественно в форме минералов (полевых шпатов, биотита, мусковита, гидрослюд). Эти формы калийных соединений слабо растворяются в воде и поэтому для растений недоступны. Они становятся доступными растениям после химического и биологического выветривания горных пород и минералов.
Калий входит в состав органических веществ растительного и животного происхождения. Причем круговорот калия в агроэкосистемах складывается более благоприятно, чем азота и фосфора. Дело в том, что калий главным образом содержится в нетоварной части урожая — в листьях, стеблях, соломе, и поэтому большая его часть возвращается на поля вместе с навозом сельскохозяйственных животных.
По этой причине потребность в калийных удобрениях возникает обычно позднее, чем в азотных и фосфорных. Однако значительный вынос калия с урожаем обуславливает необходимость периодического внесения калийных удобрений, особенно на почвах, бедных этим элементом питания.
Разные виды, сорта и хозяйственно-биологические типы культурных растений предъявляют различные требования к экологическим ресурсам экосистемы (свету, теплу, элементам минерального питания и пр.). По разному они влияют на плодородие почвы и весь облик агроландшафта. Об особенностях этого влияния — наш следующий рассказ.