ВЛИЯНИЕ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ НА УСЛОВИЯ ПИТАНИЯ РАСТЕНИЙ И ЭФФЕКТИВНОСТЬ УДОБРЕНИЙ

Внешняя среда имеет значительное влияние на условия питания растений и эффективность использования удобрений. Различные аспекты внешней среды могут повлиять на доступность питательных веществ и способность растений использовать их. Вот некоторые из этих аспектов:

1. Почвенные условия:

   • Тип почвы: Разные типы почв имеют разные характеристики, включая текстуру, структуру и кислотность (pH). Эти факторы могут влиять на доступность и усваиваемость минеральных элементов.
   • Уровень плодородия: Почвы с низким уровнем плодородия могут иметь недостаточное количество питательных веществ для роста растений, что может потребовать дополнительного внесения удобрений.

2. Климатические условия:

   • Влажность: Недостаток влаги может ограничить поглощение питательных веществ корнями, так как многие питательные элементы переносятся в растения в растворенной форме.
   • Температура: Температура влияет на скорость химических реакций, включая реакции поглощения минеральных элементов. Экстремальные температуры могут снизить эффективность поглощения питательных веществ.

3. Уровень освещения:

   • Интенсивность света: Уровень освещения напрямую влияет на интенсивность фотосинтеза. Эффективность усвоения минеральных элементов может зависеть от скорости фотосинтеза.

4. pH почвы:

   • Кислотность почвы: Уровень pH почвы влияет на доступность и усвоение различных минеральных элементов. Некоторые элементы становятся менее доступными для растений при низком или высоком pH.

5. Присутствие других веществ:

   • Конкуренция: Другие растения и микроорганизмы в почве могут конкурировать за доступ к питательным веществам. Например, сорняки могут конкурировать с культурными растениями за питательные вещества.
   • Токсичность: Некоторые элементы в почве могут быть токсичными в больших количествах. Это может влиять на здоровье растений и их способность усваивать питательные вещества.

6. Применение удобрений:

   • Тип удобрений: Выбор типа удобрений (органических или минеральных) и их соотношение может влиять на доступность питательных веществ для растений.
   • Метод применения: Правильное применение удобрений, включая дозировку и способ внесения, может повысить эффективность питания растений.

Понимание этих факторов и их влияния на питание растений позволяет агрономам и садоводам принимать более эффективные решения относительно удобрений, обработки почвы и управления условиями роста растений.

В процессе эволюции различные виды растений наряду с общими отношениями и требованиями к внешней среде выработали и специфические, присущие данному виду растений. Поэтому нормальное развитие растений возможно при сочетании как общих условий внешней среды, так и частных, свойственных конкретному виду. Растения проявляют неодинаковую чувствительность к кислой и щелочной среде — реакции почвенного раствора. Ориентировочные величины рН, приведенные в табл. 4.4, могут иметь значительный разброс для каждой культуры в зависимости от многих факторов.

4.4. Оптимальная или допустимая реакция почвенного раствора для основных сельскохозяйственных культур

Например, повышенное содержание Са” в почвенном растворе ослабляет вредное действие кислой реакции вследствие существующего антагонизма между Са” и HY. Кроме того, чувствительность к кислой реакции одного и того же растения с возрастом меняется. Наиболее чувствительны к кислой среде они в начальный период развития. Реакция почвенного раствора оказывает на растение прямое и косвенное действие. При прямом действии реакция почвенного раствора изменяет количество ионов Н’, НСО,, ОН’ на поверхности корневых волосков, что не может не влиять на концентрацию этих ионов в клеточном соке. В результате этого изменяется характер поступления питательных веществ из почвы. Повышенная кислотность или щелочность почвенного раствора нарушает физиологическую уравновешенность ионов, что ухудшает питание растений, в частности нарушается углеводный, белковый и фосфорный обмен. Косвенное действие заключается в том, что увеличение концентрации водородных ионов сопровождается повышением содержания подвижных форм алюминия, марганца, а иногда и железа, которые оказывают на растение токсическое действие. При подкислении реакции среды растворимость фосфатов кальция и магния повышается, а при подщелачивании снижается. Подкисление почвы снижает доступность растениям молибдена и повышает доступность бора. Кислая реакция усиливает поступление анионов, а щелочная — катионов. При кислой реакции ухудшается питание растений фосфором и кальцием. Процентное содержание и вынос этих элементов с урожаем резко снижаются, к тому же нарушаются обмен веществ в растениях, синтез белков, задерживаются процессы превращения моносахаридов в дисахариды и другие, более сложные органические соединения. Повышенная кислотность нарушает и деятельность ферментов в корневой системе: повышается активность каталазы, пероксидазы, возрастает гидролитическая активность протеолитических ферментов. Например, в опытах с разными культурами Н.С. Авдонин отмечал понижение активности в растениях каталазы

и повышение активности пероксидазы на кислой почве, а на нейтральной хорошо окультуренной почве повышалась активность каталазы и понижалась активность пероксидазы. Действие реакции среды на растение зависит не только от его биологических особенностей, но и от ряда внешних факторов. Так, с повышением концентрации почвенного раствора ослабляется вредное влияние кислой реакции на растения. Действие реакции среды зависит от форм азотных удобрений: на фоне аммиачных форм кислая реакция оказывает больший вред, чем на фоне нитратных. Хлор, Входящий в состав калийных удобрений, усиливает отрицательное действие водородных ионов. Фосфорные удобрения ослабляют отрицательное действие кислой реакции на растения. При ослабленном освещении отрицательное действие кислой реакции среды на растение сказывается сильнее, чем при нормальном освещении.

Под влиянием избыточной кислотности при ослабленном освещении нарушались закладывание генеративных органов и процесс оплодотворения, понижался продуктивный коэффициент кущения, уменьшалось количество колосков и зерен в колосе, слабее протекал налив зерна. Действие реакции среды на растения зависит от увлажнения. Более вредное влияние ее на образование генеративных органов, процесс оплодотворения и налив зерна проявляется при избыточном увлажнении. В некоторых опытах урожай зерна при кислой реакции понизился при оптимальной влажности на 47,5%, а при избыточной — на 70,9%.

Излишняя кислотность подавляет деятельность полезной микрофлоры в почве (аммонификаторов, нитрификаторов, азотобактера и др.). В то же время хорошо развиваются многие бактерии и грибы, которые выделяют ядовитые для растений вещества. Важнейшее условие нормального питания растений — создание в почве оптимального количественного соотношения между катионами и анионами. Почвенный раствор должен иметь различный набор ионов, т.е. должен быть физиологически уравновешенным. Опытами установлено, что при поступлении одноименно заряженных ионов происходит их взаимное торможение, что получило название антагонизма ионов. Например, высокие концентрации ионов МО, затормаживают поступление в растения ионов PO, и РО, а ионы POS wu РО, препятствуют усвоению растениями анионов МО,. Эта закономерность наблюдается и при поглощении растением катионов. Кальций в высоких концентрациях препятствует поступлению калия, а высокие концентрации калия подавляют поступление кальция. Аналогичные антагонистические отношения существуют между ионами К’ и №’, Ca?" и Ме?', K* и Ма”. Причем антагонизм в большей степени проявляется между более близкими по своим свойствам ионами, например между анионами МО, и РО, он выражен сильнее, чем между МО, и PO, между катионами К’ и Ма’ более резко, чем между К’ и Са”, и т. д. В почвенном растворе одновременно присутствуют различные катионы и анионы между которыми постоянно происходит конкуренция за места адсорбции на поверхности корня и в межклеточном свободном пространстве. Например, увеличение содержания Са” в почвенном растворе приводит к повышению его доли на поверхности корня за счет вытеснения в раствор других ранее адсорбированных катионов (K*, Ме”, NH," и др.), а повышение содержания Cl-, в почвенном растворе приведет к уменьшению поступления в растения МО, , HPO, и других анионов. Ионы, имеющие одинаковый заряд, взаимно тормозят друг друга, и чем ближе зарядность, тем сильнее их взаимное торможение. И наоборот, ионы с противоположными зарядами взаимно ускоряют поступление их в растение.

Это явление получило название синергизма. Вредный избыток какого-либо катиона или аниона всегда можно ослабить соответствующим ионом. При необходимости прибавлением противоположного по заряду иона ускоряют поступление полезного иона. Например, поступление иона МО, можно ускорить прибавлением катиона Ca?*, вредный избыток Са” в известной степени ослабляет Ме”, а вредное действие ионов Н’ и А13*, которые вызывают кислотность почвы, устраняют прибавлением в раствор Са?* и Mg? Таким образом, физиологически уравновешенным следует считать такой почвенный раствор, в котором катионы и анионы находятся в оптимальном соотношении, что обеспечивает наиболее эффективное использование растением питательных веществ.

При физиологически уравновешенном растворе в растения беспрепятственно поступают все необходимые питательные элементы и в нужном количестве. На питание растений оказывает влияние и общая концентрация почвенного раствора. При избыточной концентрации растения завядают и погибают. Корни растений обладают высокой поглотительной способностью, они могут использовать питательные элементы при весьма слабой концентрации почвенного раствора. Например, предельная минимальная концентрация фосфорной кислоты, обеспечивающая нормальное питание, составляет всего 0,03-0,1 мг P,Os на 1 л почвенного раствора. Но и здесь существует предел, ниже которого растения начинают страдать. Верхний предел обычно находится в интервале 2-3 г всех питательных солей на 1 л раствора. Особенно вредна повышенная концентрация микроэлементов. Чувствительность к концентрации у разных растений неодинакова. Наибольшей чувствительностью к повышенной концентрации отличаются лен, люпин, огурцы, морковь. Чувствительность одного и того же растения меняется с возрастом. Более чувствительны K повышенной концентрации молодые растения. Существенное значение в питании растений имеют воздушный, водный и тепловой режимы почвы. Воздух необходим для дыхания корней, при отсутствии его нарушается питание растений. Оптимизация обеспечения корневой системы кислородом — важнейшее условие выполнения ею всех жизненно важных функций. В практике земледелия обеспеченность кислородом корневой системы растений достигается правильной обработкой почвы, содержанием ее в рыхлом состоянии, при этом улучшается и аэрация почвы.

При чрезмерном же уплотнении вода застаивается на поверхности, что приводит к нарушению газообмена между почвой и атмосферой, а следовательно, и к недостатку кислорода для дыхания корневой системы. Реализация потенциальной продуктивности культурных растений возможна при оптимальном водном режиме. Вода необходима для фотосинтеза. Она расходуется растением на испарение и охлаждение надземных органов, а также на передвижение питательных элементов по сосудам. Поэтому особенно эффективно удобрение при орошении. В этом случае лучше используются и пища и вода. Кроме воды и воздуха для питания растений необходим и определенный тепловой режим. Например, корни растения не могут развиваться и усваивать пищу при низкой температуре. Не случайно поэтому на холодных почвах весной растения медленно развиваются не из-за недостатка пищи и воды, а потому, что корневая система не способна поглотить воду и питательные ионы в холодной среде. Температурный режим определяет накопление подвижных питательных веществ в почве благодаря мобилизации ее потенциального плодородия и поглощения их растениями из почвы и внесенных удобрений. Например, при увеличении температур с 10 до 25° С возрастает мобилизация питательных веществ почвы, а ниже 10°С эти процессы в значительной мере подавлены. Этим можно обьяснить повышенную отзывчивость озимых на азотные удобрения ранней весной. А в районах Сибири, часто даже на черноземах, многие сельскохозяйственные культуры весной используют азот, сохранившийся в почве с осени предшествующего года. На всех почвах Забайкалья наибольший эффект в повышении урожая наблюдается при внесении фосфорных удобрений, что объясняется замедленным поступлением фосфора в растения в условиях низкой температуры и недостатка влаги. Возможно, что при низких температурах подавляется метаболическое поглощение, идущее в активной зоне, но поглощение путем диффузии не испытывает температурного влияния. С повышением концентрации раствора поглощение питательных элементов растениями в меньшей мере зависит от температуры. Так что поглощение элементов питания при низкой температуре можно усилить внесением повышенных доз удобрений. Низкие температуры в начале роста растения существенно влияют на азотное и фосфорное питание. Это объясняется слабой мобилизацией и недостаточным использованием азота и фосфора запасных веществ семени, менее интенсивным поглощением этих элементов извне и замедленным развитием проростков. Происходит нарушение азотного и фосфорного обмена, снижение интенсивности окислительного фосфорилирования в клетках проростков.

Отрицательное влияние на поступление питательных веществ в растения оказывает и чрезмерно высокая температура. Для поступления азота и фосфора в растения оптимальная температура в большинстве случаев 23 - 25°С. Важным фактором, влияющим на питание растений, является свет. Поглощение питательных веществ корневой системой растения и использование их в синтетических процессах на свету происходят активнее, чем в темноте. Это объясняется тем, что фотосинтез интенсивнее протекает при хорошем освещении; образовавшиеся углеводы и другие ассимиляты поступают в корневую систему и вместе с азотом и зольными элементами принимают участие в синтетических процессах образования сложных органических соединений. При плохом же освещении процесс фотосинтеза протекает слабее, затормаживается поступление ассимилятов в корневую систему, а следовательно, ослабляется поступление питательных элементов в растение. Большое значение в питании растений, особенно в полевых условиях, имеют микроорганизмы. Корни растений наряду с поглощением воды и пищи из почвы выделяют в нее конечные продукты обмена веществ: углекислоту, избыток солей, органические вещества, а также ферменты — каталазу, амилазу, ypeasy, инвертазу, целлюлазу, липазу и др. Ферменты воздействуют на почву и способствуют превращению труднодоступных форм питательных веществ в легко доступные. А главное, эти органические выделения — прекрасный питательный субстрат для многочисленных почвенных микроорганизмов, поселяющихся около корней растений, в ризосфере. Роль ризосферных микроорганизмов исключительно важна в почвенном питании растений. В процессе жизнедеятельности растения выделяют вредные токсические вещества. Без ризосферных микроорганизмов растения погибли бы от накопления собственных TOKсинов. Но этого не происходит лишь потому, что микроорганизмы утилизируют появляющиеся растительные отходы — токсины. Полезные микроорганизмы способствуют переводу многих труднорастворимых соединений, включающих азот, фосфор, калий и другие элементы, в доступные для питания растений. Видная роль в питании растений принадлежит различным азотфиксаторам, как обитающим на корнях бобовых, так и свободноживущим. В почве имеются водорастворимые питательные вещества, которые временно закрепляются микроорганизмами. После их отмирания и разложения эти вещества снова переходят в раствор и используются растениями. В этом случае ризосферные микроорганизмы выступают в роли биологических «закрепителей» пищи OT вымывания и выноса из корнеобитаемого слоя почвы. Микроорганизмы выделяют различные ферменты, стимуляторы роста и витамины, которые поглощаются корнями растений и тем самым способствуют более энергичному их росту. Кроме этого, ими выделяется большое количество антибиотиков. Поэтому в ризосфере создается неблагоприятная среда для развития фитопатогенных веществ. Многие антибиотики легко поступают через корни внутрь растений и тем самым предохраняют их от заболеваний. Но некоторые из микроорганизмов могут выступать и как антагонисты в питании растений. Например, бактерии, разрушающие целлюлозу и гемицеллюлозу, потребляют азот и фосфор из легкодоступных соединений почвы и таким образом ухудшают азотное и фосфорное питание растений.