Влияние почвенного раствора на минеральное питание сельскохозяйственных культур

Реакцию растений на минеральное питание следует рассматривать в сочетании тетраэдра: почва – удобрение – растение – климат. Поглощение растениями питательных веществ зависит от их биологических особенностей и свойств почвы – реакции, состава и концентрации почвенного раствора, температуры, аэрации, влажности, продолжительности и интенсивности освещения, содержания в почве доступных форм элементов.

Состав и концентрация почвенного раствора

Почвенный раствор находится в постоянном и тесном взаимодействии с твердой и газовой фазами почвы и корнями растений, и поэтому состав и концентрация его являются результатом биологических и физико-химических процессов, лежащих в основе этого взаимодействия. Темп и направление указанных процессов подвержены значительной сезонной изменчивости, поэтому и состав почвенного раствора чрезвычайно динамичен. В нем содержатся минеральные, органические и органо-минеральные вещества, представленные ионами, молекулами и коллоидами. Кроме того, здесь присутствуют кислород, диоксид углерода и другие растворенные газы. Из минеральных соединений в почвенном растворе присутствуют анионы: НСО3–, NO2–, NO3 2PO4–, HPO42–, SO42–, CO32–, ОН– и катионы H+, К+, NH4 2+, Mg2+. В сильнокислых почвах могут быть также Al3+, Fe3+, а в заболоченных Fe2+. Железо и алюминий в почвенных растворах содержатся в основном в виде устойчивых комплексов с органическими веществами. Органические соединения в почвенном растворе представлены органическими кислотами, сахарами, аминокислотами, спиртами, ферментами, дубильными веществами и другими продуктами метаболизма растений и микроорганизмов, а также гумусовыми веществами. Органо-минеральные соединения представлены преимущественно комплексными соединениями органических кислот с поливалентными катионами.

Общая концентрация почвенного раствора невелика и, как правило, колеблется в пределах 0,02-0,2 %. Более высокое содержание растворенных веществ бывает лишь в солончаках, солончаковых и солончаковатых почвах. Изучение влияния концентрации почвенного раствора на поглотительную деятельность корней особенно важно при внедрении интенсивной системы возделывания сельскохозяйственных культур, предусматривающей применение высоких доз минеральных удобрений. Нарушение их оптимума может привести к задержке прорастания семян и угнетению проростков даже при достаточной влажности почвы. При повышении концентрации почвенного раствора и изменении ионного состава нарушаются, прежде всего, регуляторные системы, осуществляющие контроль за поглощением элементов минерального питания. Повышение концентрации почвенного раствора увеличивает в растении осмотическое давление, что вызывает нарушение работы устьичного аппарата и усиленную транспирацию. Превышение осмотического давления в почвенном растворе над осмотическим давлением клеточного сока губительно действует на растения, т. к. резко ограничивает поглощение растениями воды и питательных веществ, что приводит к плазмолизу клеток.

Почвенный раствор должен быть физиологически уравновешенным, т. е. не должен быть односторонним. Физиологически уравновешенным называется раствор, в котором катионы и анионы находятся в таких соотношениях, при которых происходит наиболее эффективное использование питательных веществ растением.

Все разнообразие взаимодействий элементов с растительным организмом можно свести к трем случаям: аддитивности, синергизму и антагонизму.

Аддитивность (от лат прибавленный) – действие смеси элементов в растворе равно сумме действия каждого отдельного элемента.

Способность растений поглощать минеральные элементы подчиняется закону постоянства соотношения суммы поглощенных катионов к сумме анионов:

NH 4  К

NO 3 4  PO 4

Эта константа больше единицы и специфична для культуры, т.к. растения поглощают катионы в эквивалентно большем количестве, чем анионы. Исходя из этого закона, как катионы, так и анионы могут находится в антагонистических отношениях или способствовать поступлению друг друга в растения (рис. 49 и 50; Кабата-Пендиас А., Пендиас Х., 1989).

Эле мент

– синергизм – антагонизм/синергизм – антагонизм

Рис. 49. Взаимодействие между макро- и микроэлементами в растениях

Антагонизм (от греч против, и борюсь). Это такой тип взаимодействия, при котором физиологический эффект действия смеси солей меньше, чем эффект от действия каждой соли, взятой в отдельности. Антагонизм проявляется в том, что катионы разных элементов конкурируют друг с другом при их адсорбции на деятельной поверхности корней, причем здесь сказывается значение их валентности: одновалентные катионы менее конкурентноспособны (исключение составляет Н+), чем двухвалентные. Аналогичное явление с теми же закономерностями наблюдается и между анионами. Антагонизм сильнее проявляется между одноименно заряженными ионами и в ситуации, когда концентрация одного иона в почвенном растворе сильно превышает концентрацию другого. Явление антогонизма установлено между Fe и Ca; Al и Na; Fe и Zn; Mn и Zn; Cu и Zn; Zn и

Синергизм (от греч совместное действие) – взаимное усиление физиологического действия на растение каждого из элементов, входящего в раствор. Синергизм может наблюдаться как между разнозаряженными ионами – катионами и анионами, так и между одноименно заряженными. На практике последнее чаще проявляется при невысоком их содержании в почвенном растворе. Явление синергизма характерно между S и и и и Mo; Cu и Mn; Ca и Co. Синергизм бывает положительным, когда суммарное действие отдельных элементов превышает сумму воздействия каждого из них, и отрицательным, когда токсическое действие одной соли усиливается токсическим влиянием другой. В процессе питания растений может наблюдаться и аддитивность действия питательных элементов, то есть действие питательных элементов может быть равным сумме действия каждого из них.

Рис. 50. Взаимодействие микроэлементов в самих растениях и в среде, окружающей корни растений:

1 – антагонизм; 2 – синергизм; 3 – антагонизм и/или синергизм; 4 – возможный антагонизм

В составе почвенного раствора весьма токсичны алюминий, марганец и водород. Они угнетают рост корней, особенно в кислой среде при низком содержании кальция и магния. Для большинства растений содержание обменного алюминия – 2 ммоль/кг почвы ингибирует рост надземных и подземных органов растения, но они в состоянии выдерживать более высокие концентрации марганца, чем алюминия. Отравление этим элементом сказывается на надземных органах сильнее, чем подземных. Отрицательное влияние ионов водорода на корневую систему связано, прежде всего, с переходом в почвенный раствор алюминия, марганца и других токсичных для растений химических элементов. Тормозится рост корней от недостатка ионов кальция в почвенном растворе. Это четко наблюдается, когда доля Са/Σ катионов в почвенном растворе меньше 0,2.