Вплив ґрунтового розчину на мінеральне живлення сільськогосподарських культур

Реакцію рослин на мінеральне живлення слід розглядати у поєднанні тетраедра: ґрунт – добриво – рослина – клімат. Поглинання рослинами поживних речовин залежить від їхніх біологічних особливостей та властивостей ґрунту – реакції, складу та концентрації ґрунтового розчину, температури, аерації, вологості, тривалості й інтенсивності освітлення, вмісту в ґрунті доступних форм елементів.

Склад і концентрація ґрунтового розчину

Ґрунтовий розчин перебуває у постійній і тісній взаємодії з твердою та газовою фазами ґрунту і корінням рослин, і тому склад і концентрація його є результатом біологічних і фізико-хімічних процесів, що лежать в основі цієї взаємодії. Темп і напрямок зазначених процесів піддаються значній сезонній мінливості, тому і склад ґрунтового розчину надзвичайно динамічний. У ньому містяться мінеральні, органічні та органо-мінеральні речовини, представлені іонами, молекулами й колоїдами. Крім того, тут присутні кисень, діоксид вуглецю та інші розчинені гази. З мінеральних сполук у ґрунтовому розчині присутні аніони: НСО3–, NO2–, NO3 2PO4–, HPO42–, SO42–, CO32–, ОН– та катіони H+, К+, NH4 2+, Mg2+. У сильнокислих ґрунтах можуть бути також Al3+, Fe3+, а в заболочених Fe2+. Залізо та алюміній у ґрунтових розчинах містяться в основному у вигляді стійких комплексів з органічними речовинами. Органічні сполуки у ґрунтовому розчині представлені органічними кислотами, цукрами, амінокислотами, спиртами, ферментами, дубильними речовинами та іншими продуктами метаболізму рослин і мікроорганізмів, а також гумусовими речовинами. Органо-мінеральні сполуки представлені переважно комплексними сполуками органічних кислот із полівалентними катіонами.

Загальна концентрація ґрунтового розчину невелика і, як правило, коливається в межах 0,02-0,2 %. Вищий вміст розчинених речовин буває лише в солончаках, солончакових і солончакуватих ґрунтах. Вивчення впливу концентрації ґрунтового розчину на поглинальну діяльність коренів особливо важливе при впровадженні інтенсивної системи вирощування сільськогосподарських культур, що передбачає застосування високих доз мінеральних добрив. Порушення їхнього оптимуму може призвести до затримки проростання насіння та пригнічення проростків навіть при достатній вологості ґрунту. При підвищенні концентрації ґрунтового розчину та зміні іонного складу порушуються, насамперед, регуляторні системи, що здійснюють контроль за поглинанням елементів мінерального живлення. Підвищення концентрації ґрунтового розчину збільшує у рослині осмотичний тиск, що викликає порушення роботи продихового апарату та посилену транспірацію. Перевищення осмотичного тиску у ґрунтовому розчині над осмотичним тиском клітинного соку згубно діє на рослини, оскільки різко обмежує поглинання рослинами води та поживних речовин, що призводить до плазмолізу клітин.

Ґрунтовий розчин повинен бути фізіологічно врівноваженим, тобто не повинен бути одностороннім. Фізіологічно врівноваженим називається розчин, у якому катіони та аніони знаходяться в таких співвідношеннях, при яких відбувається найбільш ефективне використання поживних речовин рослиною.

Усе розмаїття взаємодій елементів із рослинним організмом можна звести до трьох випадків: адитивності, синергізму й антагонізму.

Адитивність (від лат. доданий) – дія суміші елементів у розчині дорівнює сумі дії кожного окремого елемента.

Здатність рослин поглинати мінеральні елементи підпорядковується закону постійності співвідношення суми поглинутих катіонів до суми аніонів:

NH 4  К

NO 3 4  PO 4

Ця константа більша за одиницю і специфічна для культури, оскільки рослини поглинають катіони в еквівалентно більшій кількості, ніж аніони. Виходячи з цього закону, як катіони, так і аніони можуть перебувати в антагоністичних стосунках або сприяти надходженню один одного в рослини (рис. 49 і 50; Кабата-Пендіас А., Пендіас Х., 1989).

Еле мент

– синергізм – антагонізм/синергізм – антагонізм

Рис. 49. Взаємодія між макро- та мікроелементами у рослинах

Антагонізм (від грец. проти, і борюся). Це такий тип взаємодії, при якому фізіологічний ефект дії суміші солей менший, ніж ефект від дії кожної солі, взятої окремо. Антагонізм проявляється в тому, що катіони різних елементів конкурують один з одним при їх адсорбції на діяльній поверхні коренів, причому тут позначається значення їхньої валентності: одновалентні катіони менш конкурентоспроможні (виняток становить Н+), ніж двовалентні. Аналогічне явище з тими самими закономірностями спостерігається і між аніонами. Антагонізм сильніше проявляється між однойменно зарядженими іонами і в ситуації, коли концентрація одного іона у ґрунтовому розчині сильно перевищує концентрацію іншого. Явище антагонізму встановлено між Fe та Ca; Al та Na; Fe та Zn; Mn та Zn; Cu та Zn; Zn та

Синергізм (від грец. спільна дія) – взаємне посилення фізіологічної дії на рослину кожного з елементів, що входять до складу розчину. Синергізм може спостерігатися як між різнозарядженими іонами – катіонами та аніонами, так і між однойменно зарядженими. На практиці останнє частіше проявляється при невисокому їх вмісті у ґрунтовому розчині. Явище синергізму характерне між S і N, P і Mo; Cu і Mn; Ca і Co. Синергізм буває позитивним, коли сумарна дія окремих елементів перевищує суму впливу кожного з них, і від’ємним, коли токсична дія однієї солі посилюється токсичним впливом іншої. У процесі живлення рослин може спостерігатися й адитивність дії поживних елементів, тобто дія поживних елементів може дорівнювати сумі дії кожного з них.

Рис. 50. Взаємодія мікроелементів у самих рослинах та в середовищі, що оточує коріння рослин:

1 – антагонізм; 2 – синергізм; 3 – антагонізм та/або синергізм; 4 – можливий антагонізм

У складі ґрунтового розчину вельми токсичними є алюміній, марганець і водень. Вони пригнічують ріст коренів, особливо у кислому середовищі при низькому вмісті кальцію та магнію. Для більшості рослин вміст обмінного алюмінію – 2 ммоль/кг ґрунту інгібує ріст надземних і підземних органів рослини, але вони здатні витримувати вищі концентрації марганцю, ніж алюмінію. Отруєння цим елементом позначається на надземних органах сильніше, ніж на підземних. Від’ємний вплив іонів водню на кореневу систему пов’язаний, насамперед, із переходом у ґрунтовий розчин алюмінію, марганцю та інших токсичних для рослин хімічних елементів. Гальмується ріст коренів від нестачі іонів кальцію у ґрунтовому розчині. Це чітко спостерігається, коли частка Са/Σ катіонів у ґрунтовому розчині менша за 0,2.