Тема 5. Минеральное питание растений

Химический состав растений

Анализ сухого вещества растений показывает, что в нем содержатся углерод (45 %), кислород (42 %), водород (6,5 %), азот (1,5 %), зольные элементы (5 %).

Все элементы, встречающиеся в растениях, принято делить на три группы:

1. Макроэлементы. В эту группу входят элементы, содержание которых в сухой массе растения колеблется от десятков процентов до сотых долей процента. Сюда относятся все органогены (элементы, входящие в органическую часть сухого вещества): углерод (С), кислород (О), водород (Н), азот (N) — и зольные элементы: калий (К), кальций (Са), кремний (Si), магний (Mg), натрий (Na), железо (Fe), фосфор (Р), сера (S),алюминий (А1), хлор (С1).

2. Микроэлементы. К микроэлементам относятся элементы, содержание которых в сухой массе растения составляет от тысячных до стотысячных долей процента. В эту группу входят марганец (Мn), бор (В), стронций (Sr), медь (Сu), литий (Li), йод (J), бром (Вг), никель (Ni), молибден (Мо), кобальт (Со).

3. Ультрамикроэлементы. Содержание ультрамикроэлементов в сухой массе растения измеряется миллионными долями процента. Это цезий (Cs), селен (Se), кадмий (Cd), ртуть (Hg), серебро (Ag), золото (Аu), радий (Ra).

Многие элементы, хотя и встречаются в растении, не являются необходимыми для него. Зато без некоторых из них растение не может расти и развиваться, хотя требуемое количество их является минимальным.

Отдельные элементы на разных этапах развития растения поглощаются неодинаково. Наибольшее количество зольных элементов требуется во время цветения и образования семян. Больше всего зольных элементов накапливается в листьях. В них имеется 5—30 % золы от сухой массы, в то время как в стеблях — 4 %, корнях — 5 %, а в семенах — 3 %.

Роль азота в почвенном питании растений

Растения получают азот из содержащихся в почве солей азотистой и азотной кислот, а также из аммонийных соединений. Азот органических веществ почвы должен быть переведен в указанные соли микроорганизмами. Лишь тогда он становится доступным для растений. Хотя азота в растениях количественно содержится мало, его значение нельзя недооценивать. Азот входит в состав аминокислот, белков, АТФ, АДФ, хлорофилла, некоторых витаминов и ферментов. Недостаток азота в почве вызывает недоразвитость растений, изменения в окраске листьев. Избыток азота способствует бурному росту вегетативных органов в ущерб плодоношению. Из четырех органогенов (С, Н, О, N) именно об азоте необходимо заботиться, так как в доступной для питания растений форме его очень мало в окружающей среде.

В воздухе паров аммиака и окислов азота немного. Поэтому существенной роли в питании растений они не играют.

В почве на 1 кг примерно приходится органического азота 2 г, аммиачного 0,02 г и нитратного 0,03 г. Органический азот должен быть переведен гнилостными и нитрифицирующими бактериями в неорганические соединения. Тогда он станет доступным растениям. Этот перевод органического азота, минерализация его, протекает в два этапа. Первый называется аммонификацией. Он заключается в разложении органических веществ почвы с образованием аммиака (NН₃). Второй этап носит название нитрификации. Сущность его — превращение летучего вещества — аммиака — в азотистую, а затем в азотную кислоту. Осуществляется это в результате деятельности разных видов бактерий. Сначала с помощью аэробной бактерии нитрозомонас аммиак переводится в азотистую кислоту по формуле:

2NH₃ + 3О₂ = 2НNО₂ + 2Н₂О + 158 ккал.

Затем под действием аэробной бактерии нитробактер азотистая кислота переводится в азотную:

2НNО₂ + О₂ = 2НNО₃ + 38 ккал.

В почве азотная кислота вступает в реакции с другими соединениями, в результате чего образуются питательные для растений соли: KNO₃, NaNO₃, Ca(NO₃)₂ , NH₄NO₃.

Таким образом, в процессе нитрификации количество азотсодержащих солей в почве повышается. Оба этапа превращения азота требуют свободного кислорода. Поэтому рекомендуется производить рыхление почвы, чтобы улучшить условия жизни и деятельности аэробных бактерий.

При отсутствии воздуха в почве создаются анаэробные условия, в результате чего развивается деятельность денитрифицирующих бактерий. Они разлагают азотистые соединения, высвобождая из них свободный азот, улетучивающийся в атмосферу. Таким образом, ценное для растения вещество — азот — теряется для растения. Этот нежелательный процесс называется денитрификацией.

Поступившие в растения соли азотной кислоты в корнях и листьях восстанавливаются по следующей схеме:

HNO₃ ® HNO₂ ® H₂OH ® NH₃  ® NH₂ ® Аминокислоты ® Белок.

Кроме нитрификации пополнению доступных растению форм азота способствует деятельность свободноживущих и симбиотических форм бактерий.