Почва как субстрат, питающий растения

Почва включает 3 фазы: твердая – органические вещества (гуматы, результат разложения отмерших органов) и неорганические (цеолиты, продукт выветривания горных пород); жидкая – почвенный раствор, содержащий органические и неорганические вещества в жидкой фазе (пленки вокруг частиц почвы); газообразная (О₂, СО₂, N₂). В почве также живут организмы разных видов (бактерии, грибы, водоросли, дождевые черви, насекомые, кроты).

Питательные вещества содержатся в почве в 4 формах:

1. растворенные в воде (почвенный раствор). Доступная форма для растений, но очень подвижная, легко вымывается.

2. адсорбированные на поверхности почвенных коллоидов, невымываемые, но доступные для растений при ионном обмене.

3. выделяемые растениями ионы.

4. труднодоступные для растений неорганические соли (фосфаты, карбонаты).

Адсорбирование и прочное удержание растворимых веществ почвой называется ее поглощающей способностью.

Эту способность обусловливает коллоидная часть почвы – почвенный поглощающий комплекс.

Различают 5 видов поглощения веществ почвой (по Гедройцу):

1. Механическая поглощающая способность связана с тем, что почва как пористое тело задерживает мелкие частицы.

2. Физическая поглощающая способность. На поверхности твердой и жидкой фаз почвы создается поверхностное натяжение, которое вызывает концентрирование твердых частиц возле поверхности – адсорбцию.

3. Физико-химическая поглощающая способность. Часть растворенных в жидкой фазе веществ адсорбируется на поверхности почвенных частиц, а остальные вступают в обменные химические реакции с почвенными частицами. Этот вид поглощения имеет существенное значение в создании плодородия почвы и в питании растений.

4. Химическая поглощающая способность обусловлена веществами, вносимыми в почву, образуют нерастворимые соединения. Например, фосфорные соли + Са почвы → Са₃(РО₄)₂.

5. Биологическая поглощающая способность обеспечивается почвенными микроорганизмами, которые поглощают элементы минерального питания.

Для минерального питания растений значимыми являются физическая и физико-химическая поглощающая способность почвы. И только некоторые виды растений (бобовые), благодаря корневым выделениям, могут частично растворять и поглощать.

Весь процесс поглощения солей из почвы корнями растений сводится в значительной мере к обменным реакциям между корневыми волосками и почвенным поглощающим комплексом. Посредником является почвенный раствор. Кроме того, катионы и анионы поступают в клетки ризодермы, благодаря контактному обмену с почвенными частичками, без перехода в почвенный раствор. Зона поглощения корней и частицы почвы образуют единую коллоидную систему. Адсорбированные ионы клеточных стенок и прилегающих почвенных частичек находятся в постоянном колебательном движении, сферы колебаний могут перекрываться и результат этого – ионный обмен. Ионы, адсорбированные клеточными стенками, переходят на почвенные частички, взамен поступают ионы с почвенных частичек.

Клеточные стенки поставляют для обмена преимущественно ионы Н⁺, которые выкачиваются из цитоплазмы протонной помпой. Ионы Н⁺ обмениваются на ионы K, Ca, NH₄⁺.

Из анионов растительная клетка обменивает ионы НСО₃^- (СО₂, выделяемая в процессе дыхания, растворяясь на влажных клеточных стенках → НСО₃^-), анионы органических кислот на РО₄^3-, NO₃^2-.

Контактный обмен возможен при очень тесном сближении (не более 5 нм). Это обеспечивается благодаря тому, что клетки ризодермы лишены кутикулярного слоя и могут выделять слизи, способствуя образованию единой коллоидной системы почва – клеточные стенки.