Микроэлементы. Какие микроэлементы необходимы растениям и овощам

Микроэлементы являются активным веществом микроудобрений.

Показать все

Микроэлементы распространены в земной коре в концентрациях, не превышающих 0,1 %, а в живом веществе они обнаруживаются в количестве 10 -3 -10 -12 %. К группе микроэлементов относят металлы, неметаллы, галогены. Единственная их общая черта - низкое содержание в живых тканях.

Микроэлементы принимают самое активное участие во многих жизненных процессах, происходящих в растениях на молекулярном уровне. Путем воздействия на ферментную систему либо в непосредственной связи с биополимерами растений они стимулируют или ингибируют протекание физиологических процессов в тканях.

Для корректировки содержания микроэлементов в почве практикуют некорневые подкормки в течение вегетации, предпосевную обработку семян и посадочного материала, а также внесение в почву необходимых веществ в виде удобрений.

Физические и химические свойства

Микроэлементы различны по своим физическим и химическим свойствам. Среди них встречаются металлы ( , ), неметаллы (), галогены ().

Классификация микроэлементов

Химические элементы подразделяются на необходимые для растений и полезные им.

Необходимые

питательные элементы отвечают следующим требованиям:

• без элемента не может завершиться жизненный цикл растения;
• физиологические функции, выполняемые с участием конкретного элемента, не осуществляются при его замене на другой элемент;
• элемент обязательно вовлекается в метаболизм растения.

Однако существует ряд условностей в использовании данного термина. Дело в том, что сложности с его применением возникают уже при сравнении необходимости того или иного элемента для жизни высших и низших растений и, тем более, животных и человека. Так, например, не доказана необходимость бора для некоторых грибов, спорна необходимость наличия кобальта для осуществления физиологических функций целого ряда растений. К бесспорно необходимым элементам относят , хлор, никель.

Полезные

- это питательные элементы, обладающие способностью стимулировать рост и развитие растений, но не в полной мере соответствующие трем требованиям, приведенным выше. К этой группе относятся и те элементы, которые необходимы только в определенных условиях и только для определенных видов растений. В настоящее время из микроэлементов полезными для растений считаются , селен, кремний, алюминий, и другие.

В настоящее время жизненно необходимыми для растений считаются только около десяти микроэлементов, еще несколько - необходимыми узкому кругу видов. Для остальных элементов известно, что они могут оказывать стимулирующее действие на растения, но их функции не установлены.

Некоторые физические и химические свойства микроэлементов , согласно данным:
Микроэлемент	Атомный номер	Атомная масса					Физическое состояние при нормальны условиях
		10,81		неметалл	3700	2075	порошок черного цвета
		50,94		металл	3400	1900	металл серебристого цвета
		126,90		галоген	113,6	185,5	черно-фиолетовые кристаллы
		54,94		металл	2095	1244	металл серебристого белого цвета
		59,93	VIII	металл	2960	1494	твердый, тягучий, блестящий металл
		63,54		металл	2600	1083	металл красного, в изломе розового цвета
		65,39		металл		419,5	голубовато-серебристый металл
		95,94		металл	4800	2620	светло-серый металл

Микроэлементы содержатся в небольших количествах практически повсеместно: в горных породах, почве, растениях и, естественно, в организме человека и животных.

Дерново-

подзолистая

1,5-6 ,6

0,08-0,38

0,1-47,9

0,05-5,0

20-67

0,12-20,0

40-7200

50,0-150

1,0-4,0

0,04-0 ,97

0,45-14,0

0,12-3,0

10-62

н.д.

0,5-4,4

н.д.

Чернозем

4-12

0,38-1,58

7-18

4,5-10,0

24-90

0,10-0,25

200-5600

1,0-75

0,7-8,6

0,02-0,33

2,6-13,0

1,10-2,2

37-125

н.д.

2,0-9,8

н.д.

Серозем

8,8-160,3

0,23-0,62

5-20

2,5-10,0

26-63

0,09-1,12

310-3800

1,5-125

0,7-2,0

0,03-0,15

н.д.

0,9-1,5

50-87

н.д.

1,3-38

н.д.

Каштановая

100-200

0,30-0,90

0,6-20

8,0-14,0

0,06-0,14

600-1270

1,5-75

0,2-2,0

0,09-0,62

0,1-6,0

н.д.

2,0-9,8

н.д.

Бурая

40,5

0,38-1,95

14-44,5

6,0-12,0

32,5-54,0

0,03-0,20

390-580

1,5-75

0,4-2,8

0,06-0,12

2,3-3,8

0,57-2,25

н.д.

0,3-5,3

н.д.

Роль в растении

Биохимические функции

Роль микроэлементов для растений многогранна. Они призваны улучшать обмен веществ, устранять функциональные нарушения, содействовать нормальному течению физиолого-биохимических процессов, влиять на процессы фотосинтеза и дыхания. Под действием микроэлементов возрастает устойчивость растений к бактериальным и грибковым заболеваниям, неблагоприятным факторам окружающей среды (засухе, повышению или понижению температуры, тяжелой зимовке и прочим).

Установлено, что микроэлементы входят в состав большого числа ферментов, играющих важную роль в жизни растений. Все биохимические реакции синтеза, распада, обмена органических веществ протекают только при участии ферментов.

,

в составе микроудобрений повышают активность ферментов пероксидазы и полифенолоксидазы как в семядолях, так и в корнях гороха, но не изменяют их активности в проростках. При этом, и у гороха, и у кукурузы пероксидазная окислительная система преобладает над полифенолоксидазной.

Роль в растении и главные функции некоторых необходимых питательные микроэлементов, согласно данным:
Микроэлемент	В какие компоненты входит	Процессы, в которых участвует
	Фосфоглюконаты	Метаболизм и перенос углеводов, Синтез флавоноидов, Синтез нуклеиновых кислот, Утилизация фосфата,образование полифенолов.
	Кофермент кобамид	Симбиотическая фиксация азота (возможно и у не клубеньковых растений), стимулирование окислительно-восстановительных реакций при синтезе хлорофилла и протеинов.
	Разнообразные оксиданты, пластоцианины, ценилоплазмин.	Окисление, фотосинтез, метаболизм протеинов и углеводов, Возможно, участвует в симбиотической фиксации азота и окислительно-восстановительных реакциях.
	Тирозин и его производные у покрытосеменных и водорослей
	Многие ферментные системы	Фотопродукция кислорода в хлоропластах и косвенное участие в восстановлении NO 3 -
	Нитратредуктаза, нитрогеназа, оксидазы и молибденоферридоксин	Фиксация азота, восстановление NO 3 - Окислительно-восстановительные реакции
	Порфины, гемопротеины	Метаболизм липидов, фотосинтез в зеленых водорослях и, возможно, участие в фиксации N 2
	Ангидразы, дегидрогеназы, протеиназы и пептидазы	Метаболизм углеводов и белков

Недостаток (дефицит) микроэлементов в растениях

При недостаточном поступлении какого-либо микроэлемента из числа необходимых питательных элементов рост растения отклоняется от нормы или прекращается вовсе, а дальнейшее развитие растения, в особенности его метаболические циклы, нарушаются.

При недостатке микроэлементов активность многих ферментов резко снижается. Например, установлено, что при недостатке меди резко падает активность ферментов, в состав которых входит медь, а именно, полифенолоксидазы и аскорбатоксидазы.

Симптомы недостаточности (дефицита) трудно свести к одному знаменателю, но, все же, они характерны для конкретных микроэлементов. Наиболее часто наблюдается хлороз.

Визуальная симптоматика очень важна для диагностики недостаточности, но нарушения метаболических процессов и, как следствие, потеря биомассы продукции могут наступать прежде, чем симптомы недостаточности будут заметны. Для улучшения методов диагностики дефицита микроэлементов ряд авторов предлагает биохимические индикаторы. К сожалению, широкое применение этого способа ограничено в связи с большой изменчивостью энзиматической активности и трудностью определения данного показателя.

Наиболее широко используются тесты - анализ почв и растений. Но и в этом случае неподвижные формы микроэлементов, находящиеся в старых частях растения, могут исказить данные. Однако анализ растительных тканей успешно используют для установления дефицита микроэлементов путем сравнения с содержанием этих соединений в тех же тканях нормальных растений, того же возраста и в тех же органах.

При устранении дефицита микроэлементов при помощи удобрений следует учитывать тот факт, что подобная процедура является эффективной, только если содержание элемента в почве либо его доступность достаточно низкие.

В любом случае, формирование дефицита микроэлементов в растениях является результатом сложного взаимодействия нескольких факторов. Многочисленные наблюдения доказали, что свойства и генезис почв - это главные причины, вызывающие дефицит микроэлементов в растении. Обычно недостаток микроэлементов связан с почвами высокой кислотности (светлыми песчанистыми) и щелочными (известковистыми) почвами с неблагоприятным водным режимом, а также с избытком фосфатов, азота, кальция, оксидов железа и марганца.

Симптомы недостатка микроэлементов питания у сельскохозяйственных культур, согласно данным:
Элемент	Симптомы	Чувствительные к ультуры
	Хлороз и покоричневение молодых листьев, Погибшие верхушечные почки, Нарушение развития цветов, Поражение сердцевины растений и корней, Мультипликация при делении клеток	Капуста и близкие виды, Сельдерей, Виноград, Фруктовые деревья (груши и яблони)
	Меланизм, Белые скрученные макушки, Ослабление образования метелок, Нарушение одревеснения	Злаки (овес), Подсолнечник,
	Пятна хлороза, Некроз молодых листьев, Ослабленный тургор	Злаки (овес), Фруктовые деревья (яблони, вишни, цитрусовые)
	Хлороз края листовой пластинки, Нарушение свертывания цветной капусты, Огненные края и деформация листьев, Разрушение зародышевых тканей.	Капуста, близкие виды,
	Межжилковый хлороз (у однодольных), Остановка роста, Розетчатость листьев у деревьев, Фиолетово-красные точки на листьях	Зерновые (кукуруза), Виноград, Фруктовые деревья (цитрусы).

Избыток микроэлементов в растениях

Метаболические нарушения в растениях вызывают не только недостаток, но и избыток элементов питания. Растения более устойчивы к повышенной, чем к пониженной концентрации микроэлементов.

Главные реакции, связанные с токсичным действием микроэлементов:

• изменение проницаемости клеточных мембран;
• реакции тиольных групп с катионами;
• конкуренция с жизненно важными метаболитами;
• большое сродство с фосфатными группами и активными центрами в АДФ и АТФ;
• захват в молекулах позиций, занимаемых жизненно важными группами, такими, как фосфат и нитрат.

Оценка влияния токсичных концентраций элементов на растение достаточно сложна, поскольку зависит от множества факторов. К числу наиболее важных относят пропорции, в которых ионы и их соединения присутствуют в почвенном растворе.

Например, токсичность арсената и селената заметно понижается при избытке сульфата и фосфата. Металлоорганические соединения могут быть более токсичными, чем катионы того же элемента. Кислородные анионы элементов, как правило, более ядовиты, чем их простые катионы.

Наиболее токсичными для высших растений являются , никель , свинец , .

Видимые симптомы токсичности изменяются в зависимости от вида растения, но имеются и общие, неспецифические симптомы фитотоксичности: хлорозные и бурые точки на листовых пластинках и их краях, а также коричневые чахлые корни кораллоподобной конфигурации.

Симптомы токсичности микроэлементов у распространенных с/х культур, согласно данным:
Элемент	Симптомы	Чувствительные культуры
	Хлороз краев и концов листьев, Бурые точки на листья, Загнивание ростовых точек, Скручивание и отмирание старых листьев	Картофель, Помидоры, Подсолнечник,
	Белые края и кончики листьев, Уродливые кончики корней	Картофель, Помидоры, Подсолнечник,
	Темно-зеленые листья, Корни толстые, короткие или похожие на колючую проволоку, Угнетение образования побегов	Саженцы цитрусовых, Гладиолусы
	Хлороз и некротические поражения у старых листьев, Буровато-черные или красные некротические пятна, Накопление частиц оксида марганца в клетках эпидермиса, Засохшие кончики листьев, Чахлые корни	Картофель,
	Пожелтение или покоричневение листьев, Угнетение роста корней, Угнетение кущения		Хлороз и некроз концов листьев, Межжилковый хлороз молодых листьев, Задержка роста у растения в целом, Корни повреждены, похожи на колючую проволоку.

Содержание микроэлементов в различных соединениях

Микроудобрения - это удобрения, в которых действующим веществом является один (или несколько) микроэлементов. Они могут быть представлены как в виде минеральных форм, так и органоминеральными соединениями. Микроудобрения классифицируют по основному элементу, который они содержат (марганцевые, цинковые, медьсодержащие и прочее).

Микроэлементы могут входить и в состав макроудобрений в виде примесей. Определенное количество микроэлементов привносится в почву и в составе органических удобрений. На практике в качестве микроудобрений часто используют отходы различных производств, обогащенные микроэлементами.

Способы применения микроудобрений и удобрений, содержащих микроэлементы

Микроудобрения применяют для внесения в почву, некорневых подкормок и предпосадочной обработки семян. Дозы микроудобрений малы. Это требует высокой точности дозирования и равномерности внесения.

Внесение в почву

применяется для радикального повышения содержания микроэлементов в почве на протяжении всего вегетационного периода. При этом способе могут наблюдаться отрицательные эффекты:

• образование трудно растворимых форм микроэлементов,
• вымывание микроэлементов за пределы корнеобитаемого слоя.

Не рекомендуется вносить в почву дорогостоящие виды микроудобрений, особенно осенью. В данном случае лучше использовать различные макроудобрения, модифицированные микроэлементами, труднодоступные промышленные отходы и удобрения пролонгированного действия.

Предпосевная обработка семян

- самый распространенный способ использования микроудобрений. Этот способ технологичен и позволяет сочетать обработку семян с их посевом. Именно такая форма обработки способствует оптимизации питания растения микроэлементами на самых ранних стадиях развития. Часто обработку семян микроэлементами сочетают с применением пленкообразующих веществ, регуляторов роста и протравителей. Этот процесс носит название инкрустации семян.

Некорневые подкормки

рекомендуется проводить при непосредственном обнаружении дефицита микроэлемента. Этот способ позволяет корректировать питание растений микроэлементами, избегая негативных последствий внесения микроудобрений в почву.

Восполнение слабо доступных для растений микроэлементов средствами листовой подкормки при помощи удобрения содержащего оптимальный набор микроэлементов в физиологически сбалансированном соотношении, являлся основополагающей задачей при разработке удобрения нового поколения - «Аквадон-Микро», которое позволяет обогатить растения микроэлементами при минимальных экономических затратах и повысить урожайность сельскохозяйственных культур.

Бор (B) один из наиболее важных микроэлементов для растений. В клетке большая его часть представлена комплексными соединениями с полисахаридами клеточной стенки. Без бора, прежде всего, нарушаются процессы формирования репродуктивных органов, созревания семян и плодоношения. Исключительно важную функцию выполняет бор в углеводном обмене. Бор способствует лучшему использованию кальция в процессах обмена веществ в растениях. В этой связи применение «Аквадон-Микро» способствует не только увеличению урожайности, но и значительному повышению качества продукции.

Железо (Fe) участвует в функционировании основных элементов электрон-транспортных цепей дыхания и фотосинтеза, в восстановлении молекулярного азота и нитрата до аммиака, катализирует начальные этапы синтеза хлорофилла. Недостаток железа часто имеет место при переувлажнении на карбонатных, а также на плохо дренированных почвах, проявляется в пожелтении листьев (хлороз) и снижении интенсивности окислительно-восстановительных процессов.

Кобальт (Co) необходим высшим растениям для фиксации молекулярного азота бактероидами и концентрируется в клубеньках. Необходим для синтеза витамина В12. Является мощным стимулятором роста.

Магний (Mg) участвует в белковом и углеводном обмене, входит в состав хлорофилла, который при его недостатке разрушается, предотвращает хлороз. Происходит отток хлорофилла по жилкам из старых листьев к молодым. Недостаток магния проявляется в пожелтении участков листа между жилками и в снижении урожайности. Остро востребован культурами с большим выносом калия (сахарная свекла, виноград и др.)

Марганец (Mn) активизирует ферменты в растении, накапливается в листьях и участвует в фотолизе воды, являясь компонентом фотосистемы, способствует накоплению и передвижению сахаров из листьев в корнеплоды, стимулирует нарастание новых тканей в точках роста, улучшает поглощение железа из почвы и предупреждает хлороз. При его недостатке резко снижается выделение кислорода при фотосинтезе и содержание углеводов, особенно в корнях. Чувствительными культурами к недостатку марганца являются свекла сахарная, кормовая и столовая, овес, картофель, яблоня. Поступление марганца в растения снижается при низкой температуре и высокой влажности почвы, что чаще всего наблюдается ранней весной, и от этого в значительной степени страдают озимые.

Медь (Cu) входит в состав ферментов и участвует в окислительно-восстановительных превращениях, около 50% ее содержится в хлоропластах. При дефиците меди нарушается лигнификация клеточных стенок, снижается интенсивность дыхания и фотосинтеза. Признаки медного голодания проявляются чаще всего на
торфянистых и на кислых песчаных почвах. Симптомы заболевания для зерновых культур выражаются в побелении и засыхании кончиков листовой пластинки. При сильном недостатке меди растения начинают усиленно куститься, но в дальнейшем колошение не происходит, и весь стебель постепенно засыхает.
Растения отзывчивые к меди: пшеница, ячмень, овес, лен, кукуруза, морковь, свекла, лук, шпинат, люцерна, белокочанная капуста, картофель.
Медь повышает устойчивость растений против грибковых и бактериальных заболеваний, снижает заболевание зерновых культур различными видами головни, повышает устойчивость растений к бурой пятнистости. Плодовые культуры при недостатке меди заболевают, так называемой, суховершинностью или экзантемой.
Медь в растениях повышает содержание гидрофильных коллоидов, и, поэтому, в сухое и жаркое лето внекорневые подкормки этим элементом очень эффективны.

Молибден (Mo) часто называют микроэлементом азотного обмена, поскольку он входит в состав нитратредуктазы и нитрогеназы. При его недостатке, что часто бывает на кислых почвах, в тканях накапливается большое количество нитратов и нарушается нормальный обмен веществ у растений. Задерживается рост растений, тормозится синтез хлорофилла.

Сера (S). При недостатке серы наблюдается слабый рост растений и преждевременное пожелтение листьев. Больше всех других серу содержат и нуждаются в ней растения семейства крестоцветных, а также бобовые и картофель. При недостатке серы у плодовых культур листья и черешки становятся деревянистыми. В отличие от азотного голодания при серном голодании листья растений не опадают, хотя имеют бледную окраску. Недостаток ее отмечается на разных почвах, особенно на дерново-подзолистых, легких, малогумусных, а также в районах с большим количеством осадков, удаленных от промышленных центров.

Цинк (Zn) входит в состав многих ферментов, участвует в образовании хлорофилла, способствует ситнезу витаминов, поэтому подкормка цинком усиливает рост растений. Цинк играет важную роль в окислительно-восстановительных процессах, протекающих в растительных организмах. При его дефиците нарушается фосфорный обмен: возрастает содержание неорганического фосфата, замедляется его превращение в органические формы, что проявляется на растениях в хлоротичных пятнах на листьях, которые становятся бледно-зелеными, а у некоторых растений почти белыми. Применение «Аквадон-Микро» с содержанием цинка повышает урожай всех полевых, овощных и плодовых культур. При этом отмечается снижение пораженности растений грибковыми заболеваниями, повышается сахаристость плодовых и ягодных культур.

Для успешного культивирования сельскохозяйственных растений очень важна роль сбалансированности минерального питания. Избыток или недостаток какого либо элемента приводит к нарушению поступления других, что вызывает задержку ростовых процессов и снижает урожайность. Так, некоторые макроудобрения, внесенные в больших дозах, влияют на доступность для растений микроэлементов: фосфорные – цинка и меди, азотные – меди и молибдена, калийные – бора и магния. В то же время недостаток в почве микроэлементов снижает эффективность удобрений с макроэлементами.

Роль микроэлементов в жизни растений

Железо (Fe) – играет ключевую роль в синтезе хлорофилла. Участвует в фиксации атмосферного азота, в восстановлении нитратов до аммиака, в обмене углеводов, белков, ауксинов, серы, в поступлении и передвижении пластических веществ по растению, в росте и делении клеток. Недостаток железа приводит к пожелтению листьев, в дальнейшем растение гибнет.

Медь (Cu) – усиливает образование углеводов, белков, жиров, витамина С. Повышает интенсивность дыхания и фотосинтез, повышает морозо- , засухо- и жароустойчивость, устойчивость к заболеваниям, улучшает образование плодов и семян, усиливает поступление азота и магния. При недостатке меди ухудшается опыление растений, появляется склонность злаковых культур к полеганию.

Цинк (Zn) – увеличивает содержание сахарозы, крахмала и белков, витамина С, активирует фитогормон ИУК (ауксин, гормон роста), усиливает рост корневой системы, повышает водоудерживающую способность, морозо- , засухо- и жароустойчивость. Недостаток цинка наиболее негативно сказывается на образовании семян. Особенно чувствительны к недостатку цинка кукуруза, лен, плодовые.

Марганец (Mn) – участвует в фотосинтезе, активизирует гормон ауксин и ряд ферментов, уменьшает содержание нитратов в продукции, повышает содержание витамина С. Недостаток марганца негативно сказывается на многих процессах обмена веществ, в частности на синтезе углеводов и протеинов. Наиболее требовательные к марганцу культуры – свекла, картофель, зерновые.

Бор (B) – улучшает углеводный и белковый обмен, опыление и оплодотворение цветков, предотвращает появление гнили сердечка у сахарной свёклы и парши у картофеля, усиливает отток продуктов фотосинтеза в клубни, корнеплоды и луковицы. При недостатке бора нарушаются процессы деления клетки и образования генеративных органов. Недостаток бора сильнее всего сказывается на таких культурах как рапс, сахарная свекла, бобовые.

Молибден (Mo) – улучшает азотный обмен и синтез белков, уменьшает содержание нитратов. Необходим в усвоении азота воздуха, в синтезе нуклеиновых кислот. Увеличивает содержание хлорофилла, повышает интенсивность фотосинтеза. Увеличивает содержание углеводов, каротина, аскорбиновой кислоты, белка. Недостаток молибдена приводит к снижению устойчивости растений к различным заболеваниям. Чувствительны к недостатку молибдена бобовые культуры.

Ванадий (V) – повышает содержание хлорофилла, скорость фотосинтеза (при сильном освещении), является катализатором фиксации атмосферного азота

Кобальт (Co) – усиливает азотфиксацию, входит в состав витамина В12, увеличивает содержание хлорофилла и каротиноидов. Участвует в азотном обмене – биосинтезе белка и нуклеиновых кислот. Повышает содержание воды, особенно в засуху.

Хром (Cr) – активирует ряд ферментов, повышает иммунитет и устойчивость к стрессам. При недостатке наблюдается снижение роста и накопления биомассы, пожелтение и опадание листьев.

Селен (Se) – повышает устойчивость к заболеваниям и стрессам (за счёт накопления аминокислоты пролина). При недостатке у растений задерживаются рост и цветение, растения теряют устойчивость к переохлаждениям, становятся чувствительными к гербицидам.

Никель (Ni) – необходим для предотвращения накопления токсических доз мочевины, так как входит в состав разлагающего ее фермента. Стабилизирует рибосомы и усиливает рост.

Литий (Li) – повышает устойчивость к болезням, усиливает фотохимическую активность хлоропластов. Улучшает транспорт калия, усиливает рост корневой системы. Повышает содержание витаминов группы В.

Просмотры: 2273

13.02.2019

По оценкам разных исследователей, для питания растений необходимо от 68 до 84 элементов периодической системы Д. И. Менделеева. Роль далеко не всех их изучена досконально. Тем не менее, общепризнано, что определенная часть найденных в растениях и почве элементов является совершенно необходимой для нормального роста и развития растений, получения хороших урожаев.

Все элементы, участвующие в , принято классифицировать в зависимости от их содержания в растениях и в почве. Обычно их разделяют на макроэлементы и микроэлементы. По этой классификации, элементы, содержание которых в перерасчете на сухое вещество составляет от сотых долей процента до нескольких десятков процентов, являются макроэлементами. Те элементы, содержание не превышает тысячных долей процента, относят к микроэлементам.

В настоящее время эта классификация дополнена. Часть элементов сейчас относят к мезоэлементам, т.е., по сути, они образуют группу, промежуточную между макро- и микроэлементами. Кроме того, иногда выделяют ультрамикроэлементы. Это те элементы, содержание которых в растениях ничтожно мало, а физиологическая роль и влияние практически не изучены.

Если придерживаться уточненной классификации, то к макроэлементам относятся азот, фосфор и калий, к мезоэлементам – сера, кальций, магний, к микроэлементам – , медь, барий, хлор, натрий, титан, серебро, ванадий, никель, селен, литий, йод, алюминий.

Приведенная классификация, как и любая другая, достаточно условна, и те или иные элементы в работах разных авторов порой попадают в разные группы. Кроме того, в тканях некоторых видов растений отдельные микроэлементы содержатся в количествах, характерных для макроэлементов. Тем не менее, для практических целей, т.е. организации минерального питания растений в хозяйственных условиях, эта классификация достаточно удобна и позволяет адекватно оценить роль тех или других элементов в получении урожая, правильно подобрать методы восполнения их недостатка в почве.

Макроэлементы и мезоэлементы необходимы растению в достаточно больших количествах, потому что являются «строительным материалом», в первую очередь, для белков. Микроэлементы входят в состав ферментов, витаминов и т.п. Нормальное развитие и функционирование как отдельных клеток, так и всего растительного организма невозможно без оптимального обеспечения элементами всех этих групп.

Отсутствие или недостаток любого из элементов, необходимых для роста и размножения, вызывает вполне определенные симптомы голодания. Однако, поступая в повышенных дозах, как макро, так и микроэлементы становятся токсичными для растений и употребляющих их людей и животных.

Питательные вещества при корневом питании растения получают из почвы. Основным источником поступления микроэлементов в почву являются материнские почвообразующие породы. При этом почвы очень различаются по содержанию микроэлементов. Так, в моренных лессовидных суглинках содержание кобальта, хрома, стронция в 2 – 2,5 раза больше, а никеля, ванадия, титана, бария, бора, марганца – в 3 – 4 раза больше, чем в песках. Торфяно-болотные почвы бедны микроэлементами. При этом, содержание микроэлементов в почве увеличивается по мере накопления в ней органических веществ. То есть, при внесении навоза, компоста и других органических удобрений, почва обогащается не только макро-, но и микроэлементами.

Растворимость микроэлементов в почвах имеет большое значение для их биологической доступности и способности к перемещению. Тяжелые почвы (как щелочные, так и нейтральные) хорошо удерживают микроэлементы и поэтому медленно поставляют их растениям, что может приводить к нехватке некоторых элементов. Легкие почвы, наоборот, могут быть источником легкодоступных микроэлементов, но при этом их запас быстрее истощается. Поэтому при оценке обеспеченности почв микроэлементами важно учитывать не только их валовое содержание, но и наличие подвижных форм. Причем, разница между этими двумя значениями может быть весьма существенной. Например, бор в подвижной форме составляет лишь 2 – 4% от валового содержания этого микроэлемента, медь, молибден, кобальт, цинк – 10 – 15%.

Обеспеченность почвы микроэлементами меняется в течение вегетационного периода, а также зависит от интенсивности осадков, испарения влаги из почвы и т.д. В зависимости от этих факторов, концентрации микроэлементов в почвенных растворах могут изменяться более чем в 10 раз. Это необходимо учитывать при проведении анализов почвы. При этом концентрации макроэлементов, хотя также зависят от упомянутых факторов, изменяются в меньшей степени.

Перенос растворенных элементов в почве может происходить двумя путями: через почвенный раствор (диффузия) и вместе с движущимся почвенным раствором (вымывание). В зависимости от климата, этот процесс имеет свои особенности. Так, в прохладном влажном климате вымывание микроэлементов вниз по профилю почвы проявляется сильнее, чем их накопление. А в теплом сухом климате более характерно восходящее движение микроэлементов.

Состояние и доступность микроэлементов в почве зависит от ее кислотности. Так, цинк, марганец, медь, железо, кобальт, бор легко выщелачиваются в кислых почвах. Но если pH почвы поднимается выше 7, эти элементы образуют довольно устойчивые соединения. Молибден и селен, наоборот, мобилизуются в щелочных почвах, а в кислых становятся практически нерастворимыми.

Уровень содержания элементов также связан с биологической активностью почв. Низкая концентрация микроэлементов стимулирует увеличение бактерий в почве, а повышенное их содержание оказывает негативное влияние на почвенную микробиоту. Причем, наиболее токсичны микроэлементы для бактерий, фиксирующих свободный азот. В биомассе микроорганизмов микроэлементы могут накапливаться в таких больших концентрациях, что это влияет на уровень их содержания в почве в целом. При этом, связанные микроорганизмами микроэлементы становятся менее доступными для растений. Также менее доступны для растений элементы, фиксированные на оксидах, тогда как адсорбированные на глинистых минералах – наиболее доступные.

В целом, в почвах более половины общего содержания микроэлементов удерживается органическим веществом. Например, на торфяниках у растений нередко проявляются симптомы дефицита цинка, меди, молибдена, марганца. Причина этого – сильное удержание этих элементов нерастворимыми гуминовыми кислотами.

Степень поглощения растениями микроэлементов и интенсивность их роста в значительной степени зависит от наличия в почве макроэлементов – азота, фосфора и калия. Так, повышение уровня азотного питания увеличивает поступление в растения фосфора, калия, кальция, магния, меди, марганца и цинка. Но при избытке азота наблюдается обратная закономерность. Избыточные дозы фосфора снижают поступление в растение меди, железа и марганца. В присутствии фосфатов уменьшается поглощение растениями цинка. Калий может снижать поступление кальция и магния.

Микроэлементы, в свою очередь, влияют на поступление в растения макроэлементов. Так, поступление азота в растения снижается при дефиците железа, марганца и цинка. Положительно влияют на поглощение азота молибден и кобальт. Поглощение растениями фосфора увеличивается при наличии меди, цинка, кальция и молибдена, но уменьшается под влиянием магния и железа. Поступление в растения калия снижается под влиянием меди, марганца, никеля, цинка, молибдена, железа и бора, а возрастает при наличии хлора.

Описанные явления антагонизма и синергизма ионов очень сильно зависят от других факторов – температуры, вида растений, реакции среды, концентрации питательных веществ.

Интенсивность поглощения питательных веществ растениями также сильно зависит от температуры окружающей среды. Оптимальной для этого является температура + 25 - + 30 °С. Если температура поднимается выше + 35 °С либо падает ниже + 10 - + 12 °С, поглощение питательных веществ растениями замедляется, а потом и вовсе приостанавливается до наступления благоприятных условий.

Общеизвестный факт – на одной и той же почве, при одинаковом содержании в ней макро- и микроэлементов растения разных видов чувствуют себя по-разному. Связано это с их неодинаковыми потребностями в элементах питания. Причем, эти потребности различаются даже в те или иные периоды развития одного и того же растения. Например, для питания проростка гораздо важнее резерв микроэлементов в семени, чем их содержание в почве. Но для всех растений и периодов их развития является справедливым правило незаменимости элементов, согласно которому ни один из питательных элементов не может быть заменен другим. Поэтому при недостатке любого макро- или микроэлемента нет смысла пытаться увеличить урожай за счет внесения других элементов. Отсюда же следует, что для успешного восполнения нехватки питательных веществ нужно точно знать, каких именно элементов недостаточно.

Особенно чувствительны к недостатку или избытку питательных элементов молодые растения. В то же время, есть элементы, которые более необходимы растениям именно на первых этапах развития. Например, это относится к фосфору. В фазе активного роста сначала растения больше нуждаются в азоте, но со временем происходит увеличение потребности в калии. В период образования бутонов и цветения особенно важны фосфор и азот, а также бор.

Разные виды сельскохозяйственных культур довольно сильно различаются по чувствительности к дефициту микроэлементов (см. таблицу).

Для практических целей также важным является показатель выноса питательных веществ с урожаем. Относительное содержание элементов минерального питания в основной и побочной продукции разных сельскохозяйственных культур определяется, прежде всего, их видовыми особенностями, а также от сорта и условий выращивания. В частности, капуста, картофель, сахарная свекла, подсолнечник, кормовые корнеплоды для создания более высокого урожая потребляют гораздо больше питательных веществ, чем зерновые. Вынос питательных веществ из почвы возрастает с увеличением урожая. Тем не менее, затраты питательных веществ на единицу продукции при этом уменьшаются.

Все перечисленные особенности следует учитывать, разрабатывая стратегию и текущие планы обеспечения растений в определенном хозяйстве питательными элементами. В то же время, необходимо помнить и о том, что урожай предназначен потребителям. А конечные потребители сельскохозяйственной продукции – люди. И, например, недостаток микроэлементов в плодах растений может отрицательно влиять на здоровье потребителей, как и избыток тех или иных веществ.

Общие представления о минеральном питании.

Растения питаются простыми веществами не только из воздуха (углекислота и вода – фотосинтез), но и из почвы (ионы минеральных солей – минеральное питание). Они усваивают простые неорганические соединения из внешней природы, синтезируют из них сложные органические вещества и строят свое тело.

Органические вещества растений состоят из органогенных элементов: углерода – 45%, кислорода – 42%, водорода – 6,5% и азота – 2,5% - всего 95%. Углерод, водород, кислород усваиваются растениями в результате воздушного питания. В растениях есть также 5-10% зольных минеральных элементов – они остаются после сжигания растений.

Процесс усвоения зольных элементов и азота из почвы называется почвенным или минеральным питанием растений. Снабжение растений полным набором в оптимальном соотношении минеральных элементов имеет значение для обмена растений, нормального развития, преодоления неблагоприятных воздействий окружающей среды. В сельском хозяйстве давно научились регулировать минеральное питание растений с помощью агроприемов и внесения минеральных удобрений.

Макро- и микроэлементы, необходимые для растений, и их физиологическая роль.

Анализ обнаруживает в растениях почти все элементы периодической системы Менделеева. Главные из них – микро- и макроэлементы.

макроэлементы

микроэлементы

1.Макроэлементы.

Азот.

Входит в состав белков, нуклеиновых кислот, АТФ, АДФ, коферментов, хлорофиллов, цитохромов, некоторых липидов, многих витаминов, гормонов роста растений. Азот является составной частью важнейших для жизни веществ. Он непосредственно влияет на рост растений.

Фосфор.

Входит в состав ДНК, РНК, АТФ, коферментов, фосфолипидов, сахарофосфатов, белков, многих других промежуточных продуктов метаболизма. Фосфорсодержащие вещества занимают центральное место в конструктивном и энергетическом обмене. Важна роль фосфора в фотосинтезе и дыхании. Кроме того энергия при фотосинтетическом и окислительном фосфорилировании запасается в макроэргических фосфатных связях АТФ. Фосфор важен для цветения и плодоношения растений.

Калий.

Не входит в состав органического вещества, регулирует состояние цитоплазмы клеток растений, повышая ее проницаемость и уменьшая вязкость, находится в клеточном соке, принимает активное участие в осмотических явлениях клеток, движении устьиц, усиливает биосинтез крахмала, ускоряет процессы фотосинтетического фосфорилирования, отток ассимилятов. Основная роль калия – регуляторная – принимает участие в процессах обмена веществ в растении.

Сера.

Содержится во всех белках, входит в состав аминокислот (метионина, цистеина, цистина), содержится в витаминах (тиамин, биотин), липоевой кислоте, сульфолипидах, коферменте А, чесночных и горчичных маслах. Дисульфидные группы участвуют в образовании третичной структуры белков, а сульфгидрильные - в образовании ферментов с участием НАД и ФАД. Сера играет важную роль в белковом и липидном обменах, в энергетике растений, важна для поддержания структуры мембран тилакоидов хлоропластов.

Кальций.

Содержится в растениях в органических веществах и в ионной форме, входит в состав клеточной стенки растений, в состав хромосом, мембран, стабилизируя их структуру. В свободном виде выступает в качестве антагониста калия – повышает вязкость и снижает проницаемость цитоплазмы, нейтрализует избыток органических кислот в клетках, поддерживает жизнедеятельность меристем.

Магний.

Находится в составе молекулы хлорофилла и хелатов, играет роль в стабилизации структуры рибосом, регулирует состояние цитоплазмы, повышая вязкость и понижая проницаемость цитоплазмы, является кофактором многих ферментов.

Натрий.

Для некоторых групп растений (галофитов) засоленных мест обитания имеет важное значение. Для большинства растений не нужен.

Кремний.

В больших количествах содержится в листьях некоторых древесных пород (в хвое ели), входит в состав клеточных стенок древесины, панциря диатомовых водорослей. Многие растения обходятся без него.

2.Микроэлементы .

Железо.

Содержится в количестве 0,08%. В качестве кофактора входит в состав ферментов, участвующих в синтезе хлорофилла, входит в состав оксиредуктаз, в ферментный комплекс нитрогеназы, то есть участвует в азотфиксации, содержится в молекулах цитохромов, ферредоксина, участвует в процессе переноса электронов.

Медь.

Встречается в составе ферментов, участвующих в биосинтезе хлорофилла, входит в состав ферментов оксидаз, участвующих в дыхании, в состав белка пластоцианина, активирует нитроредуктазу, то есть участвует в азотном обмене. Недостаток меди вызывает задержку роста и цветения.

Цинк.

Играет важную роль в белковом обмене, входя в состав пептидогидролаз, принимает участие в синтезе индолилуксукной кислоты (гормон растений), влияет на синтез аминокислоты триптофана, активирует ряд ферментов гликолиза и реакции ПФП.

Имеет широкий спектр действия. Влияет на деление клеток, способствуя росту корневых и надземных частей растений, участвует в прорастании пыльцы и росте завязи, способствует оттоку углеводов из хлоропластов, повышает эластичность клеточной стенки и засухоустойчивость растений.

Марганец.

В качестве кофактора некоторых ферментов катализирует реакции фотосинтеза и дыхания, участвует в процессе восстановления нитратов, обмене железа, поддерживает структуру мембран тилакоидов, активирует ферменты цикла Кребса, участвует в синтезе м-РНК в ядре.

Молибден.

Играет важную роль в азотном обмене, участвует в процессе азотфиксации, в реакциях биосинтеза белка, аскорбиновой кислоты, способствует лучшему усвоению кальция, росту корневых систем растений. При недостатке молибдена, рост растений тормозится.

Кроме перечисленных микроэлементов важную роль играют в метаболизме растений селен, иод, ванадий, титан, никель.