Живлення рослин, хімічний та біохімічний склад рослин

Харчування - це обмін речовин між рослиною і навколишнім середовищем, перехід речовин із ґрунту і повітря в рослину до складу органічних сполук, які синтезуються в рослинному організмі, і виведення частини їх з нього.

За повітряного живлення рослини на відміну від кореневого харчування, зазвичай рівномірно забезпечуються вуглекислим газом (С02). Для фотосинтезу рослині потрібні світло, волога, мінеральні елементи. Цими факторами і біологічними особливостями культур і визначається його інтенсивність.

Кореневе живлення залежить не тільки від біологічних особливостей культур і забезпечення продуктами фотосинтезу, а й від інтенсивності росту кореневої системи, структури і вологості грунту, реакції середовища, вмісту і співвідношення рухомих сполук елементів живлення, діяльності грунтової біоти, кореневих виділень і т.п.

Хімічний і біохімічний склад рослин

У зеленій масі злакових, бобових та інших культур значна частка води - 75 85%. Коренеплоди буряка і бульби картоплі містять 85-90% води, головки капусти - 90-93, плоди помідора і огірка - 92-96%.

У складі сухої речовини рослин 90-95% складають органічних сполук, які в рослинах представлені білками і іншими азотистими сполуками, жирами, крохмалем, цукрами, клітковиною, пектинами.

На якість і кількість органічних речовин в рослинах значно впливають умови харчування. Достатні кількості азоту і сірки в грунті сприяють утворенню в рослинах білків. Оптимальне фосфорне і калійне живлення забезпечує накопичення вуглеводів - цукрів, крохмалю, клітковини, а також жирів. Мікроелементи сприяють поліпшенню якості врожаю.

Між хімічним складом грунту і хімічним складом рослин немає прямої залежності. Деяких хімічних елементів в грунті може бути багато, але в рослини вони або зовсім не надходять, або потрапляють в дуже невеликих кількостях, а інших хімічних елементів, яких в грунті мало, в рослинах накопичується велика кількість - рослини немов вибирають, вичерпують ці речовини з грунту . Отже, поглинання мінеральних речовин носить виборчий характер який успадковується генетично і одночасно залежить від їх концентрації в живильному середовищі.

Різні вили рослин здатні накопичувати в своїх тканинах переважно різні хімічні елементи, наприклад буряк і картопля в розрахунку на суху речовину накопичують до 50% оксиду калію, все капустяні - до 25% оксиду сірки, злаки - до 40% оксиду кремнію. Такі розбіжності вмісту елементів живлення пов'язані з механізмом виборчого поглинання і акумулювання, властивого рослинам. Зазвичай за обсягами акумулювання в рослинах головні місця займають азот, фосфор і калій, іноді кремній. Так, жито вирощене на тому ж грунті, що і пшениця, накопичує менше марганцю, молібдену і міді, але значно більше бору. Кожен вид рослин характеризується виборчої здатністю до засвоєння елементів і ставить свої вимоги до навколишнього середовища, що робить неможливим існування більшого числа видів рослин, ніж в разі однакових потреб. Сукупність, в тому числі сівозміну, повніше використовує природні ресурси і є стійкою в порівнянні з монокультури.

Хімічні елементи, необхідні для росту і формування врожаю, називають біогенними. Інші елементи живлення потрапляють в рослини випадково, пасивно і практично не потрібні для їх росту і розвитку. Тому такі хімічні елементи називають абіогенний. хоча практично іноді вони можуть бути досить важливими. Наприклад, астрагал і інші бобові рослини, що ростуть на грунтах, багатих селеном, накопичують його в такій кількості, що стають отруйними для сільськогосподарських тварин.

Вуглець, кисень, водень і азот називають органогенних елементами. оскільки з них складаються органічні речовини, вони формують близько 95% маси сухої речовини рослин (вуглець 45%, кисень - 42, водень - 6,5, азот - 1,5%). Вони надходять в рослини переважно у вигляді СО2, O2 і Н20. Решта 5% складають зольні елементи (залишаються після спалювання рослин - калій, кальцій, магній, фосфор і ін.). Однак окремі тканини і органи істотно відрізняються за змістом золи. Так, зерно містить 3% золи від маси сухої речовини, листя - 10-15, трав'янисті стебла і коріння - 4-5%. Кількість золи в рослинах багато в чому залежить від складу грунту і умов зволоження: чим багатша грунт на солі і чим сухіше клімат, тим більше золи накопичується в рослині. Водні рослини містять більше золи, ніж сухопутні (в водоростей - до 50% і більше). У складі рослин виявлені більшість елементів періодичної таблиці Д. І. Менделєєва. Зараз в агрохімії повно вивчено фізіологічну роль тільки 27 з них.

За даними Л. Г. Ноздрюхіна (1977), для нормального розвитку організму необхідні 27 елементів, з них 11 макро (С, # 919 ;, О, N, Са, Mg, S, Р, Na, К, СІ) і 16 - мікро (мікробіогенних) - I, Cu, Zn, # 924; n, Co, Ni, Mo, As, В, Se, Cr, Fe, V, Si, F, Sn; для рослин - макроелементи плюс Fe, Cu, Zn, В, Si, Mo, V; для тварин - мікроелементи плюс Se, Cr, Ni, F, I, Sn, Fe, Cu, Zn, Si, Mo, V; в організмі людини набір елементів досягає 30.

Всі елементи, що входять до групи "необхідних", фізіологічно незамінні, а їх функції в рослинах чітко специфічні. Недолік будь-якого з них призводить до глибокого порушення обміну речовин і фізіолого-біохімічних процесів в рослинах, їх зростання і розвитку, зниження врожаю і його якості. При гострому дефіциті елементів цієї групи у рослин виявляються характерні ознаки голодування. Однак кількісні потреби рослин в тому чи іншому елементі досить різні.

Ймовірно, що сучасні і нові методи досліджень розширять список елементів, необхідних для рослин в дуже малих кількостях.

Загальна кількість хімічних елементів, залучених в біологічний круговорот, і їх співвідношення багато в чому залежать від групи організмів (рослини, мікроорганізми, тварини, людина). Хімічний склад живих організмів визначає характер обміну речовин між організмом і середовищем. Один і той же хімічний елемент різні рослини утилізують в різних кількостях (табл. 2.1).

Різні також і кількісні співвідношення між елементами.

Представники різних ботанічних сімейств істотно відрізняються за вмістом хімічних елементів. Загальновідома акумуляція: молібдену бобовими (до 10 мг / кг і більше); літію - пасльоновими (тютюн - 75 мг / кг); марганцю - рослинами, що містять таніди; селену - бобовими (астрагал) і т. д. А. П. Виноградов вважав елементарний склад організмів систематичною ознакою і відзначав, що з ускладненням організмів концентрування в них елементів зменшується. Однак серед вищих рослин є велика кількість видів, які вибірково акумулюють ті чи інші елементи.

Елементи, які входять до складу рослин у великих кількостях (від сотих часток до декількох відсотків маси сухої речовини), називають макроелементами. До них відносяться азот, фосфор, калій, кальцій, магній, сірка. Азот, фосфор і калій ще називають основними елементами живлення.

Поділ хімічних елементів на макро- і мікроелементи досить умовний, оскільки потреба вищих рослин в калії в 1000 разів вище, ніж в бору, а потреба в залозі і марганцю часто однакова. У зв'язку з цим багато вчених відносять залізо до мікроелементів, хоча за змістом в рослинах воно відноситься до макроелементів.

Капустяні, бобові, буряки цукрові, картопля, кукурудза, соняшник, льон, гречка, овочеві, плодові

Недолік одного з макро- або мікроелементів знижує врожай і унеможливлює ефективне засвоєння рослиною інших життєво важливих складових. Слід зауважити, що ефект "передозування" однією зі складових є точно таким, як і її "недолік" - настає пригнічення і блокування життєво важливих процесів в рослині, як результат - деформація плодів, зерна, зниження якісно-кількісних показників врожаю. Цю закономірність була виведена ще в середині XIX ст. Вона стала фундаментальною і увійшла в історію під назвою правило бочки Лібіха "різка нестача або надлишок елемента обмежує дію інших елементів (навіть якщо вони знаходяться в оптимальних кількостях)".

Після формулювання теорії мінерального живлення рослин Ю. Лібіх, вчені встановили ряд загальних закономірностей і правил.

Правило незамінності елементів мінерального живлення рослин стверджує, що роль кожного елемента живлення є унікальною і самостійної, тому для нормального росту і розвитку рослин його можна замінити на інший, наприклад фосфор - азотом або сірку - залізом.

Правило нормованої потреби - засвоєння кожного елемента живлення відбувається в тій кількості, в якій потребує рослина. Це правило має не абсолютний, а відносний характер: зміна в кількості засвоєння одного елемента призводить до зміни потреб в ряді інших елементів. Наприклад, високий рівень харчування азотом зазвичай підвищує потреба рослин в деяких мікроелементах. Надмірна кількість в грунті амонію прискорює поглинання фосфору, а надлишок фосфору затримує поглинання міді, марганцю і цинку.