Факультет

Студентам

Посетителям

Динамика потребления элементов питания растениями

Интенсивность протекающих в растениях биохимических и ростовых процессов, а, следовательно, и нуждаемость в элементах питания различны на отдельных этапах онтогенеза.

Определение потребности сельскохозяйственных культур в элементах питания в отдельные фазы их роста и развития имеет большое практическое значение при установлении оптимального срока и способа внесения удобрений.

Наряду с избирательностью, растениям характерна неравномерность потребления элементов питания в течение вегетации. Несмотря на существенные различия динамики потребления питательных веществ у разных видов растений, все они имеют общие закономерности питания: потребление питательных веществ тесно коррелирует с нарастанием сухой массы.

Наиболее высокие требования к обеспеченности элементами питания растения предъявляют на ранних этапах развития. В этот период даже небольшой дефицит элементов питания в почве может лимитировать процессы роста и развития растений из-за слабого потребления элементов питания неразвитой корневой системой. У всех сельскохозяйственных культур содержание элементов питания максимально на ранних стадиях развития и по мере созревания постепенно снижается в 2-4 раза.

Динамика потребления элементов питания в значительной мере обусловливается биологическими, сортовыми особенностями сельскохозяйственных культур, фазой их развития и погодными условиями. Так, например, ранние, средние и поздние сорта картофеля, капусты и ряда других культур значительно различаются по темпам потребления отдельных элементов питания.

У злаковых культур динамику потребления элементов питания можно условно разделить на пять периодов.

В первый период — от прорастания семян до начала кущения (1-й этап органогенеза), растения практически не нуждаются во внешнем источнике минерального питания. До появления третьего листа (начала кущения) они развиваются в основном за счет использования питательных веществ содержащихся в семени. Интенсивность их роста в этот период обусловливается экологическими условиями (температурой, влажностью почвы) и не зависит от содержания питательных веществ в почве. Лишь у мелкосемянных культур (морковь, томат, свекла и др.) после появления всходов может возникать потребность в дополнительном снабжении растений фосфором.

Второй период (2 и 3-й этапы органогенеза) — от начала до конца кущения, связан дифференциацией в конусе нарастания (верхушечной меристеме) зачаточного стебля, узлов и междоузлий, обусловливающих в дальнейшем габитус растений (высоту, число листьев) и урожай надземной массы.

Растения в это время усиленно кустятся и накапливают в листьях значительно больше элементов минерального питания, чем физиологическая потребность в них, создавая тем самым запасы питательных веществ для последующего использования. Например, содержание азота в листьях в конце фазы кущения может достигать 6% от сухой массы.

Недостаточная обеспеченность растений элементами питания в этот период, особенно фосфором приводит к уменьшению количества заложенных в верхушечной меристеме зачаточных вегетативных органов. Поэтому этот период в жизни растений является критическим по отношению к элементам питания. При остром дефиците фосфора или азота на этой стадии развития в конусе нарастания значительно лимитируется образование и дифференциация будущих листьев и междоузлий. Об отклонениях от нормального условия питания можно судить по количеству образовавшихся на растениях листьев.

По истечению третьего этапа органогенеза новые вегетативные органы в конусе нарастания не образуются. Если на этой стадии, например, у кукурузы было заложено, вместо генетически обусловленных 14 -16 междоузлий и листьев, лишь 6-8, то дальнейшие самые благоприятные условия питания растений не могут исправить положение.

Критический период — это такой период в жизни растений, когда недостаток или избыток элементов питания приводит к необратимым физиолого-биохимическим и морфологическим изменениям.

Для предотвращения фосфорного голодания на ранних стадиях развития растений следует вносить при посеве фосфорные удобрения из расчета 8-12 кг/га Р2О5.

Третий период в питании злаковых культур самый продолжительный — от выхода в трубку до начала колошения. Он характеризуется наиболее интенсивным потреблением элементов питания и суточным приростом наземной массы. Среднесуточное потребление элементов минерального питания в этот период составляет 4-10 кг/га, а суммарный вынос растениями N, P2O5 и К2О из почвы от кущения до цветения, в зависимости от урожайности культур, может составлять 100-250 кг/га.

На данной стадии развития растений (4-5 этап органогенеза) происходит заложение в конусе нарастания зачатков будущего колоса и колосков. Низкая обеспеченность растений элементами питания в предыдущем и в этом периодах значительно уменьшает количество колосков в колосе и ухудшает их дифференциацию. Дефицит элементов питания в это время приводит к значительному уменьшению числа колосков в колосе. Например, у пшеницы вместо 12-15 образуется 6-8 колосков в колосе, что сказывается на урожайности.

Четвертый период — от фазы цветения до фазы молочной спелости, характеризуется значительным снижением, а к концу периода полным прекращением потребления растениями питательных веществ из почвы.

По мере формирования зерна усиливается гидролиз питательных веществ, прежде всего, в нижних самых старых листьях и перераспределение их в более молодые верхние листья и колос. Затем гидролитические процессы постепенно усиливаются в верхних листьях и продукты гидролиза в виде органических и минеральных соединений оттекают в репродуктивные органы. Налив зерна происходит главным образом за счет фотосинтетической деятельности верхнего (флагового) листа и колоса, а также оттока значительной части минеральных веществ и аминокислот из вегетативных органов. Это характерно для азота, фосфора, серы и магния и в меньшей степени для калия и кальция. Значительная часть питательных веществ, находящихся в вегетативных органах, особенно азота и фосфора, энергично оттекает к семенам, поступление элементов минерального через корневую систему практически прекращается.

Утилизация репродуктивными органами азота, фосфора, серы и магния из стеблей, листьев и корней колеблется от 55 до 70% общего содержание в них элементов.

К фазе молочной спелости зерна биомасса растений содержит 97-100% потребляемого азота, фосфора, калия и других элементов питания. Поэтому этот период называется периодом максимального потребления растениями элементов питания. К концу периода часть калия оттекает через корни в почву, а также вымываться осадками из старых листьев.

В пятый период — от молочно-восковой спелости до полного созревания семян, заканчивается отток питательных веществ из верхней части вегетативных органов в репродуктивные, происходит быстрое старение и отмирание вегетативных органов. Наблюдаются значительные потери калия из растений. При пасмурной дождливой погоде, в результате вымывание калия из листьев и оттока его в почву, потери могут составлять 30-60% от его содержания в период цветения.

Приведенные выше закономерности потребления элементов питания для зерновых культур в целом характерны также и для зернобобовых и масличных. Однако многие овощные культуры: капуста, морковь, томаты, перцы, баклажаны, огурец, тыква, картофель, а также корнеплоды: столовая, кормовая и сахарная свекла, редька, репа, брюква и др. не имеют явно выраженного максимума потребления элементов питания. Интенсивность потребления ими питательных веществ обусловливается в основном динамикой нарастания биомассы. Пасленовые (томаты, перцы, баклажаны) и тыквенные (огурец, кабачки, патиссоны, тыква, арбуз, дыня и др.) культуры отличаются способностью к продолжительному новообразованию вегетативных и репродуктивных органов, а, следовательно, потреблению элементов питания. В течение всей жизни на разных этапах развития у этих растений происходит непрерывная дифференциация верхушечного конуса нарастания с образованием новых междоузлий, листьев, боковых побегов и цветков. Цветение и плодообразование у многих пасленовых и тыквенных культур продолжается почти в течение всего периода их вегетации, поэтому устранение дефицита элементов питания на любом этапе их роста и развития будет способствовать возобновлению роста и реализации их высокой потенциальной продуктивности. Эти растения не имеют характерного критического периода питания. При благоприятных условиях у капусты постоянно происходит образование листьев и рост кочана, у картофеля клубней, у свеклы кольцевой меристемы роста корня. Дефицит элементов питания в молодом возрасте или в какой-либо период вегетации, в отличие от зерновых и зернобобовых культур, вызывает у них лишь задержку роста и при дальнейшем улучшении условий питания в результате усиленного роста можно достичь высоких урожаев.

При разработке системы удобрения с целью получения продукции заданного химического (качественного) состава важно учитывать, что содержание органических веществ (белка, углеводов, жира и др.), а, следовательно, и содержание макроэлементов в репродуктивных органах зерновых, зернобобовых и масличных культур генетически более обусловлено, чем в вегетативных органах растений, поэтому изменить их химический состав агротехническими приемами в т. ч. применением удобрений возможно лишь в ограниченном диапазоне. Это касается, прежде всего, содержания фосфора и калия. Их содержание в зерне (семенах) довольно стабильно. Увеличение содержание азота в зерне при улучшении азотного питания растений обусловлено не только количеством белка, но и повышенным содержанием в нем амидов — аспарагина и глутамина, инактивирующих избыточный азот.

Рост и развитие растений неразрывно связаны с постоянным потреблением (затратами) элементов питания. В зависимости от биологических особенностей сельскохозяйственных культур и их продуктивности, почвенного плодородия, уровня применения удобрений и погодных условий потребление питательных веществ растениями на формирование урожая может варьировать в довольно широком диапазоне. Значительно меньше изменяются подвержены затраты элементов питания на создание единицы урожая (1 т, 1 ц кормовых или зерновых единиц), поскольку химический состав растений и вынос питательных веществ на единицу урожая по годам более стабильны, нежели урожайность.

На основании полевых опытов, проведенных в различных регионах страны научными учреждениями установлены нормативы затрат элементов питания на создания урожая отдельных сельскохозяйственных культур, определены оптимальные дозы удобрений и доступность растениям питательных веществ из почвы и удобрений.

В то же время значительное снижение в новых условиях хозяйствования количества применяемых удобрений и мелиорантов во всех зонах РФ вызывает необходимость корректировки разработанных ранее рекомендаций по оптимизации минерального питания растений, нормативов окупаемости удобрений прибавкой урожая, а также многих поправочных коэффициентов к нормативам затрат для различных агроэкологических типов земель.

Существенно возросла в последние годы значимость агрохимических исследований, касающихся изучения длительности последействия удобрений в различных климатических условиях, буферности почв в отношении содержания в них доступных растениям элементов питания при ограниченном применении удобрений, а также роли биологических факторов в воспроизводстве плодородия почв.

В связи с большими затратами на проведение полевых опытов важное значение имеет также моделирование продукционного процесса, трансформации элементов питания и гумуса в почвах, позволяющее прогнозировать динамику изменение их плодородия в зависимости от агротехнических условий.

Следует отметить, что все мероприятия по повышению урожайности сельскохозяйственных культур и воспроизводству плодородия почв, прежде всего, система удобрения, являющиеся составной частью системы земледелия хозяйства, поэтому должна быть обоснована экологически и соответствовать почвенно-климатическим условиям хозяйства.

При разработке системы удобрения в хозяйстве или севообороте ключевое значение имеет вынос элементов питания урожаем сельскохозяйственных культур. Содержание основных элементов питания в растениях, определяющих урожайность и качество продукции, зависит от их биологических особенностей, агротехники, климатических условий и других экологических факторов. В зерне злаковых культур содержание азота и фосфора, как правило, в 4-5 раза выше, а калия в 2 раз ниже, чем в побочной продукции (соломе). Наиболее высоким потреблением и содержанием азота, фосфора и кальция и магния отличаются бобовые культуры.

Потребность сельскохозяйственных культур в элементах питания за вегетацию на создание урожая определяют на основании суммарного их содержания в отдельных органах растений в период уборки. Количественно вынос элементов питания растениями рассчитывают на единицу основной продукции (например, 1 т зерна) и соответствующее ей количество побочной продукции (соломы), на 1 м для защищенного грунта или на урожай с 1 га.

Важно отметить, что у большинства однолетних зерновых, зернобобовых и масличных и др. растений максимум содержания элементов питания приходится не на период уборки, а на начало и средину формирования репродуктивных органов (у зерновых в фазу цветения и молочной спелости зерна). В дальнейшем, по мере созревания зерна (семян) содержание элементов питания снижается, особенно калия, вследствие вымывания из надземных органов осадками, оттока через корни и опадания листьев.

При разработке системы удобрения в севообороте или хозяйстве ключевое значение имеет реальный вынос элементов питания урожаем сельскохозяйственных культур с поля. Различают вынос биологический, хозяйственный и остаточный.

Биологический вынос определяется суммарным содержанием элементов питания во всех (надземных и подземных) органах растений. Он включает содержание питательных веществ в основной и побочной продукции, послеуборочных остатках и корнях. Максимальный вынос элементов питания у многих однолетних зерновых, зернобобовых и масличных культур наблюдается, как правило, в начале формирования репродуктивных органов. У капусты, свеклы, моркови и других двулетних культур вынос питательных веществ прерывается уборкой урожая. Данные биологического и хозяйственного выноса используют для характеристики потребности различных сельскохозяйственных культур в элементах питания.

Хозяйственный вынос определяется содержанием элементов питания в урожае, отчуждаемом с поля. Он включает вынос питательных веществ основной (товарной) и побочной продукцией. Поскольку вынос элементов питания основной продукцией полностью отчуждается, а определенная часть побочной может оставляться в поле, то в зависимости от принятой технологии уборки, хозяйственный вынос элементов для одних и тех же сельскохозяйственных культур может значительно варьировать. В агрохимической практике для расчета выноса питательных веществ урожаем пользуются обычно затратами элементов питания на создание 1 т основной и соответствующего количества побочной продукции. Вынос элементов питания растениями в значительной мере зависит от видовых и сортовых особенностей, уровня минерального питания, климатических и погодных условий. Поскольку хозяйственный вынос используют для расчета доз удобрений и баланса элементов питания в почве, то важно учитывать какая часть побочной продукции и элементов питания отчуждается с поля. Так, например, если после уборки пшеницы солома полностью остается в поле, то хозяйственный вынос калия будет в 3 раза ниже по сравнению с тем, если она отчуждается с поля.

К остаточному выносу относят элементы питания, содержащиеся в различных послеуборочных (пожнивно-корневых) остатках растений: ботве, срезанных стеблях (стерне), опавших листьях, мякине и других частях растений.

Если побочная продукция (солома или ботва) не отчуждаются с поля, то, содержащиеся в них элементы питания учитываются в остаточном выносе, а не хозяйственном. На остаточный вынос может приходится довольно значительная часть биологического выноса элементов питание, используемых растениями для создания урожая.

Несмотря на то, что хозяйственный вынос элементов питания составляет часть биологического выноса и не полностью отражает потребность в них сельскохозяйственных культур, тем не менее, для характеристики нуждаемости растений в питательных элементах используют в основном показатели хозяйственного выноса в расчете на единицу основной продукции (1 т или 1 ц) и соответствующего ей количества побочной. Это обусловлено тем, что элементы питания, содержащиеся в растительных остатках (остаточном выносе), не отчуждается с поля и после их минерализации используются следующими культурами севооборота. Хозяйственный вынос элементов питания на единицу урожая принято называть удельными затратами или просто затратами элементов на единицу (1 т) урожая.

По величине хозяйственного выноса элементов питания определяют дозы удобрений на планируемый урожай или прибавку урожая и баланс питательных веществ. Важно отметить, что колебания по годам затрат элементов питания на единицу урожая основной продукции и соответствующее количество побочной значительно меньше, нежели ежегодные колебания общего хозяйственного выноса элементов урожаем. В зависимости от погодных условий и уровня минерального питания хозяйственных вынос питательных веществ урожаем одних и тех же культур может различаться по годам в 1,5-3 раза и более, соответственно колебаниям продуктивности посевов, в то время как изменение по годам затрат элементов питания на 1 т (удельные затраты), как правило, редко превышают 20-40%. Более существенные различия затрат элементов питания на 1 т урожая могут наблюдаться при возделывании сельскохозяйственных культур в других климатических и агротехнических условиях.

Хозяйственный вынос элементов питания растениями в расчете на 1 т основной продукции на песчаных ниже, а на торфяных почвах выше, чем на среднесуглинистых почвах. Вынос элементов питания единицей продукции, как правило, заметно возрастает при повышении доз удобрений, при этом наиболее динамично возрастает содержание, а, следовательно, и вынос (отчуждение с поля) калия и азота и в меньшей степени фосфора.

При неблагоприятных внешних условиях в течение вегетации растений, особенно в период формирования хозяйственно ценной части продукции, например, репродуктивных органов у зерновых, зернобобовых, масличных и других культур затраты элементов питания на 1 т (ц) продукции значительно увеличивается, поскольку значительная часть питательных веществ использованных на формирование вегетативных органов не реутилизируется на образование товарной части продукции, а остается в побочной продукции. У многих видов растений поступление большей части элементов питания в репродуктивные органы в период их формирования происходит за счет перераспределения (реутилизации) элементов питания из вегетативных в репродуктивные органы. Например, зерновые культуры 95-98% азота, фосфора и калия потребляют до начала образования зерна, поэтому если в период цветения или формирования зерна создадутся неблагоприятные условия (полегание, засуха, повреждение градом и др.) и вместо, например, ожидаемых 4 т/га зерна получено 2 т/га, то затраты на единицу урожая (1 т зерна) будет примерно в 2 раза выше, чем при нормальных погодных условиях. При оптимальных экологических и агротехнических условиях возделывания растения более экономно расходуют элементы питания.

После цветения, в начале формирования репродуктивных органов поступление в корни сахаров и других органических веществ значительно сокращается. У всех растений в этот период активизируются процессы перераспределения пластических веществ из вегетативных в репродуктивные органы. Поэтому поглотительная деятельность корней, лишенных энергетического материала, в значительной степени теряют способность усваивать элементы питания из почвенного раствора.

Различные сельскохозяйственные культуры потребляют элементы питания в определенном, характерном для данного вида растений соотношении. Большинство зерновых культур выносит больше азота, чем калия и фосфора. Картофель, овощные (капуста, томаты, морковь, огурцы), технические (подсолнечник, сахарная свекла, рапс), кормовые (кукуруза, кормовые корнеплоды) культуры и гречиха, напротив, выносят калия значительно больше, нежели азота и фосфора. Например, соотношение N, Р2О5 и К2О в урожае овощных культур составляет в среднем 1 : 0,35 : 1,2-1,4, многолетних злаковых трав, соответственно -1: 0,3:1,6, картофеля — 1: 0,4 : 1,5, многолетних бобово-злаковых трав — 1: 0,3:1,25, корнеплодов как 1: 0,35 : 1,6, в урожае зерновых — 1: 0,4: 0,9, зернобобовых — 1: 0,2 : 0,5, льна — 1 : 0,4 : 1,1.

Неодинаковое содержание элементов питания в урожае, обусловленное биологическими особенностями растений, требует внесения разных доз удобрений. В целом комбинация элементов питания в удобрениях должна быть такова, чтобы их соотношение было оптимальным, а дозы соответствовали планируемой урожайности. Исключение составляют азот бобовых культур, значительное количество которого фиксировано из атмосферы.

Содержание элементов питания в органах растений и их соотношение в отдельные периоды роста и развития является важными диагностическими показателями уровня обеспеченности сельскохозяйственных культур элементами питания и довольно широко используется в практике при возделывании овощных, плодовых и ягодных культур. Определение потребности растений в тех или иных удобрениях необходимо увязывать с фазами их развития (Ю. И. Ермохин, 1999; В. В. Церлинг, 1985).

Вынос элементов питания зависит от урожайности растений. С повышением продуктивности посевов, а, следовательно, и отчуждения элементов питания урожаем, пропорционально возрастает необходимость применения удобрений с целью компенсации их дефицита в почве.

Под культуры, отличающиеся низкой усвояющей способностью корневой системы (лук, лён), необходимо применять повышенные дозы удобрений, несмотря на небольшой вынос питательных веществ из почвы.

Система удобрения базируется на соблюдении требований одного из основных законов земледелия — закона возврата элементов питания в почву, что предполагает их компенсацию за счет применения минеральных и органических удобрений.

Несмотря на то, что химический состав растений контролируется генетически, уровень минерального питания оказывает существенное влияние на содержание в них элементов питания. При этом, более значительные изменение химического состава от условий питания характерны для вегетативных органов, нежели для репродуктивных. Так, по данным 25-летних исследований ВИУА содержание элементов питания в зерне озимой пшеницы колебалось в пределах: N — 2,1-2,5, Р2О5 — 0,80-0,92, К2О — 0,45-0,53%, а в клубнях картофеля — N — 0,19-0,34, Р2О5 — 0,06-0,11, К2О — 0,45-0,82%.

Столь широкие колебания химического состава растений от условий выращивания значительно снижает точность прогнозирования выноса питательных веществ урожаями сельскохозяйственных культур, расчёт доз удобрений и эффективность применения удобрений.

Коэффициенты использования и эффективность удобрений существенно зависят от продолжительности периода вегетации и потребления элементов питания растениями. Несмотря на то, что раннеспелые сорта отличаются более высокой интенсивностью потребления элементов питания, чем позднеспелые, тем не менее, за продолжительное время поздние сорта успевают усваивать гораздо больше питательных веществ из почвы. Это важно учитывать при внесении органических удобрений, из которых большинство элементов питания минерализуется постепенно.

Качество — это совокупность свойств продукции, обусловливающих пригодность удовлетворять определенные потребности в соответствии с назначением. Качество продукции растениеводства обусловливается содержанием в ней необходимых человеку или животным органических и минеральных веществ. Среди многочисленных факторов, определяющих качество продукции растениеводства, наиболее существенное влияние оказывают климатические условия и обеспеченность растений элементами питания

В то же время в зависимости от целевого назначения продукции растениеводства требования к отдельным показателям качества могут быть различны. Так, для пищевых и фуражных целей зерно ячменя высокого качества должно содержать не менее 14%, а для пивоваренной промышленности содержания белка в зерне не должно превышать 11%. Для зерна пшеницы и ржи наиболее важным показателем качества является содержание белка. Хлебобулочные и макаронные изделия высокого качества можно приготовить только из муки, содержащей более 13% белка.

Применение азотных удобрений существенно увеличивает белковость зерновых и кормовых культур.

Повышение содержания азотсодержащих соединений в растительной продукции желательно не для всех культур, поскольку сопровождается снижением содержания сахара, крахмала и жира, а также ухудшением лежкости и вкусовых показателей.

Усиление фосфатного питания растений ускоряет созревание растений, повышает содержание сахаров, крахмала, выход и качество качества льноволокна. Избыточное содержание фосфора в почве и растениях не оказывает существенного отрицательного влияния на растения, однако, часто приводит к недобору урожая из-за быстрого созревания.

Калий играет важную роль в метаболизме растений. В растениях находится в ионной форме, нерастворимых соединений в растительных клетках и тканях не образует. Оптимизация калийного питания растений является важнейшим условием получения стабильных урожаев хорошего качества. Обеспеченность растений калием повышает содержание крахмала и сахара в продукции, лежкость, устойчивость к болезням и полеганию.

Применение высоких доз калийных удобрений, что часто наблюдается при запасном их внесении приводит к повышенному содержании калия в кормах и негативно сказывается на здоровье животных. Установлено, что при содержании К2О в сухих кормах выше 3% их кормовые достоинства значительно снижаются вследствие нарушения соотношения между К, Са, Mg и другими элементами питания.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.



Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: