Фізіологія рослин - Мусієнко М.М. 2001

Кореневе живлення рослин
Мінеральне живлення. Класифікація мінеральних елементів

Мінеральне живлення — це процес поглинання та засвоєння з навколишнього середовища хімічних елементів, потрібних для життєдіяльності рослинного організму

Сучасні уявлення про мінеральне живлення рослин виходять своїми коренями з арісто- телівського вчення про живлення рослин соками землі (Арістотель, 384 р до н. е.), водної теорії живлення Я.Б. Ван Гельмонта (1629) та гумусної теорії живлення рослин, яку запропонував А. Теер в кінці XVIII — на початку XIX ст. Незважаючи на те, що точними експериментами швейцарця Н.Т. Соссюр (1804) доведено, що грунт є джерелом мінерального живлення рослин, гумусна теорія панувала до 40-х років минулого століття.

На зміну гумусній теорії прийшло прямо протилежне вчення Ю. Лібіха (1840). Він вважав, що лише неорганічні речовини грунту мають поживну цінність для рослини, і повністю відкидав цінність гумусу, вважаючи, що мінеральні речовини, в тому числі оксид азоту, рослина одержує з грунту. На його думку, всі мінеральні речовини, поглинуті рослиною, повинні обов’язково повернутися в грунт. Ю. Лібіх сформулював це положення як закон повернення, підкреслюючи, що всі винесені речовини повинні бути повернені в грунт з добривами.

Застосування добрив Ю. Лібіх обгрунтував також у встановленому ним законі мінімуму, згідно з яким урожайність підвищується від внесення в грунт з добривами того елемента, який знаходиться в ньому у відносно мінімальній кількості.

Гумусна теорія була спростована дослідами І. Кнопа та Ю. Сакса (1859), експериментальні докази яких підтвердили теорію мінерального живлення. Вони створили основу для використання вегетаційного методу, в тому числі водних і піщаних культур.

Поживними елементами називають ті хімічні елементи, які потрібні рослині та не можуть бути замінені ніякими іншими Будь-який хімічний елемент, який знаходиться в даній зоні в грунті, може бути знайдений і в рослині. Мінеральна частина рослин (зола) становить від 0,2 до 20% сухої речовини (табл. 15). Однак хімічний склад золи не відбиває потребу рослини в поживних речовинах. Потребу рослин в мінеральних речовинах встановлюють вирощуванням рослин на поживних розчинах певного складу.

Таблиця 15. Склад золи різних сільськогосподарських рослин (у % від загальної кількості золи)

Методику вирощування рослин у водних культурах розробив І.Кноп. Складений ним поживний розчин для водних культур відомий під назвою кнопівського розчину поживних солей і має такий склад у розрахунку на 1 л води:

Поряд з водними культурами для вивчення потреби рослин в зольних елементах широко застосовують піщані культури. їх перевага, порівняно з водними, в тому, що в даному випадку корені розвиваються в середовищі, близькому до природних умов. Поживний розчин для піщаних культур створив Д.М. Прянишников:

Суміш Д.М. Прянишникова використовують і для водних культур. Він обгрунтував комбіноване використання органічних і мінеральних добрив, встановив риси азотного обміну, розробив різні методи підживлення, вивчення живлення рослин (метод стерильних культур, проточних розчинів, фізико-хімічні методи аналізу грунту і рослин).

Виходячи з кількісного складу мінеральних елементів в тканинах рослин, їх поділяють на такі групи:

Макроелементи — кількісний вміст від десятих до сотих часток відсотка. Крім органогенів (С, О, Н, N) в цю групу входять кремній, калій, магній, натрій, фосфор, сірка, алюміній. Залізо знаходиться на межі між макро- та мікроелементами.

Мікроелементи — вміст виражається від тисячних до стотисячних часток відсотка: марганець, бор, мідь, цинк, барій, нікель, молібден, кобальт та ін. (табл. 16).

Таблиця 16. Вміст мікроелементів в рослинах (на 100 г абсолютно сухої речовини, мг)

Ультрамікроелементи — за вмістом від мільйонних часток відсотка: цезій, кадмій, срібло, радій та ін.

В значній кількості іони елементів мінерального живлення входять як структурні компоненти рослинних органічних речовин: С, Н, О — універсальні компоненти органічних сполук, азот та сірка — компоненти білків, нуклеїнових кислот, порфіринів.

Залізо, марганець, цинк, молібден та кобальт входять до складу ферментів або їх кофакторів. Молібден та кобальт беруть участь в азотфіксації, Мо — у відновленні нітратів, Мn — в фотолізі води. Залізо необхідне для синтезу хлорофілу, іони хлору беруть участь в процесах фотосинтетичного виділення кисню. Такі елементи, як Fe, Мп, Cu, Mo, Со, входять до складу активних груп або компонентів простетичних груп ферментів, особливо оксидоредуктаз, які забезпечують процеси фотосинтезу, дихання (флавопротеїни, фередоксини, цитохроми, пластоціанін, фенолоксидази та ін.). Як кофактори виступають допоміжними елементами при утворенні хелатів, забезпечують поєднання ферментів або коферментів з субстратами (марганець, магній, цинк) (табл. 17).

Таблиця 17. Вміст основних неорганічних поживних речовин в рослинах

Фосфор та бор зустрічаються в формі фосфорної та борної кислот (АТФ, фосфати цукрів, нуклеїнові кислоти).

Калій, магній та кальцій впливають насамперед на гідратацію колоїдів протоплазми. Калій впливає на активність майже 60 ферментів. Солі Са²⁺ та Мд²⁺ входять до складу серединних пластинок (пектати, фітин). Магній часто виступає як стабілізатор структури в рибосомах, кальцій виконує цю саму роль в хромосомах та мембранах.

Отже, основна функція іонів в метаболізмі — структурна та каталітична. В цілому мінеральні елементи в рослині можуть відігравати як специфічні, так і неспецифічні функції. Так, усі іони, які регулюють водний баланс, є взаємозаміщуваними, і тому в процесах регуляції осмотичного тиску виконують неспецифічну функцію.

Багато з мінеральних елементів є незамінною частиною біологічних молекул або компонентами ферментних систем — і це високоспецифічна функція.

Форма, в якій головні елементи живлення використовуються рослиною:

·вуглець,водень та кисень — у вигляді СО₂, Н₂О, О₂.

·неметали — у вигляді аніонів: нітрати, сульфати, фосфати (NO₃^-, SO₄^2-, Н₂РО₄, РО₄^3-); азот також у вигляді катіона амонію NH₄⁺.

·метали — у вигляді катіонів; крім того, молібден — у вигляді МоО₄^2-, бор — у вигляді ВО₃^2-, хлор — СГ.