1. ОСНОВНІ КРИТЕРІЇ

Ці основні критерії були встановлені Арноном і Стаутом в 1939 році і перелічені нижче:

1. Елемент не можна вважати важливим, якщо його відсутність не робить можливим завершення вегетативного або репродуктивного етапів його життєвого циклу.
2. Дефіцит повинен бути характерним для даного елемента, і його можна уникнути або виправити, лише поставивши його.
3. Елемент повинен брати безпосередню участь у живленні рослини, незалежно від його можливого впливу на корекцію несприятливих хімічних або мікробіологічних умов зовнішнього середовища.

Незважаючи на те, що ці критерії були прийняті як дійсні та повністю застосовуються до всього живого, деякі дослідники вважають, що другий критерій не є абсолютно правильним. Наприклад, молібден необхідний для фіксації N бактеріями роду Azotobacter sp. Однак у деяких видів цього роду молібден може замінити ванадій. Інший приклад - натрій, який не вважається необхідним для всіх рослин, але на практиці показано, що його присутність збільшує врожайність у багатьох сільськогосподарських культурах. Тому з економічної точки зору натрій слід вважати важливим елементом.

2. ПОГЛАННЯ РОСЛИНАМИ ПОЖИВНИХ ЕЛЕМЕНТІВ

Лише невелика частина кожного поживного речовини, що присутній у ґрунті, доступна рослинам (2%). Решта (98%) виступає у формах, не засвоюваних рослинами, тобто вона міцно пов’язана з мінеральною фракцією та органічними речовинами, в результаті чого стає недоступною, поки на неї не впливають процеси розкладання. Вони відбуваються повільно, протягом тривалих періодів, а поживні речовини виділяються поступово.

грунту

Фото 1. Рослини поглинають поживні речовини, що містяться в повітрі та ґрунті, через листя та коріння. СО2, джерело вуглецю та кисню, поглинається через продихи листя, тоді як інші поживні речовини, як правило, поглинаються при розчиненні ґрунту через коріння .

Рослини поглинають поживні речовини через численні кореневі волоски молодих коренів, які постійно оновлюються, оскільки життя у них триває кілька днів. Ці кореневі волоски виділяють кислі речовини, які сприяють солюбілізації важкорозчинних сполук, таких як фосфати та карбонати. У цій солюбілізаційній дії втручається і СО2, що утворюється при диханні коренів.

Поживні елементи, які рослини поглинають із ґрунту, походять із гірських порід (за винятком азоту, який надходить із повітря), який повільно розкладається до розчинних сполук. Ці сполуки дисоціюють у грунтовій воді на позитивні іони (катіони) та негативні (аніони), і за цих форм засвоюються рослинами (фото 1). Іони можуть бути вільними в ґрунтовому розчині або адсорбуватися колоїдними частинками ґрунту. Аніони і незначна частина катіонів містяться в ґрунтовому розчині, тоді як більшість катіонів адсорбуються на колоїдному комплексі. Іони, адсорбовані колоїдними частинками, можуть поглинатися безпосередньо корінням або, частіше, спочатку проникати в ґрунтовий розчин, звідки вони поглинаються корінням. Коли іон переходить від розчину до рослини, інший іон переходить від комплексу до розчину, щоб підтримувати адекватну концентрацію іонів.

Загалом, кількість макроелементів, які рослини повинні засвоїти для розвитку свого життєвого циклу, значно більша, ніж у мікроелементів. Таким чином, пояснюється той факт, що поглинання макроелементів посівами може становити значну кількість порівняно із запасами зазначених елементів, що містяться в ґрунті. Це демонструє необхідність додавання добрив та добрив у більшість сільськогосподарських ґрунтів (фото 2).

Фото 2. Системи, що використовуються для нанесення суспензії на фермах: (а) дощування та (б) впорскування.

Частка макроелементів, видобутих врожаєм, може представляти практично всі запаси в ґрунті, тоді як при вилученні мікроелементів з ґрунту ці кількості ніколи не представляють такої високої частки щодо загальної кількості, але, загалом, представляють лише незначну кількість відсоток від загальної кількості, що існує в грунті. Це означає, що, за невеликими винятками, недоліки не повинні з'являтися з точки зору харчування сільськогосподарських культур, і все ж це не так. Слід враховувати, що завдяки своїм характеристикам мікроелементи, як правило, мають низьку рухливість, зумовлену кондиційними факторами, саме тому вони не легко засвоюються рослинами. Це, разом із впливом техніки вирощування та характеристиками культивованих видів, пояснює появу дефіциту в посівах на ґрунтах із нормальним вмістом мікроелементів.

Існує безліч факторів, властивих навколишньому середовищу (ґрунт і клімат), які впливають на більший чи менший ступінь засвоєння поживних речовин. Ці фактори включають наступне:

1. Текстура грунту.

Грунти з дрібною текстурою мають більшу зовнішню поверхню, тому агенти, що змінюють їх структуру, мають більшу можливість дії: 1 г колоїдної глини має зовнішню поверхню в 1000 разів більшу, ніж у тієї ж кількості крупного піску.

2. рН ґрунту.

Для певних значень рН деякі засвоювані елементи перетворюються у свої не засвоювані форми через те, що вони стають частиною нерозчинних сполук. Наприклад, залізо в основному середовищі призводить до утворення нерозчинного гідроксиду. В інших випадках виробляються леткі сполуки, які втрачаються при виході в атмосферу; такий випадок має амонійні добрива, які в основних грунтах виробляють аміак, частина якого втрачається в атмосферу при додаванні добрив на поверхню грунту.

3. Взаємодія між іонами.

Іноді виникають взаємодії між двома іонами, що ускладнює або полегшує поглинання одного з них. Антагонізм виникає, коли один з іонів має тенденцію пригнічувати поглинання іншого, особливо коли концентрація одного з них збільшується. Це стосується, наприклад, калієво-магнієвого антагонізму, коли більша концентрація калію спричинює недостатнє засвоєння магнію. Синергізм виникає, коли один з іонів сприяє поглинанню іншого, як це відбувається, наприклад, з азотом і калієм.

4. Клімат.

Факторами, які найбільше впливають на поглинання, є температура та вологість. Зі збільшенням температури поглинання збільшується внаслідок більшої біохімічної активності, поки не досягне оптимального рівня, вище якого поступово зменшується, доки не припиниться. При низьких температурах відбувається зворотне, оскільки біохімічна активність утруднена, і розчинність у ґрунті зменшується. Так само буває, що зі збільшенням вологості відбувається збільшення поглинання поживних речовин.

3. КЛАСИФІКАЦІЯ ПОЖИВНИХ ЕЛЕМЕНТІВ

В даний час визнано, що вищі рослини можуть містити до 60 елементів, з них 16 (C, H, O, N, P, K, Ca, Mg, S, Fe, Mn, B, Mo, Cu, Zn та Cl) вважаються необхідними для їх нормального розвитку, тоді як інші 4 (Na, Si, Co і V) вважаються лише важливими для деяких з них (малюнок 1). Всі ці елементи виконують дуже важливі функції в рослинах, і коли вони присутні в недостатній кількості, можуть відбутися серйозні зміни і їх ріст може бути значно зменшений.

З 16 важливих елементів перші 3 забезпечуються переважно повітрям та водою, а решта 13 - грунтом. Ці поживні елементи, що надходять із ґрунту, можна класифікувати на макро- та мікроелементи залежно від того, чи потрібно рослинам засвоювати їх відносно велику чи малу кількість. Як макроелементи варто виділити N, P, K, Ca, Mg і S, а мікроелементами, мікроелементами або мікроелементами, необхідними для рослин, є Fe, Mn, B, Mo, Cu, Zn та Cl.

Фігура 1. Класифікація хімічних елементів на основі їх повної або часткової важливості для рослин (Navarro García та Navarro Blaya, 2000).

МАКРУТРІЄНТИ: Первинні елементи (N, P і K) і вторинні (Ca, Mg і S).

Макроелементи - це елементи, необхідні у відносно великих кількостях для забезпечення росту та виживання рослин. Наявність достатньої кількості поживних елементів у ґрунті само по собі не гарантує правильного живлення рослин, оскільки ці елементи повинні знаходитись у молекулярних формах, що дозволяють засвоювати їх рослинністю. Коротше кажучи, можна сказати, що достатня кількість та достатня доступність необхідні для правильного розвитку рослинності.

У межах них можна розрізнити первинні елементи (N, P і K) та вторинні елементи (Ca, Mg та S).

1. Первинні елементи.

У більшості сільськогосподарських культур потреби рослин перевищують існуючі запаси в засвоюваній формі елементів у ґрунті, тому необхідно робити їх внески за допомогою компосту та добрив. Первинними елементами вважаються N, P і K.

- Азот (N).

Процеси сполучення N з іншим елементом називаються азотофіксацією і здійснюються в природі завдяки дії певних мікроорганізмів та електричним розрядам, що відбуваються в атмосфері. Однак кількість фіксованого N зазвичай невелика порівняно з тим, що рослини можуть використовувати. Близько 99% об’єднаного N у ґрунті міститься в органічних речовинах. Органічний N, що входить до складу великих і складних молекул, був би недоступний вищим рослинам, якби раніше його не виділяли мікроорганізми. Діяльність мікробів поступово розщеплює складні органічні матеріали до простих неорганічних іонів, які можуть використовуватися рослинами. Швидкість, з якою потенційно врожаї могли б використовувати N, часто перевищує швидкість, з якою її випускають. Отже, кількість азоту, що є в ґрунті, зазвичай порівняно дуже мала.

- Фосфор (P).

На відміну від N, який може вбудовуватися в ґрунти за допомогою біохімічної фіксації мікроорганізмами, P не має такої мікробної підтримки, оскільки він походить лише від розкладання основи, що відбувається в процесі вивітрювання. Кількість загальної кількості P у ґрунті, виражена як P2O5, рідко перевищує 0,50% і може бути класифікована як неорганічна та органічна. Неорганічний Р забезпечується вивітрюванням таких мінералів, як апатит Ca5 (PO4) 3F, і в меншій мірі він може бути частиною силікатного ланцюга, де він замінює кремній, або його можна знайти в новоутворених мінералах. Органічний Р має велике значення для родючості ґрунтів, оскільки певні органічні сполуки є непрямим джерелом розчинних форм. Гумус та інші типи невологих органічних речовин є основним джерелом органічного Р у ґрунті.

- Калій (K).

K, мабуть, мінеральний елемент, що міститься у найбільшій кількості рослин, і порівняно часто зустрічається в гірських породах. Незалежно від K, який додається як компонент різних добрив, K, присутній у ґрунтах, відбувається внаслідок розпаду та розкладання гірських порід, що містять калійні мінерали. Поряд з цим мінералом слід включити і той, який від розкладання рослинних і тваринних решток. На відміну від Р, К міститься у відносно великих кількостях у більшості ґрунтів. Загалом його вміст як K2O коливається в межах 0,20-3,30% і залежить від текстури. У ґрунтах натрію вона коливається в межах 2,50-6,70%. Глиняна фракція має найвищий вміст K, тому глинисті та мулисто-глинисті ґрунти багатші за мулисто-піщані та піщані ґрунти, також беручи до уваги, що на зміну вмісту K впливає інтенсивність втрат від видобутку врожаю, вимивання та ерозія.

2. Вторинні елементи.

Кількість цих елементів, присутніх у ґрунті, зазвичай покриває потреби врожаю, тому, загалом, не потрібно робити будь-який внесок у ґрунт. До цієї групи елементів належать Ca, Mg і S.

- Кальцій (Ca).

Са, присутній у ґрунті, крім того, що додається як добриво або доповнення, походить від гірських порід та мінералів у ґрунті, і загальний вміст його може коливатися в широких межах. У ґрунтах, що вважаються не вапняковими, вона коливається від 0,10 до 0,20%, тоді як у вапнякових може досягати до 25%. Загалом можна сказати, що Са походить від вивітрювання мінералів. Ці матеріали настільки поширені, що більшість ґрунтів містять достатньо Са, щоб покрити більшу частину потреб рослини.

- Магній (Mg).

Mg є хімічно дуже активним елементом, але сам по собі він не є вільним елементом у природі, а розподіляється у мінеральній формі. За різними оцінками, його середній вміст у земній корі може становити близько 2,30%, тоді як у землі він становить близько 0,50%.

Їх називають мікроелементами, цими важливими елементами для завершення життєвого циклу рослин, навіть якщо їх необхідна кількість дуже мала. Загальний вміст мікроелементів у ґрунті є функцією вихідної речовини та едафологічних процесів. Ті елементи, загальна концентрація яких у грунті менше 1000 мг/кг, називаються мікроелементами. До цієї групи ми можемо віднести мікроелементи (Cu, Mn і Zn), необхідні рослинам і тваринам у низькій концентрації, але які можуть стати токсичними при досягненні певного рівня. Виняток серед них становить Fe, який є мікроелементом, але не є суто мікроелементом.

- Залізо (Fe).

Незважаючи на велику кількість у ґрунтах і гірських породах, це один з найбільш дефіцитних мікроелементів. Fe - четвертий за кількістю елементів у континентальній корі після O, Si та Al, складаючи близько 15% від маси земної кори. На сьогоднішній день це найпоширеніший мікроелемент у ґрунтах або як мінеральна складова, або у формі оксидів та гідроксидів. Однак у ґрунтах з горизонтами, збагаченими органічними речовинами, Fe з’являється переважно у формі хелатів. Вміст його в помірних ґрунтах зазвичай коливається від 1 до 5%. У поодиноких випадках можна знайти значення, близькі до 10%. У ґрунті вміст Fe коливається в діапазоні від 0,20 до 5%, на порядок подібний до рівня підстилаючої породи.

- Мідь (у.е.).

Cu є одним з найважливіших важливих елементів як для рослин, так і для тварин; однак надмірна його кількість може спричинити токсичні ефекти. Серед різних типів магматичних порід в базальтах переважає Cu. В осадових породах його більше в сланцях. Взагалі його чисельність у базальтових породах вища, ніж у гранітних, і дуже низька в карбонатних породах.

-Марганець (Mn).

Mn, присутній у ґрунтах, в основному спричинений розкладанням феромагнезисних порід. Це мікроелемент, подібний до Fe, як за своєю хімією, так і за своєю геологією і дуже поширений в літосфері. У гірських породах вміст Mn коливається від 350 до 2000 мг/кг. Вміст у ґрунті демонструє значні коливання, але, як правило, коливається між 20 і 800 мг/кг. Однак, як і у випадку з Fe, цей загальний вміст не може розглядатися як ознака його доступності для рослин, оскільки існує багато факторів, що впливають на його засвоєння.

- Цинк (Zn).

Zn - широко розподілений елемент, який міститься в невеликих, але достатніх кількостях у більшості ґрунтів і рослин. Кількість Zn, яку можна знайти в грунті, безпосередньо залежить від природи основи. Однак є важливий аспект, який потрібно виділити стосовно корисного Zn у ґрунтах, і це те, що поверхнева частина багатьох з них, що відповідає верхнім горизонтам, завжди містить більше Zn, ніж нижчі горизонти. Вважається, що цей факт пов’язаний, з одного боку, з тим, що рослинні залишки, осідаючи на поверхні грунту, забезпечують після розкладання певну кількість елемента; З іншого боку, Zn не має міграції у профілі, як це відбувається з іншими елементами, оскільки він, як правило, адсорбується глинами та органічними речовинами (фото 3).

Фото 3. Тож можна пояснити, що усунення поверхневої частини ґрунту, наприклад, шляхом ерозії або її вирівнювання, може спричинити дефіцит Zn у ґрунтах з незначним вмістом цього елемента.

4. ВИСНОВКИ

Вода та розчинені поживні речовини, які зазвичай поглинаються корінням, також можуть засвоюватися листям. Позакореневе внесення ефективне, особливо коли рослині негайно потрібні деякі поживні речовини, такі як: Fe, Zn, Mn, Cu і Mo. Коли грунт містить надмірну кількість необхідних елементів у формі, що засвоюється рослинами, нормальний розвиток цих речовин може бути серйозним постраждалих. Як правило, проблем з макроелементами зазвичай не виникає, але можуть виникнути проблеми з деякими мікроелементами, де між оптимальним та токсичним рівнями існує вузький проміжок.

Автор:
Ана Ізабель Рока Фернандес.
Відділ тваринництва Центр аграрних досліджень Мабегондо.