Минеральное питание растений: теории и законы

Будучи живым организмом, хоть какое растение нуждается в определенном наборе питательных веществ для собственного роста, развития и размножения. Потому одна из главных задач агронома – обеспечить выращиваемые им культуры всеми необходимыми макро-, мезо- и микроэлементами в нужном количестве и рациональном сочетании. А для этого необходимо знать и учесть ряд причин, в множестве которых –особенности этих веществ, их взаимодействие, тип земли, потребности различных видов растений, климатические условия и т.д.

Неувязка обеспечения растений питательными субстанциями известна со времен зарождения земледелия. Естественно, тогда еще не были известны механизмы и предпосылки, которые делают почву злачной, а культурные растения – более урожайными. Все же, уже во времена использования самых простых систем земледелия – подсечно-огневой и залежной землепашцы отмечали понижение плодородия засеваемых земель через пару лет использования и, оставив их, переходили к освоению новых участков. Значимым прогрессом стало внедрение для восстановления и улучшения плодородия почв навоза, сидератов, бобовых культур, применение паров и севооборотов. Но все эти приемы базировались в большей степени на опыте и познаниях, приобретенных эмпирическим методом.

Естественно, для прогресса в земледелии необходимо было точно знать, откуда растения берут питательные вещества, какие конкретно и как управлять этим процессом. Потому многие исследователи в различное время выдвигали по этому поводу свои догадки и проводили опыты. Так, еще в XVI веке французский стекольщик и гончар Бернар Палисси опубликовал собственный труд, в каком, а именно, содержалось предположение, что в растениях находятся соли либо смеси солей. Подтверждение тому – зола, которая появляется после сжигания растений. Из этого создатель делал вывод, что питаются растения солевыми субстанциями земли и навоза. Вобщем, эта теория не получила широкой известности.

Бернар Палисси

Практически столетие спустя голландский исследователь Ян Баптиста ван Гельмонт проводил опыты с растениями, надеясь установить источники их питания. Непонятно, был ли он знаком с теорией Палисси, но из собственных опытов сделал совершенно другие выводы. Ван Гельмонт считал, что все дело – в воде, а почва служит только субстратом для прикрепления растений, не участвуя конкретно в их питании. Эти выводы стали основой аква теории питания растений. При этом, и другие исследователи опытным методом подтвердили выводы ван Гельмонта.

Ян Баптиста ван Гельмонт

Вобщем, это тот случай, который можно обрисовать словами классика «суха теория, мой друг, а древо жизни пышно зеленеет». Ведь хоть какой крестьянин мог бы опровергнуть эту теорию на практике, пояснив, что для получения неплохого урожая нужна не только лишь вода, да и, скажем, навоз, а при схожем поливе различные по своим чертам земли дадут различный итог при выращивании одних и тех же культур. Что касается ученых, то одним из первых усомнился в аква теории британский доктор медицины Джон Вудворт в конце такого же XVII века. Его опыты проявили, что растения лучше развиваются не просто в незапятанной воде, а в воде, к которой добавлена земля. Вобщем, его опыты не поколебали убежденности последователей теории аква питания в собственной правоте, и эта теория оставалась одной из главных в этой области еще около столетия.

Но параллельно шло скопление познаний, не согласующихся с этой теорией. К примеру, германский химик Иоганн Рудольф Глаубер проводил опыты с селитрой, которые проявили, что ее внедрение для выкармливания растений позволяет прирастить сбор. Подобные опыты других ученых приводили к выводам о том, что растениям необходимы калийные и фосфорнокислые соли.

Иоганн Рудольф Глаубер

Все же, только посреди XVIII века Вигману и Польсторфу удалось поколебать уверенность приверженцев аква теории питания растений. Эти исследователи проводили опыты, используя более совершенную методику, чем их предшественники. Они использовали для выкармливания растений нейтральный субстрат – платиновую проволоку и промытый кислотой кварцевый песок. Воду для полива брали дистиллированную. Растения в этих опытах гибли сразу после того, как использовали припасы, находящиеся в семени, из которого были выращены. Таким макаром, было подтверждено, что для питания растений нужна не только лишь вода.

А что все-таки нужно еще? На этот вопрос, как казалось, отвечала появившаяся тогда же гумусовая теория питания растений. Ее заглавие гласит само за себя: сторонники этой теории разъясняли рост и развитие растения поглощением дерна и постройкой тканей конкретно из него. Вобщем, и эта теория в дальнейшем окажется опровергнутой. Не считая того, она некорректно разъясняла роль минеральных веществ в питании растений, сводя ее только к тому, что эти вещества помогают усвоению дерна.

Джозеф Пристли

Открытие процесса фотосинтеза привело к созданию очередной теории – воздушно-светового питания растений. Хрестоматийные опыты Джозефа Пристли во 2-ой половине XVIII века, в каких он помещал в герметичный сосуд поначалу свечу, позже – животное, а после чего – растение, проявили, что растения выделяют кислород. Ведь воздух, который после горения свечки переставал поддерживать и само горение и дыхание животных, вновь обретал эти характеристики, если в сосуде на некое время оставляли растение. Позже было проделано еще огромное количество опытов, которые раскрыли сущность фотосинтеза. Так, уже достаточно скоро было подтверждено, что растения синтезируют органическое вещество из углекислого газа, содержащегося в воздухе. Но для того, чтоб это открытие стало признанным, пригодилось еще много лет и усилий исследователей.

Опыт Дж. Пристли

Вобщем, и эта теория не полностью разъясняла, чем все-таки все-же питаются растения. Хотя посреди ее приверженцев были и такие, которые более близко подошли к разъяснению исследуемого вопроса. Так, на основании собственных опытов, французский ученый Никола Теодор де Соссюр в 1804 году пришел к выводу, что основным источником углерода для растений является воздух, а зольные (минеральные) вещества они получают из земли. Похожие взоры высказывал германский ученый Шпренгель. На выводы собственных предшественников, в том числе, опирался германский химик Юстус фон Либих, который в 1840 г. выдвинул минеральную теорию питания растений. Она стала одной из основ современных представлений в этой области. Конкретно Либих обосновал, что элементы, которые выделяют из золы растений, эти организмы получают из земли в виде минеральных солей. Также он определил закон минимума Либиха (известен также как закон ограничивающего фактора либо «бочка Либиха»), согласно которому сбор находится в зависимости от того элемента питания, количество которого мало. Он же предложил использовать минеральные удобрения для того, чтоб внести в почву недостающие минеральные вещества.

Юстус фон Либих

Вобщем, в собственных трудах фон Либих не сумел показать роль и источник азота в питании растений, что делало минеральную теорию не полной. А дополнил ее французский химик Жан Батист Буссенго в 1830-40-х годах, проведя ряд опытов и сделав выводы о том, что азот растения получают не из воздуха (как подразумевал Либих), а из земли, при этом, также из минеральных солей.

Развитие обозначенных теорий, в конце концов, привело к современным представлениям о питании растений. В форме, более важной для агрономии, они сформулированы в законе автотрофности зеленоватых растений, который соединяет воединыжды теорию фотосинтеза и теорию минерального питания растений. Согласно этом закону, зеленоватые растения, используя энергию солнечного света и поглощая из воздуха углекислый газ, а из земли – воду и минеральные вещества, синтезируют нужные органические вещества в количестве, которое обеспечивает развитие и высшую продуктивность растений. Потому одним из важнейших принципов формирования урожая является насыщенное наращивание хорошей ассимиляционной поверхности, способной более отлично усваивать солнечную энергию для синтеза органических веществ и формирования организма растения.

Закон автотрофности зеленоватых растений – один из 7 законов (правил), которые узнаваемый украинский агрохимик Григорий Господаренко именует в числе часто встречающихся в агрономической практике. Не считая нареченного, это также законы (правила): равнозначности и независимости причин жизни растений; совокупы взаимосвязанного их деяния; минимума, оптимума и максимума; возвращения питательных веществ в почву; плодосмены; увеличения плодородности земли. Они обеспечивают всесторонний и обоснованный подход к применению частей технологии с целью получения большей эффективности от их в повышении урожайности при сохранении экологического равновесия природного круговорота веществ. Направленность каждого элемента технологии на улучшение функционирования агроценозов является основой реализации биопродуктивного потенциала гибрида либо сорта. При всем этом нужно учесть, что уровень их урожая зависит, сначала и в наибольшей степени, от возобновления причин, которые находятся в минимуме. В то же время, и избыток какого-нибудь фактора плохо оказывает влияние на продуктивность агроценозов. Таким макаром, наибольший сбор можно получить только при рациональном содержании и соотношениях всех причин жизни растений. При всем этом, не считая причин галлактических – света и тепла, атмосферных (погодных) – воды, кислорода, углекислого газа, азота, почвенных – воды, воздуха, питательных частей, растениям нужны макро-, мезо- и микроэлементы в виде удобрений.

Бочка Либиха

В связи с этим, есть смысл подробнее тормознуть на законе минимума Либиха (законе ограничивающего фактора). При всей собственной простоте и практической привлекательности, он имеет ряд недочетов:

- уровень урожая зависит не только лишь от питательного элемента, который поступает в растение в наименьшем количестве, да и от хоть какого экологического фактора, находящегося в минимуме (это может быть обеспечение влагой, светом и т.д.);

- продуктивность растений является чертой не только лишь количественной (сбор зерна, плодов и т.п. с единицы площади), да и высококачественной (содержание белка в зерне, сахара в сладкой свекле и т.п.). При всем этом качество урожая зависит также от уровня обеспеченности растений питательными элементами. Потому нужно учесть две точки минимума: количества и свойства урожая;

- в согласовании с правилом нормированной потребности растений в питательных элементах, точка минимума урожая «плавающая»: при одном сочетании количества питательных частей точка минимума будет одной, при другом – выше либо ниже.

Беря во внимание обозначенные недочеты закона минимума, германский ученый Э. Вольни заместо него предложил использовать закон оптимума, согласно которому сбор бывает самым высочайшим при рациональном сочетании причин.

Виктор Шелфорд

Не считая того, ограничивающее воздействие на сбор оказывает не только лишь недочет, да и избыток хоть какого фактора. С учетом этого, южноамериканский ученый Виктор Шелфорд предложил закон толерантности (закон экологического оптимума), расширяющий и дополняющий закон минимума. Понятие «толерантность» в этом случае значит выносливость организма по отношению к колебаниям какого-нибудь экологического фактора. При всем этом спектр меж экологическим минимумом и максимумом фактора образует границу толерантности – величину выносливости организма по отношению к данному фактору.

Закон толерантности

Правило зависимости уровня урожая от количества того либо другого питательного элемента утверждает, что с повышением нормы элемента сбор поначалу вырастает, позже стабилизируется, а при очень больших нормах обычно начинает понижаться. При этом, различные элементы в таких случаях действуют по-разному. К примеру, у калия увеличена зона стабилизации, а у азота слабо выражена зона ингибирования. При внесении микроудобрений наблюдается резкий переход от зоны роста урожая к зоне его ингибирования даже при малозначительном превышении хорошей нормы внесения.

Принципиальным с практической точки зрения является и закон антагонизма ионов, который в XIX веке определил скандинавский ученый Оскар Лев. Согласно ему, отдельные хим элементы, которые находятся в почве либо в аква растворе в излишке, препятствуют поглощению растениями других частей. Отсюда следует, что соотношение частей в почве должно быть хорошим.

Исследование закономерностей минерального питания растений привело к возникновению науки агрохимии. На данный момент она неразрывно связана с агрономией. И правильное практическое применение этих закономерностей в организации минерального питания растений нужно каждому агроному для более полного раскрытия потенциала видов и гибридов культурных растений, получения больших урожаев продукции соответствующего свойства.