Агрохимия и плодородие земель

                      Аспарагиновая к-та                  Пировиноградная к-та

                   CH₃-CHNH₂-COOH + CООH-CH₂-CO-COOH

                          Аланин                          Щавелевоуксусная к-та

 

                   2CH₃-CO-COOH + СО(NH₂)₂ ® CH₃-CHNH₂-COOH

                     Пировиноградная      Мочевина         Аланин

 

Связывание  аммиака двухосновных кислотами

 

                   COOH  + NH₃  ®  COO-NH₄

                   |                          |

                   СООН                  СООН

 

Аминокислоты

В настоящее время известно около 90 аминокислот, 70 из них находятся  в растениях в свободном состоянии  и не входят в состав белков, а 20 аминокислот  принимают участие в образовании  белковой молекулы.

В растениях происходит не только синтез белков, но и их распад через аминокислоты до аммиака. 

 

Азотный обмен  в растениях

В молодых растениях, а  также в молодых органах преобладает  синтез белков, а распад их незначителен. По мере старения растений и их органов, распад белков преобладает над синтезом. В этом случае, наблюдается образование аммиака, однако в растениях он, как правило, не накапливается, а, по мере появления, присоединяется к аспарагиновой и глютаминовой кислотам, образуя соответственно аспарагин или глютамин.

Если же органических кислот нет, например при отсутствии фотосинтеза, то тормозится и образование аминокислот, и связывание ими аммиака. В этих случаях аммиак может накапливаться в количествах, вызывающих отравление растений.

Эти сложнейшие превращения  азотистых веществ в растениях  одним из первых экспериментально определил Д.Н. Прянишников: ...«аммиак есть альфа и омега азотистого обмена веществ в растениях», т.е. с аммиака начинается и им заканчивается обмен азотистых веществ в любых растениях. Это положение имеет важное теоретическое и практическое значение.

Методом меченых  атомов было показано, что процесс  синтеза аминокислот за счет аммиачного азота происходит довольно быстро: в течение 15–20 мин после введения (NH₄)₂SO₄, меченного ¹⁵N, в корнях растений находят аминокислоты с ¹⁵N.

Нитраты  могут  накапливаться в растениях. Переход  нитратов в аммиак совершается по мере использования его на синтез аминокислот. Нет синтеза – нет  и образования аммиака из нитратов. Нитраты – лучшая форма питания  растений в молодом возрасте, когда  фотосинтетическая активность невелика и  не образуются в достаточном количестве углеводы и органические кислоты.

Для культур, в  которых содержится достаточное  количество углеводов (например, клубни картофеля), аммиачные и нитратные  формы азота в начале роста  растений практически равноценны. Для культур, в семенах которых углеводов содержится мало (например, сахарная свекла, лен, злаковые травы и хлебные злаки), нитратные формы азота имеют преимущество перед аммиачными. Источники азота по-разному влияют на направленность физиолого-биохимических процессов в растениях. При аммиачном питании увеличивается восстановительная способность растительной клетки, что приводит к образованию восстановленных органических соединений (масла, жиры). При нитратном источнике азота преобладает окислительная способность клеточного сока, ведущая к усилению процессов образования органических кислот. Для нитратного питания важно обеспечить растение фосфором и молибденом. Недостаток молибдена задерживает восстановление нитратного азота до аммиака, что приводит к накоплению нитратов в растениях в свободном состоянии.

Питание растений ФОСФОРОМ

 

Ротамстедская опытная станция (Англия) - Sir John Bennet Lawes (1814-1900). В 1842 г. Дж. Лооз получил патент на производство суперфосфата. В год перерабатывали 40 тыс. тонн костей, но этого не хватало, начали исп. фосфориты. В это время на базе бурого угля начинается производство удобрений, в т.ч. калийные.

Первый опыт с суперфосфатом – 1843 г., бессменно  выращивали пшеницу (+NPK) и изучали н влияние на нее этих эл-тов.

 

Глобальный  цикл фосфора

[схема]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Круговорот фосфора  в агроценозе

                 

                                    Отчуждение с урожаем

 

                                                             Возвращение в почву с пожнивными остатками и навозом

 

          Фосфор удобрений    

                                        Потребление растениями                   

                                                                                Потери с эрозией

                                         Минерализация орг. соед. фосфора

Мин. биодоступные

соед. фосфора                          Фиксированный фосфор

 

 

Цикл фосфора  в агроценозе

 

                                 Орг. удобрения (0-40 кг/га)             Фосфорные удоб. (0-1000 кг/га)

 

    Вынос с урожаем  (5-40)      О.В. почвы (15-600)      +     Фосфор мин. части  почвы (80-2000)

                 

             Поглощ. растениями (5-50)                                   смыв

                            

                                                В-раств. Р (5-120)

                                                                                    Вымывание и эрозия (0-260)

 

Соединения  фосфора в растениях

- Нуклеиновые  кислоты.

- АТФ.

- Фитин –  производное циклического соединения шестиатомного спирта инозита и является кальциево-магниевой солью инозит-фосфорной кислоты. Это запасное вещество. Фосфор фитина используется при прорастании развивающимся зародышем.

- Фосфопротеиды  – соединения белковых веществ  с фосфорной кислотой, которые катализируют течение биохимических реакций.

- Фосфатиды  (или фосфолипиды) – сложные  эфиры глицерина, высокомолекулярных  жирных кислот и фосфорной  кислоты. Они образуют белково-липидные  мембраны, которые регулируют проницаемость  клеточных органелл и плазмолеммы для различных веществ. Следовательно, они играют очень важную биологическую роль в жизни растений.

- Сахарофосфаты  – фосфорные эфиры сахаров.  Они играют важную роль в  процессах фотосинтеза, дыхания,  биосинтеза сложных углеводов  и т.д. Благодаря фосфорной кислоте сахарофосфаты обладают высокой лабильностью и большой реакционной способностью. Кроме этого, фосфорная кислота является носителем энергии благодаря образованию макроэргических связей. Основная роль среди макроэргических соединений принадлежит аденозинтрифосфорной кислоте (АТФ).

 

 

 

 

 

Потребление фосфора  растениями из почвы – большая  проблема для растений, поскольку  концентрация фосфора в почвенном  растворе низка – порядка 10 милли  Моль/л.

Форма, в которой  фосфор находится в почвенном растворе зависит от рН.  Ниже рН 6,0 большая часть фосфора находится в почве в виде H₂PO₄^-, и максимальное поглощение фосфора происходит в интервале рН – 5-6.

Фосфор  не может  поступать в клетку в виде простого иона H₂PO₄^-, поскольку это вызовет деполяризацию мембраны и сильный сдвиг рН, поэтому транспорт происходит совместно с катионом – Н⁺.

Через эктомикоризу (корни сосны), гифы, везикулярно-арбускулярной  микоризы (ВАМ,  ассоциация, в которой Zygomycete fungi в клетках корня высшего растения образуют арбускулы, гифы, везикулы).

Потребление фосфора  растениями меняется со временем.

При недостатке Р – растения отстают в развитии, но не у всех есть визуальные признаки недостатка Р. Листовая диагностики (за рубежом) – анализ 5 верхних листов.

Подкормка растений Р – только в почву.

Кукуруза –  пурпурные листья. Но – каротины, антоцианы, хлорофилл. Сахара могут  идти на синтез антоцианов.

Цитрусовые –  менее сладкие при недостатке Р, толстая кожура, растрескивание в  центре.

Виноград –  бурые, пожелтевшие листья.

Помидоры –  низ листьев бурый.

Опосредованное  питание Р через повышение  температуры (понижение т.; затопление – уменьшение Р в почве).

 

Питание растений КАЛИЕМ

 

Минеральные удобрения делают из руд – сильвинита. Месторождения – Пермская обл., Соликамск. Также есть месторождения сульфатов и хлоридов. Нитраты – искусственные.

 

Цикл  калия

 

                          Урожай               Пожнивные остатки           Орг. удобрения

Мин. удобрения

 

                        Поглощение растениями                             Эрозия

      

                    ПР (К⁺)         К минералов          Обменный К

    Вымвание                                      Фиксированный К

 

Группы  соединений калия в почве

- 1. Калий различных минералов почвы, алюмосиликатов.

В этой форме содержится наибольшее  количество калия. Больше его в ортоклазе, меньше – в мусковите, биотите, глауконите, нефелине и лейците. Эта форма калия труднодоступна растениям. В 1947 г. советскими учеными были выделены из почвы бактерии, названные силикатными, способные разлагать ортоклаз. Более доступен растениям калий мусковита, биотита и нефелина. 

2. Калий почвенных коллоидов.

Эта форма –  главный источник калийного питания  растений.

В почве его  может быть 5–30 мг/100 г. Количество его  в почве в процентах от валового содержания зависит от типа и подтипа почвы, особенно ее гранулометрического состава. Например, на супесчаных почвах эта форма калия составляет лишь 0,8%, на суглинистых – 1,5, а на черноземах и сероземах – 1–3%.

3. Водорастворимый калий.

Содержание  этой формы элемента составляет 1/5–1/10 часть от количества К2О, находящегося в почве обменном состоянии. Водорастворимый  калий наиболее доступен для питания  растений. Появляется он в почве  вследствие химического и биологического воздействия на почвенные минералы.

4. Калий, входящий в состав плазмы микроорганизмов и органические остатки.

В дерново-подзолистой  почве количество его достигает 40 кг К₂О на на 1 га. В доступную форму этот калий переходит лишь после отмирания микробов. Калий содержится также в растительных, животных, корневых и пожнивных остатках, навозе и других органических веществах, попадающих в почву. После их разложения он становится доступным растениям.

5. Калий, фиксированный почвой.

Фиксация калия  в межпакетных пространствах  алюмосиликатов активно идет при  переменном смачивании и подсушивании почвы. Почва тяжелого гранулометрического состава, содержащая большое количество тонкодисперсных фракций, отличается повышенной фиксацией калия. Особенно активно калий фиксируется при наличии в почве глинистых минералов группы монтмориллонитов и гидрослюд, которым свойственна внутрикристаллическая адсорбция катионов.

Фиксация  калия почвой

Наиболее интенсивно калий фиксируется в солонцах. Черноземы фиксируют калий лучше, чем дерново-подзолистые почвы.

Применение  навоза и известкование кислых почв ­ закрепление калия в необменной форме.

Внесение калийных удобрений снижает фиксацию калия  почвой, так как фиксирующая способность  почвы не беспредельна. Из всех катионов, имеющих значение в питании растений, фиксируются аммоний и калий.

Фиксация одного из этих элементов предотвращает  и даже исключает фиксацию другого.

Фиксация калия  почвой резко снижает коэффициент  использования его из вносимых удобрений. Например, на маршевых (наносных) почвах Голландии фиксируется 21–59% вносимого  на протяжении многих лет калия. В  Канаде вследствие фиксации калия почвой растения использовали лишь 25–48% этого элемента, вносимого с минеральными удобрениями.

 

Поступление К  в растения – через ЦПМ, задействовано ~20 белков. K : Na = 1 : 1 у живых орг., у растений – в основном К.

 

Роль  калия в растении

Принимает активное участие в фотосинтезе: поддерживает тургор устьица; влияет на отток сахаров. Принимает активное участие в синтезе белка; активирует ферменты, деятельность АТФ, осуществляет приток ассимилянтов. Активирует процессы дыхания, а следовательно и образование АТФ. Обеспечивает транспорт воды, питательных элементов и ассимилянтов (глюкозы, фруктозы, сахаров) в растении.

 

К не входит в  состав орг. в-в. Он адсорбируется почвенными коллоидами. В его присутствии  дольше живут белки.

 

Влияние калия на урожай растений