Почва как среда питания растений

Особенности почвы как субстрата, питающего растение

В естественных условиях минеральное питание осуществляется значительно сложнее, чем в искусственных. В почве встречается большое разнообразие соединений различных элементов, вступающих во взаимодействие друг с другом. В почвенном растворе содержится мизерная часть элементов минерального питания растений. Большая часть их адсорбирована коллоидными составными частями почвы. Много питательных веществ содержится в почве в виде минералов или органических веществ, растворимых в воде.

Растения, выращиваемые в водной вытяжке из почвы, плохо растут и развиваются. Это свидетельствует о бедности, почвенного раствора элементами минерального питания. Следовательно, растение должно обладать способностью использовать адсорбированные и даже нерастворимые минеральные вещества.

Почва состоит из твердой фазы (неорганические и органические вещества), почвенного раствора и газовой фазы (О₂, СО₂, N). Питательные вещества для растений содержатся в почве в четырех формах: растворенные в воде (почвенный раствор), доступные растениям, но легко вымываемые; адсорбированные на поверхности коллоидов, невымываемые, но доступные для растений при ионном обмене; выделяемые растением ионы (например, Н + ); труднодоступные для растений неорганические соли (сульфаты, фосфаты, карбонаты).

Адсорбирование и прочное удерживание растворимых веществ почвой называется ее поглощающей способностью, а коллоидная часть почвы, которая обусловливает эту способность, — почвенным поглощающим комплексом. Поглощение почвой различных веществ (особенно катионов) изучал советский ученый К. К. Гедройц. Он установил, что почвенные коллоиды всегда насыщены теми или иными катионами, которые способны обмениваться в эквивалентных отношениях на другие катионы, содержащиеся в растворе. Эти катионы были названы поглощенными, или обменными, а общее их количество, выраженное в миллиграмм-эквивалентных на 100 г почвы, — емкостью поглощения, или емкостью обмена. От состава обменных катионов зависят многие важные в производственном отношении физические и химические свойства почвы. Различают пять видов поглощения веществ почвой (К. К. Гедройц).

• Механическая поглощающая способность. Почва, как пористое тело, задерживает мелкие частицы, через нее профильтровываются грубые суспензии.
• Физическая поглощающая способность. На поверхности твердой фазы почвы и почвенного раствора создается поверхностное натяжение, которое вызывает повышение концентрации возле самой поверхности твердых частиц — адсорбцию (положительную). Наблюдается и отрицательная адсорбция (например, Cl — , NO₃ — ); такие ионы профильтровываются.
• Физико-химическая поглощающая способность. Часть элементов адсорбируется на поверхности почвенных частиц или раствора, а остальные вступают в обменные химические реакции с почвенными частицами. Она имеет существенное значение в создании плодородия почвы, а также в питании растений.
• Химическая поглощающая способность. Вещество, которое вносят в почву, образует нерастворимые соединения. Происходят их глубокие химические превращения. Например, при внесении фосфорных солей в почву, содержащую большое количество кальция, образуется труднорастворимое в воде соединение — Са₃(РО₄)₂.
• Биологическая поглощающая способность. В результате жизнедеятельности бактерий, грибов и других микроорганизмов происходит поглощение элементов минерального питания.

На основании учения о почвенном поглощающем комплексе К. К. Гедройц сводил процессы почвообразования главным образом к химическим явлениям, недостаточно учитывая роль растительности в этих процессах.

Рис. 51. Корешки проростков горчицы: 1 — выращенные во влажном воздухе; 2 — выращенные в почве (на них образовался «футляр» вследствие контакта c почвой).

Поглощающая способность почв, особенно физико-химическая и физическая, имеет большое значение для минерального питания растений. В почве происходит закрепление вносимых удобрений — калийных, фосфорных, аммиачных. Они не вымываются, легкодоступны для растений, препятствуют повышению концентрации почвенного раствора. Весь процесс поглощения солей из почвы корнями растений в значительной мере сводится к обменным реакциям между корневыми клетками и почвенным поглощающим комплексом с помощью почвенного раствора. При контакте с почвой корни растений способны растворять почти нерастворимые минералы (рис.51).

Если в сосуд с почвой поместить мраморную отполированную пластинку под углом 45&deg и посеять семена растений, то на пластинке остаются следы корневой системы, которые хорошо видны невооруженным глазом. Труднорастворимые фосфаты — фосфориты при контакте с корневой системой растворяются.

В растворении различных соединений большую роль играют углекислый газ, выделяемый корневой системой растений в процессе дыхания, яблочная кислота, сахар и т. д. При питании растений растворению труднорастворимых соединений способствуют физиологически кислые соли, например (NH₄)₂SO₄. При внесении в почву физиологически кислых солей (сернокислого аммония) одновременно с нерастворимыми в воде фосфоритами фосфорная кислота из них освобождается и усваивается злаками; при использовании физиологически щелочной соли NaNO₃ фосфорит малодоступен для растений (Д. Н. Прянишников).

Большое значение в питании растений принадлежит гумусовым веществам почвы. Установлено, что в гумусе концентрируется в сотни и тысячи раз большее количество микроэлементов, чем в почве. В нем содержится много меди, цинка, стронция, селена, марганца, кобальта, никеля. Эти элементы, поступая в растение, повышают активность ферментов, катализируют биохимические процессы превращения органических веществ, биосинтез белков, витаминов, органических кислот и участвуют в процессе фотосинтеза растений. В гумусе также содержатся соединения из группы цикло парафинов и нафтеновые кислоты, стимулирующие рост и развитие растений.

В составе органической части почвы, кроме гумусовых соединений и микроэлементов, содержится еще и ряд биологически активных веществ: витамины В₆ и B₁₂) тиамин, рибофлавин, биотин, гетероауксин, гиббереллины, ферменты — продуценты почвенных микроорганизмов.

Гуминовые кислоты, поглощаемые корневой системой растений, повышают проницаемость клеточных мембран, в результате усиливается поступление в растение питательных и физиологически активных веществ из почвы.

Дополнительные материалы по теме:

Источник

33. Почва как среда для корневого питания растений. Влияние внешних факторов.

Почва — биологическая среда, при эффективном использовании которого можно без лишних затрат увеличить производство и улучшить качество зерна, кормов, технического сырья. Кроме органических остатков растений и животных, в почве много мелких (микро-), средних (мезо-) и больших (макро-) организмов, которые в значительной степени влияют на жизнедеятельность растений. Различают следующие группы грунтовых организмов: микробиота — бактерии, грибы, почвенные водоросли и простейшие организмы; мезобиота — нематоды, мелкие личинки насекомых, клещи, ногохвостки, другие микроорганизмы; Макробиота — корни вегетирующих растений, крупные насекомые, дождевые черви. Наибольшее значение для вегетирующих растений имеет микробиота. Она преобладает на корнях растений и в почве, прилегающем к их ризосферы, которая размещается в слое почвы до 60 см. Этот слойбиологически активный, есть буквально средой микробиологической деятельности. Биологическую активность почвы поддерживают глубоким рыхлением, запашкой органических остатков, внесением минеральных удобрений, орошением, соблюдением правильного чередования культур в севообороте и их выращивания в смешанных, совместных или уплотненных посевах. При беспорядочном (стихийном) размещении культур резко снижается активность микробиоты и увеличивается количество нежелательной мезобиоты — нематод, личинок клещей, различных вредных насекомых.Активнаямикробиота у корневой системы бобовых — люцерны, клевера, люпина, сераделлы, вики мохнатой, донника, сои и др. По данным Н. А. Красильникова (1958), в ризосфере люцерны в одном килограмме почвы содержится от 50 до 100 млрд бактерий. Живая масса микробиоты в пахотном слое почвы достигает 10 т / га и болееПо мереуглубления ее активность уменьшается из-за ухудшения воздушного режима, переувлажнение, содержание закисных форм железа, алюминия и др. Как уже отмечалось, важным агротехническим мероприятием является глубокое (50 — 70 см) рыхление почвы, усиливающее его биологическую активность на значительную глубину.Это имеетсущественное значение для повышения урожайности культур за счет плодородия почвы. Кроме того, экономятся минеральные и другие удобрения, улучшается экологическое состояние поля. Раскладывая корни, пожнивные стерневые остатки, навоз, сидераты и т.п., микроорганизмы повышают содержание в почве гумуса, подвижных соединений азота, фосфора, калия, других элементов питания растений. В результате их деятельности в почве образуются биологические вещества, обладающие свойствами биокатализаторов, — ферменты, витамины, свободные аминокислоты, ауксины. Эти вещества активизируют ростовые процессы в растении и является биологическим фактором почвы. Грунтовые грибы (мико-, гифо- и актиномицеты) хорошо минерализуются органическое вещество, но в условиях удовлетворительной и достаточной увлажненности почвы.

34.Поглащение растениями минеральных элементов из почвы

Корни извлекают минеральные вещества из почвенного раствора и из почвенного поглощающего комплекса, с частицами которого зона поглощения корня тесно контактирует.

Клеточные стенки принимают непосредственное участие в поглощении веществ из почвы.

Основной движущей силой поглотительной активности корней является работа ионных насосов (помп), локализованных в мембранах.

В отличие от клеток животных растительная клетка имеет оболочку (стенку), состоящую из целлюлозы, гемицеллюлоз и пектиновых веществ. Пектиновые вещества (полиуроновые кислоты) в своем составе содержат карбоксильные группы, в результате чего клеточные оболочки приобретают свойства катионообменников и могут концентрировать положительно заряженные вещества.

Можно выделить две фазы поглощения веществ, протекающие с различными скоростями — высокой и медленной. Первоначальное быстрое поглощение веществ осуществляется в клеточных стенках и является обменной адсорбцией. Медленная фаза связана с функциональной активностью плазмалеммы (проникновением веществ в клетку или выходом из нее). Молекулярное пространство в клеточной стенке, где происходят процессы обменной адсорбции, получило название кажущегося свободного пространства (КСП). КСП включает в себя межмолекулярное пространство в толще клеточных стенок и на поверхности плазмалеммы и клеточных стенок. Поглощение и выделение веществ в КСП — физико-химический пассивный процесс. Его обусловливают адсорбционные свойства ионообменника. Эти факторы уже на первом этапе обеспечивают избирательность поглощения веществ, несущих заряд, так как катионообменник (клеточные стенки) более активно связывает катионы (особенно двух- и трехвалентные) по сравнению с анионами. Из-за высокой плотности отрицательных фиксированных зарядов в клеточной стенке происходит первичное концентрирование катионов в пространстве, непосредственно примыкающем к плазмалемме.

Катионы и анионы поступают в клеточные стенки клеток корня как непосредственно из почвенного раствора, так и благодаря контактному обмену с частицами почвенного поглощающего комплекса. Оба эти процесса связаны с обменом ионов Н + на катионы окружающей среды и HCO₃ — (OH — ) или анионов органических кислот на анионы минеральных веществ.

Второй этап поступления ионов – транспорт через плазмалемму.

Транспорт ионов через мембрану может быть пассивным и активным.

Пассивным транспортом называют перемещение веществ путем диффузии по электрохимическому, т.е. по электрическому и концентрационному, градиенту.

Активный транспорт — это трансмембранное перемещение веществ против электрохимического градиента с затратой метаболической энергии, как правило, в форме АТР. Примерами активного транспорта служат ионные насосы: Н + -АТРаза, Na + , К + -АТРаза, Са 2+ -АТРаза, анионная АТРаза.

Поступление минеральных веществ происходит путем массового потока (движение растворимых минеральных веществ с водой)Движущей силой этого потока является градиент елктростатического давления.

Пройдя через плазмалемму, ионы поступают в цитоплазму, где включаются в метаболизм клетки.

Источник

Почва как среда для растений

Почва для растения является средой, из которой оно получает воду и элементы питания. Количество минеральных веществ в почве зависит от специфических особенностей материнской горной породы, деятельности микроорганизмов, от жизнедеятельности самих растений, от типа почвы.

Почва имеет рыхлую структуру, представленную твердыми частицами, жидкой и газообразной фазами. Твердую фазу почвы составляют продукты выветривания различных минералов. Это частицы разных размеров, подразделяемые на четыре основные группы — камни, песок, пыль и глины. Каждая группа характеризуется определенными водно-физическими свойствами. Песчаные частицы хорошо пропускают воду, но плохо ее удерживают. Мелкие частицы образуют систему капилляров, способных удерживать влагу и даже подтягивать ее из более глубоких слоев. Когда в почве преобладают крупные частицы, ее механический состав принято считать легким. Наиболее плодородными являются легко- и среднесуглинистые почвы.

Почвенные частицы конкурируют с корнями за влагу, удерживая ее своей поверхностью. Это так называемая связанная вода, которая подразделяется на гигроскопическую и пленочную. Удерживается она силами молекулярного притяжения. Доступная растению влага представлена капиллярной водой, которая сосредоточена в мелких порах почвы. Более крупные поры содержат транзитную или гравитационную воду, передвигающуюся под действием силы тяжести.

Между влагой и воздушной фазой почвы складываются антагонистические отношения. Чем больше в почве крупных пор, тем лучше газовый режим этих почв, тем меньше влаги удерживает почва. Наиболее благоприятный водно-воздушный режим поддерживается в структурных почвах, где вода и воздух находятся одновременно и не мешают друг другу — вода заполняет капилляры внутри структурных агрегатов, а воздух — крупные поры между ними.

Характер взаимодействия растения и почвы в значительной степени связан с поглотительной способностью почвы — способностью удерживать или связывать химические соединения.

Основной вклад в учение о поглотительной способности почв внес один из выдающихся представителей отечественной науки о химии почв К. К. Гедройц. Он доказал наличие связи между агрономическими свойствами почвы, уровнем ее плодородия и составом поглощенных катионов.

Гедройц Константин Каэтанович (1872—1932) — советский почвовед и агрохимик, акад. АН СССР. Разработал основы коллоидной химии почв, методы их химического анализа, принципы’ классификации (по составу обменных катионов), Лауреат премии им. В. И. Ленина (1927).

Различают несколько типов поглотительной способности: механическую, физическую, химическую, физико-химическую (обменную), биологическую.

Механическая поглотительная способность. Почва как пористое тело задерживает мелкие частицы, через нее профильтровываются грубые суспензии.

Физическая поглотительная способность. На поверхности твердой фазы почвы и почвенного раствора образуется поверхностное натяжение, которое вызывает повышение концентрации у самой поверхности твердых частичек — адсорбцию (положительную). Наблюдается и отрицательная адсорбция (например, Cl ₂ – , NO ₃ – ); такие ионы профильтровываются.

Химическая поглотительная способность. Вещество, вносимое в почву, может давать нерастворимые соединения, с которыми происходят химические преобразования. Например, при внесении фосфорных солей в почву, богатую кальцием, образуется труднорастворимое в воде соединение Са₃(РО₄)₂.

Физико-химическая (обменная) поглотительная способность. Часть элементов адсорбируется на поверхности почвенных частичек или раствора, а остальные вступают в обменные химические реакции с почвенными частицами. Эта способность является главной и имеет существенное значение в создании плодородия почвы, а также в питании растений.

Биологическая поглотительная способность — поглощение химических элементов в результате, жизнедеятельности бактерий, грибов и других микроорганизмов. Значительный вклад в изучение этого вопроса внес основоположник почвенной микробиологии С. Н. Виноградский.

Виноградский Сергей Николаевич (1856—1953), русский микробиолог, один из основоположников отечественной микробиологии, чл. кор. Петербургской АН (1894), почетный член Российской АН (1923). В 1887 г. открыл хемоавтотрофные микроорганизмы и явление хемосинтеза. Впервые (1893) выделил из почвы азотфиксирующие бактерии. С 1922 г. работал в Агробактериологическом отделе Пастеровского института в Париже.

Микроорганизмы (грибы, бактерии, водоросли), при взаимодействии с которыми происходит почвенное питание высших растений, концентрируются в основном в ризосфере. Симбиоз корней высших растений с грибами — микориза (буквально — грибокорень). Микориза характерна для большинства цветковых растений (не менее 90 %), Исключение составляют водные и паразитные растения, некоторые гречишные, крестоцветные, осоковые. Микориза бывает двух типов. Экзомикориза (наружная микориза) — гифы гриба оплетают корни плотным чехлом (гифовой мантией) и проникают в межклетники (но не в клетки!) одного или нескольких наружных слоев коры. Под влиянием гормонов, выделяемых грибом, молодые корни обычно ветвятся, окончания их утолщаются, корневые волоски отмирают. Экзомикориза характерна для многих деревьев умеренной зоны (дуб, береза, ива), некоторых кустарников и трав.

Эндомикориза (внутренняя микориза) широко распространена. Характерна для большинства цветковых растений — яблони, груши, земляники, томатов, злаков, орхидных и др. При эндомикоризе грибной чехол вокруг корня не образуется, корневые волоски не отмирают. Гифы гриба проникают в клетки коровой паренхимы.

Симбиоз корней с бактериями — бактериолизы (корневые клубеньки) — имеет важное практическое значение в снабжении растений азотом. Характерен для бобовых, березовых, лоховых, крушиновых, злаков и других семейств.

Микрофлора почвы разлагает органические вещества до более простых соединений, участвует в формировании структуры почвы. Характер этих процессов зависит от типа почвы, химического состава растительных остатков, физиологических свойств микроорганизмов и других факторов. В формировании структуры почвы принимают участие почвенные животные: кольчатые черви, личинки насекомых и др.

В результате совокупности биологических и химических процессов в почве образуется сложный комплекс органических веществ, который объединяют термином «гумус».

Богданова, Т.Л. Справочник по биологии/ Т.Л. Богданова [и д.р.]. – К.: Наукова думка, 1985.- 585 с.

Источник