Роль азота в питании растений

 

 

Введение

 

Азот – один из основных элементов, необходимых для жизнедеятельности  растений. Он входит в состав белков, ферментов, нуклеиновых кислот, хлорофилла, витаминов, алкалоидов и других соединений. Уровень азотного питания определяет размеры и интенсивность синтеза белков, которые существенно влияют на процессы роста.

Основной источник азота  для растений – соли азотной кислоты  и аммония. Поглощение его из почвы  происходит в виде анионов NO3- и катионов NH4+, а также некоторых простейших органических соединений. Нитратный азот в результате окисления углеводов превращается в аммиак. Для самих растений нитраты безвредны и могут накапливаться в их тканях в значительных количествах. Однако чрезмерное количество нитратов вредно для теплокровных, поскольку препятствует образованию гемоглобина, нарушает снабжение организма кислородом и обуславливает образование канцерогенных соединений.

Нормальное азотное  питание повышает продуктивность растений. При этом листья имеют темно-зеленую  окраску, растения хорошо кустятся, формируют крупные листья и полноценные репродуктивные органы, в которых ускоряется синтез белка, и они длительное время сохраняют жизнедеятельность. Это определяет возраст растения и его органов, уровень снабжения углеводами, перемещения продуктов синтеза, обеспечения фосфором, серой, калием, кальцием и микроэлементами. При усиленном азотном питании улучшается качество урожая кормовых культур и увеличивается содержание белка в зерне. В корнеплодах сахарной свеклы, клубнях картофеля – наоборот: при чрезмерном количестве азота в конце вегетации накапливаются аминокислоты и другие азотистые вещества, которые уменьшают выход сахара и снижают содержание крахмала.

У льна и зерновых избыток  азота может спровоцировать вылегание  посевов.

Характерными признаками азотного голодания являются замедленный рост вегетативных органов растений и появление бледно-зеленой и даже желто-зеленой окраски листьев вследствие нарушения процессов образования хлорофилла.

Поскольку соединения азота  имеют свойство повторно использоваться растением (процесс реутилизации), признаки его недостатка проявляются на нижних листьях. Пожелтение начинается с жилок листа и распространяется к краям листовой пластинки. В случае значительного и длительного азотного голодания бледно-зеленая окраска постепенно переходит в желтую, оранжевую и красную, после чего листья усыхают и отмирают.

У злаковых культур при  недостатке азота ослабляется формирование колосков; они формируются короткими  и с меньшим количеством зерен.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Теоретические аспекты изучения азотного питания растений

 

1.1 Сущность азотного питания растений

 

Для нормального роста  и развития растений необходимы различные  элементы питания. По современным данным, таких элементов порядка 20, без  которых растения не могут полностью  завершить цикл развития и которые не могут быть заменены другими.

Все питательные элементы делятся на макро- и микроэлементы. К макроэлементам относят те, которые  содержатся в растениях в значительных (от сотых долей до целых процентов) количествах — это углерод, кислород, водород, азот, фосфор, калий, сера, магний и железо. К микроэлементам относят те, которые содержатся в растениях в очень незначительных ( от стотысячных до тысячных долей процента) количествах, но которые, несмотря на столь малое количество, оказывают сильное воздействие на жизненные процессы растений — это бор, медь, цинк, молибден, марганец, кобальт и др. Есть также и ультрамикроэлементы, которые содержатся в растениях еще в меньших количествах, чем микроэлементы.

      Азот  — это основной питательный элемент для всех растений: без азота невозможно образование белков и многих витаминов, особенно витаминов группы В. Наиболее интенсивно растения поглощают и усваивают азот в период максимального образования и роста стеблей и листьев, поэтому недостаток азота в этот период сказывается в первую очередь на росте растений: ослабляется рост боковых побегов, листья, стебли и плоды имеют меньшие размеры, а листья становятся бледно-зелеными или даже желтоватыми. При длительном остром недостатке азота бледно-зеленая окраска листьев приобретает различные тона желтого, оранжевого и красного цвета в зависимости от вида растений, листья высыхают и преждевременно опадают, что ограничивает образование плодов, снижает урожай и ухудшает его качество, при этом у плодовых культур хуже вызревают и не приобретают нормальной окраски плоды. Так как азот может использоваться повторно, его недостаток проявляется в первую очередь на нижних листьях: начинается пожелтение жилок листа, которое распространяется к его краям.

Избыточное и особенно одностороннее азотное питание также замедляет созревание урожая: растения образуют чрезмерно много зелени в ущерб товарной части продукции, у корне- и клубнеплодов происходит израстание в ботву, у злаков развивается полегание, в корнеплодах снижается содержание сахаров, в картофеле — крахмала, а в овощных и бахчевых культурах возможно накапливание нитратов выше предельно допустимых концентраций (ПДК). При избытке азота молодые плодовые деревья бурно растут, начало плодоношения отодвигается, затягивается рост побегов и растения встречают зиму с невызревшей древесиной.

По требовательности к азоту овощные растения можно  разделить на четыре группы:

первая — очень  требовательные (цветная, брюссельская, краснокочанная и белокочанная поздняя  капуста и ревень);

вторая — требовательные (китайская и белокачанная ранняя капуста, тыква, лук-порей, сельдерей  и спаржа);

третья — среднетребовательные (листовая капуста, кольраби, огурцы, кочанный салат, ранняя морковь, столовая свекла, шпинат, томаты и репчатый лук);

четвертая — малотребовательные (фасоль, горох, редис и лук на перо).

Обеспеченность почвы  и растений азотом зависит от уровня плодородия почвы, который в первую очередь определяется по количеству перегноя (гумуса) — органического  вещества почвы: чем больше в почве органического вещества, тем больше общий запас азота. Наиболее бедны азотом дерново-подзолистые почвы, особенно песчаные и супесчаные, наиболее богаты — черноземы.

 

1.2 Источники азота растений

 

Одна из наиболее острых проблем, стоящих в настоящее время перед человечеством,- недостаток продовольствия, в первую очередь пищевого и кормового белка. Основной источник пищевого и кормового белка - растительные организмы с их уникальной способностью синтезировать белок из углекислоты, воды и неорганических соединений, но для этого растениям необходим азот. Поэтому вопросы, связанные с усвоением сельскохозяйственными культурами азота, представляют не только теоретический интерес, но и имеют огромное практическое значение. Этим вопросам во всем мире уделяется большое внимание. Периодически созываются посвященные им специальные международные конференции. На 16-й конференции Федерации европейских биохимических обществ, которая состоялась в июне 1984 г. в Москве, биохимии азотфиксации и усвоения азота растениями был посвящен специальный симпозиум.

Источниками азота для  растений являются: молекулярный азот воздуха, который могут усваивать  лишь некоторые почвенные микроорганизмы; азот содержащихся в почве неорганических соединений - аммонийных солей (NH4+) и солей азотной кислоты (нитратов, NO~ );

азот мочевины и различных  органических соединений, образующихся в процессе разложения остатков растений и животных и их выделений (навоза, мочи). Усвоение всех этих форм азота  растениями происходит благодаря действию различных ферментов.

Хотя нас окружает океан молекулярного азота воздуха (N2), составляющий более 80% земной атмосферы, - однако усваивать, ассимилировать этот азот могут лишь некоторые микроорганизмы. Животные и большинство растений не способны к усвоению азота воздуха.

 

1.3 Исследования в области азотного питания растений

 

Не менее существенные сдвиги произошли в 40-х годах и  в представлениях об азотном питании  растений. Еще из опытов Соссюра  было известно, что растения неспособны усваивать свободный азот воздуха, поэтому большинство ученых, в том числе и Либих, считали, что растения поглощают азот из растительных и животных экстрактов и из аммиака воздуха. Однако несостоятельность последнего предположения становилась все более очевидной, так как расчеты показывали, что количество аммиака и других азотных соединений в воздухе очень невелико, и оно не может удовлетворить потребность растений в азоте.

Решение этого запутанного  вопроса наметил французский  агрохимик Ж. Буссенго с помощью  точных экспериментов. Во время службы в Южной Америке его внимание привлекло удивительное плодородие перуанских и чилийских почв на песчаном, казалось бы, совсем бесплодном побережье Тихого океана. Он отметил особенно высокие урожаи кукурузы и других культур на тех участках, которые посыпались порошкообразной массой гуано. Химический анализ этого удобрения показал, что оно почти полностью состояло из аммиачных солей. Способность гуано сильно повышать урожайность различных культур скоро получила широкую известность, особенно в Англии. Первое судно, груженое этим удобрением, прибыло в Лондон в 184Q г. С тех пор для Перу, особенно богатой этим удобрением, торговля гуано стала важнейшей статьей национального дохода.

Возвратившись на родину, Бусеенго создал в 1836 г. в своем небольшом имении Бехельброн в Эльзасе агрономическую станцию и с увлечением стал проверять то, что наблюдал в природе.

Рисунок 1 – Установка  Бусеенго для изучения усвоения растениями азота

Для изучения отношения  растений к свободному атмосферному азоту он разработал метод песчаных культур. Пшеница, овес и подсолнечник выращивались на промытых в серной кислоте и предварительно прокаленных песке, кварце и груборазмолотой пемзе. Опыты велись в сосудах, лишенных малейших примесей аммиака. Питательная смесь состояла из воды, золы и навоза. В нее помещались зерна, тщательно промытые дистиллированной водой. При таких условиях выращивания пшеница, овес и подсолнечник не давали никакого прироста азота. Бусеенго отметил также, что и бобовые растения не давали прироста азота, если выращивались в искусственной атмосфере при отсутствии доступа естественного воздуха. Прирост отмечался лишь тогда, когда в питательную смесь добавлялись азотсодержащие удобрения. Наилучшим из них Бусеенго считал селитру, наихудшими — аммиачные соли.

На основании этих опытов Бусеенго пришел к выводу, что  растения неспособны усваивать свободный  азот воздуха, а потребляют его из азотсодержащих соединений почвы или  воздуха и притом не в готовом  виде, а только после предварительного разложения.

Однако тщательно поставленные эксперименты Буссенго не положили конец спорам по данному вопросу. Дело в том, что в это же время не менее известный химик Ж. Билль (1848) выступил с утверждением о возможности усвоения растениями свободного азота воздуха, ссылаясь на результаты своих опытов. Условия его опытов были такими же, как у Буссенго, за исключением того, что Билль подавал в сосуды воздух, не очищенный от примеси аммиака. Лишь позже стало ясно, что эти примеси и послужили причиной прироста азота в выращиваемом им салате, не получавшем никаких азотных удобрений из питательного раствора.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Роль азота  в питании растений

2.1 Азотные удобрения

Азотное питание растений регулируют преимущественно применением различных  минеральных азотных удобрений. Азотные удобрения по своему составу и агрономическими свойствами очень неоднородны. Чаще всего используют, твердые азотные удобрения, реже - жидкие (аммиачная вода, аммиакаты). Однако очень перспективным и экономически выгодным удобрением является жидкий аммиак. По форме азотные минеральные удобрения разделяют на нитратные (в которых азот находится в форме NO3-), аммиачные (с азотом в форме NH4 +), аммиачно-нитратные (азот как в форме NO3-, так и NH 4 +) и амидные удобрения (форма азота NH2-).

Аммиакаты - это растворы различных азотных удобрений (аммиачной, кальциевой селитры или мочевины) в аммиаке. При этом достигается увеличение содержания азота до 35% и более. Однако аммиакаты сильно разъедают металлы, поэтому хранят их в особых цистернах из алюминия, нержавеющей стали или со специальными покрытиями. Это затрудняет транспортировку их и внесения в почву.

В жидком аммиаке, аммиачной воде и  аммиакатах содержится свободный аммиак, который может легко теряться, поэтому эти удобрения надо вносить  во влажную почву на глубину 10-12 см. Уменьшение глубины заделки или поверхностное их внесения приводят к значительным потерям азота.

Фосфорные удобрения. Общее  содержание фосфора (Р2О5) в растениях  изменяется в пределах 0,2 - 1,5%. Фосфор в растениях входит в состав молекул сложных белков (нуклеопротеидов), нуклеиновых кислот, фосфатидов, фитина, ферментов и проч. В растениях фосфор вызывает нормальное течение многих важнейших процессов. При недостатке его нарушается синтез углеводов (например, снижается крахмалистость клубней картофеля, сахаристость сахарной свеклы и др.), замедляется развитие растений (созревание их, развитие корневой системы), образования репродуктивных органов, снижается зимостойкость озимых культур, ухудшается качество урожая и др.. Валовое содержание фосфора в почвах изменяется в пределах 0,1 - 0,25%, однако значительная часть его содержится в труднорастворимых соединениях, поэтому растения часто испытывают недостаток его, которая пополняется внесением удобрений.