Формы азота доступные для растений. Азотные удобрения. Как понять, что растению не хватает азота

Мочевина CO(NH 2) 2 содержит 46 % азота. Мочевина - самое концентрированное азотное удобрение, выпускается в гранулированном виде. При грануляции для уменьшения слеживаемости гранулы покрывают тонкой пленкой жировой добавки. Гранулированная мочевина обладает хорошими физическими свойствами, практически не слеживается, сохраняет хорошую рассеиваемость. Однако при грануляции под влиянием температуры в ней образуется биурет:

2CO(NH 2) 2 → (CONH 2) 2 HN+NH 3 . При его содержании более 3% угнетается рост растений, поэтому в гранулированной мочевине биурета должно быть не более 1%. В этом количестве он не действует отрицательно на проростки растений. В почве под влиянием уробактерий, выделяющих уреазу, мочевина аммонифицируется, образуя углекислый аммоний:

CO(NH 2) 2 +2Н 2 О=(NH 4) 2 CО 3 .

При благоприятных условиях на богатых гумусом почвах мочевина превращается в углекислый аммоний за 2-3 дня. На малоплодородных песчаных и болотных почвах этот процесс слабее.

Углекислый аммоний - соединение непрочное. На воздухе он разлагается с образованием бикарбоната аммония и газообразного аммиака:

(NH 4) 2 CО 3 → NH 4 HCО 3 +NH 3 . Поэтому при поверхностном внесении мочевины без заделки в почву и при отсутствии осадков могут быть частичные потери азота в виде аммиака, особенно на почвах с нейтральной и щелочной реакцией. На стадии аммонификации мочевина временно подщелачивает почву:

(NH 4) 2 CО 3 +Н 2 О = NH 4 HCО 3 +NH 4 OH.

На стадии нитрификации реакция почвы сдвигается в сторону кислого интервала. Однако в результате усвоения азота растениями в почве не остается ни щелочных, ни кислых остатков удобрения.

Мочевина - ценное азотное удобрение. Применяется под различные культуры. По действию на урожай сельскохозяйственных растений ее можно поставить в один ряд с NH 4 NО 3 . В зоне достаточного увлажнения на легких дерново-подзолистых почвах и при орошении на сероземах мочевина более эффективна, чем аммиачная селитра, так как амидный азот мочевины быстро превращается в аммиачный, а последний поглощается почвой и меньше вымывается. При основном внесении в богарных условиях она равноценна аммиачной селитре. Высокоэффективна мочевина при подкормке озимых с последующей немедленной заделкой ее боронованием, а также для подкормки пропашных полевых и овощных культур культиваторами-растениепитателями.

Применяется мочевина и в виде раствора для некорневой подкормки растений, особенно пшеницы для повышения ее белковости. В этом случае лучше применять кристаллическую мочевину, так как она содержит меньше биурета (0,2-0,3%).

Мочевина широко применяется не только как непосредственное удобрение, но и как компонент для производства сложных удобрений, а также для производства новых видов медленнодействующих азотных удобрений. В связи с более высокой экономичностью использования мочевины и других высококонцентрированных азотных удобрений низкопроцентные азотные туки постепенно теряют значение в общем балансе потребления азотных удобрений.

Цианамид кальция CaCN 2 содержит 20-21% азота. Это легкий порошок черного или темно-серого цвета, физиологически щелочное удобрение (до 20-28% СаО). Систематическое применение на кислых почвах улучшает ее физические свойства, благодаря нейтрализации кислотности и обогащению кальцием. Вносят заблаговременно, за 7-10 дней до посева или под зябь. В подкормку не рекомендуется, так как в почве цианамид кальция подвергается гидролизу и взаимодействует с поглощающим комплексом. При этом образуется цианамид (H 2 CN 2), который ядовит и анестезирующе действует на растения. Однако он быстро переходит в мочевину, поэтому и рекомендуется заблаговременное его внесение.

Жидкие азотные удобрения

Безводный аммиак (NH 3) - самое концентрированное безбаластное удобрение с содержанием азота 82,3%. Получается сжижением газообразного аммиака под давлением. По внешнему виду это бесцветная жидкость с удельным весом 0,61 при 20°С. При хранении в открытых сосудах быстро испаряется. Поэтому его хранят и перевозят в специальных толстостенных стальных цистернах, рассчитанных на давление 25-30 атм. При 20-40°С давление его составляет от 9 до 18 атм. Упругость паров, удельный вес и содержание азота в 1 м 3 безводного аммиака изменяются в зависимости от температуры. При хранении аммиака в герметических сосудах под давлением он разделяется на две фазы: жидкую и газообразную. Вследствие большой упругости паров емкости для хранения и транспортировки жидкого аммиака заполняются не полностью. Жидкий аммиак корродирует медь, цинк и их сплавы, но практически нейтрален по отношению к железу, чугуну, стали.

Аммиачная вода (водный аммиак) - раствор аммиака в воде. Первый сорт этого удобрения содержит 20,5% азота (25%-й аммиак), второй -16,4% азота (20%-й аммиак). Аммиачная вода имеет невысокое давление, не разрушает черные металлы. Поэтому для работы с ней используют резервуары из обычной углеродистой стали. При температуре 15°С плотность водного аммиака первого сорта составляет 0,910, второго - 0,927. 25%-й водный аммиак замерзает при температуре -56°С, 20%-й - при -33°С. Азот в аммиачной воде содержится в форме аммиака (NH 3) и аммония (NH 4 OH). Причем свободного аммиака содержится значительно больше, чем аммония, что обусловливает возможные потери азота за счет улетучивания. Работать с аммиачной водой проще, чем с безводным аммиаком, но она малотранспортабельна в связи с низким содержанием азота, поэтому аммиачную воду экономичнее применять в хозяйствах, расположенных вблизи предприятий, производящих это удобрение.

Внесенный в почву аммиак быстро адсорбируется ею, а также поглощается почвенной влагой, превращаясь в гидроокись аммония. Аммиак в почве подвергается нитрификации. Интенсивность поглощения аммиака почвой зависит от ее механического состава, содержания гумуса, влажности, глубины заделки удобрений и т.д. На тяжелых высокогумусированных и хорошо обработанных почвах аммиак поглощается лучше, чем на легких бедных гумусом. В связи с этим из почв легкого механического состава и сухих аммиак улетучивается быстрее.

Все жидкие азотные удобрения нельзя вносить поверхностно и мелко заделывать, особенно в сухую песчаную почву, во избежание потерь от улетучивания. Вносятся эти удобрения специальными машинами и заделываются на тяжелых почвах на глубину не менее 10-12 см, а на легких - 14-18 см. Во всех случаях безводный аммиак заделывается на глубину не менее 14-15 см, а водный - 10-12 см. Если почва крупнокомковатая, то глубина заделки этих удобрений увеличивается в 1,2-1,5 раза. Вносят их в основном приеме под зяблевую вспашку, весной - под предпосевную культивацию и в подкормку пропашных культур в тех же дозах (по азоту), как и твердые азотные удобрения. В связи с тем, что жидкие азотные удобрения вносятся локально, расстановку подкормочных сошников необходимо проводить для культур сплошного сева на 20-25 см, а на лугах и пастбищах - 30-35 см, при подкормке пропашных культур - в зависимости от ширины междурядий. Технология применения жидких азотных удобрений по сравнению с твердыми требует более высокой профессиональной подготовки специалистов, мастерства и ответственности механизаторов. Хозяйства должны быть полностью обеспечены современной материально-технической базой для их хранения, транспортировки и внесения.

Аммиакаты содержат от 30 до 50% азота. По внешнему виду - это жидкость светло-желтого или желтого цвета. Получают их путем растворения в водном аммиаке аммиачной селитры, аммиачной и кальциевой селитры, мочевины или аммиачной селитры и мочевины. Производится это в специальных установках. В 10-15%-ю аммиачную воду, приводимую в движение центробежным насосом, вводят горячий раствор аммиачной селитры (или смесь кальциевой и аммиачной селитры) и доводят удобрение до требуемого состава. Перевозят и хранят в специальных, герметически закрываемых цистернах, рассчитанных на небольшое давление.

Аммиакаты существенно различаются не только по концентрации общего азота, но и по соотношению его различных форм (свободного аммиака, связанного аммиака, амидного и нитратного азота). Поэтому они разнообразны по физическим свойствам. В связи с большим диапазоном температуры начала кристаллизации (от +14° до -70°С) зимой в период хранения необходимо выпускать аммиакаты с низкой, а летом - с более высокой температурой кристаллизации. Все аммиакаты транспортабельны, так как имеют высокий удельный вес и концентрацию азота.

Как и все аммонийные соли, особенно содержащие свободный аммиак, аммиакаты вызывают коррозию сплавов с медью, а аммиакаты с аммиачной селитрой окисляют и черные металлы. Поэтому для работы с ними требуются емкости из алюминия или его сплавов, из нержавеющей стали или обычные стальные цистерны с защитным коррозийным покрытием специальными лаками (эпоксидными смолами). Применяются также емкости из полимерных материалов.

По действию на урожай сельскохозяйственных культур аммиакаты в большинстве случаев равноценны твердым азотным удобрениям.

Растворы КАС (смеси водных растворов мочевины и аммиачной селитры ) готовятся в заводских условиях из неупаренных плавов этих удобрений с содержанием азота 28-32%. КАС имеют нейтральную или слабощелочную реакцию, представляют собой прозрачные или желтоватые жидкости с плотностью 1,26-1,33 г/см. В связи с сокращением ряда операций при производстве КАС в сравнении с твердыми азотными удобрениями (упаривание, грануляция и другие) значительно сокращаются затраты на производство единицы азота, а высокая плотность растворов удобрений повышает их транспортабельность.

Формы азотных удобрений

В системе удобрения азотом важен выбор формы азота. Азот в составе удобрений может быть в различных формах:

- Аммиачная (NH 4). Хорошо связывается с почвой, свободно усваивается растением, в том числе при низких температурах. Аммиачная форма способствует росту корневой системы, кущения, лучшему усвоению фосфора, серы, бора и др.. Рекомендуется вносить под озимую пшеницу рано весной, под сахарную свеклу под культивацию и подкормку. Хорошо усваивается на щелочных почвах. Желательно зарабатывать в почву.

Лучшая форма азота для предпосевного внесения. Содержится в селитре, аммиачной воде, сульфат аммония, аммофос, нитрофоске.

- Азотная (NO 3). Не задерживается почвой и легко вымывается в более глубокие слои, лучше работает при более высоких температурах. Есть данные, что 3 мм осадков вымывают нитраты на 1 см вглубь, т.е. если за месяц выпало 60 мм дождя, нитраты переместятся на 20 см глубже. Хорошо усваивается на кислых почвах. Эта форма азота положительно влияет на усвоение калия, магния и кальция. Нет нужды заворачивать в почву. Лучшая форма азота для подкормок. Ее следует применять в тех фазах вегетации, когда происходит интенсивный рост растений. Содержится преимущественно в различных видах селитры.

- Нитратно-аммиачная (NO 3 , NH 4). Наиболее универсальная форма азотных удобрений для предпосевного внесения и подкормки.

- Амидная (NH 2). В почве должна разложиться сначала к аммиачной форме, а позже к азотной. Усваивается растениями медленнее, чем азотная и аммиачная. Это медленно действующая форма азота. Чем выше температура, тем быстрее работает амидная форма азота. Положительно влияет на уменьшение аккумуляции нитратов в растении. ЕЕ обязательно заворачивать в почву.

Лучшим азотным удобрением для основного внесения является мочевина, в которой азот находится в амидной форме и не вымывается в глубь почвы. Однако при низких температурах азот из мочевины является труднее доступным для растений.

Селитра аммиачная (NH 4 N0 3 , (N34)). Аммонийно-нитратное удобрение в соотношении NH 4: NO 3 = 1:1. По эффективности аммиачная селитра часто занимает первое место среди азотных удобрений. Это лучшее удобрение для подкормки озимых зерновых и рапса. Применяется в системах удобрения во всех почвенно-климатических зонах Украины при предпосевном внесении и для подкормки. Водорастворимое, физиологически слабокислое, быстродействующее азотное удобрение.

Удобрение концентрированное, почти не содержит балластных соединений и быстро растворяется в воде. Характерная особенность аммиачной селитры заключается в том, что катионы аммония удобрения поглощаются грунтовым комплексом но не вымываются в нижние слои почвы и пролонгировано поглощаются корневой системой растений. Ионы нитратного азота удобрения не поглощаются почвенными коллоидами, находятся в подвижном состоянии и быстро усваиваются. Это актуально при ранней весенней подпитке, когда процессы нитрификации в почве еще не происходят.

Аммонийная и азотная формы азота легко поглощаются растением. Рекомендуемые средние нормы внесения аммиачной селитры 3-4 ц / га, до 6 ц / га.

Целесообразно применять весной для подкормки озимых культур, яровых зерновых, масличных, сахарной свеклы.

В условиях достаточного увлажнения возможно вымывание нитратной формы азота, поэтому используют селитру для весенне-летних подкормок, или вносят весной с заделкой в ​​почву перед посевом. В районах с недостаточным обеспечением влагой ее можно вносить с осени. Селитру используют также для подкормки пропашных и овощных культур с обязательной одновременной заделкой в ​​почву культиватором при междурядном рыхлении.

При обработке гранул селитры на химических заводах специальными антиусадочными веществами (лиламин) ее можно хранить в полипропиленовой таре 6-8 месяцев.

Селитра аммиачная является хорошим компонентом для производства смесей минеральных удобрений.

Известково-аммиачная селитра (NH 4 NO 3 + CaCO 3 , (N27Ca12)). Универсальное, азотно-карбонатное, нейтральное удобрение. Характеризуется высокой эффективностью на кислых почвах. Известково-аммиачная селитра имеет лучшие физико-механические свойства по сравнению с аммиачной селитрой и карбамидом. Не подкисляет почву.

Натриевая селитра (NaNO 3 , (N15-16)). Хорошо растворима в воде. Удобрение физиологически щелочное. При внесении в почву нитратный азот остается в почвенном растворе, а натрий поглощается грунтовым впитывающим комплексом. Азот легко усваивается растениями, однако существенным недостатком его является способность вымываться и теряться. Рекомендуется вносить на кислых почвах.

Сульфат аммония ((NH 4) 2SO 4 , (N21 S24)). Это кристаллическая соль белого, желтоватого или серого цвета, хорошо растворимая в воде.

Удобрение более физиологически кислое, чем аммиачная селитра. Рекомендуется для внесения на некислых (насыщенных основаниями) почвах и на кислых при известковании.

Можно вносить осенью. Удобрение ценное содержанием серы. Медленно действующее удобрение для основного или предпосевного внесения.

При внесении в почву сульфат аммония быстро растворяется. Аммонийная группа поглощается грунтовым впитывающим комплексом, удерживает азот от вымывания. Благодаря хорошей сорбции в почве, не вымывается и является единственным источником азота для растений длительный срок.

Если использованы при основном внесении удобрения не содержали серы, то сульфатом аммония можно подкормить картофель, лучше через 8-15 дней после высадки клубней. Рассеянные удобрения заделывают в почву при механических рыхлениях.

Одноразовое внесение сульфата аммония даже на подзолистых почвах существенно не сказывается на изменении реакции почвенного раствора, а систематическое применение этого удобрения на подзолистых и оподзоленных почвах приводит к подкислению почвенного раствора. Эту особенность удобрения учитывают при его использовании, проводя одновременно известкование почвы.

На черноземах применение сульфата аммония на развитие растений отрицательно не влияет.

Карбамид (мочевина) ((NH 2) 2CO, (N46)). Амидные удобрения - наиболее концентрированное среди твердых азотных удобрений. Синтезируется из двух газов СО 2 и NH 3 при температуре 185-200°С и давлении 180-200 атмосфер. Водорастворимое, медленно действующее безнитратное удобрение с почти нейтральной реакцией.

Применяется в системах удобрения во всех почвенно-климатических зонах Украины в основное внесение и для внекорневой листовой подкормки. В системе удобрения ярых зерновых культур вносят в предпосевную культивацию. Целесообразнее карбамид использовать под культуры с длинным вегетационным периодом - свеклу, кукурузу на зерно. В почве амидная форма трансформируется в аммиачную, а позже - нитратную. Процесс этот происходит медленно, поэтому азот из мочевины равномерно усваивается растениями в течение вегетации, излишне не накапливается в растении и в грунтовых водах. Мало вымывается из почвы, потери азота в почве минимальные. Удобрение не должно содержать более 0,8% биурета и 0,3% воды, особенно это важно в слоеного внесения. Амидная форма азота способна быстро усваиваться через листовую поверхность.

В процессе грануляции в карбамиде образуется биурет. По содержания 3% биурет является токсичным для растений, поэтому внесение непосредственно перед посевом угнетает развитие растений. В почве биурет полностью разлагается за 10-15 дней - этот интервал рекомендуется выдержать между внесением карбамида в почву и посевом. По содержании биурета 0,8% и ниже он не оказывает отрицательного влияния на проростки растений независимо от срока внесения удобрения (можно вносить непосредственно перед посевом).

Чем выше температура почвы, тем лучше и быстрее усваивается азот из карбамид. На почвах очень кислых или свежо известкованных дает меньший эффект. Меньшая эффективность также на переувлажненных, холодных почвах и при ранневесеннем внесении на озимых.

Одноразовое внесение мочевины не должно превышать 2,5 ц/га. Карбамид нужно зарабатывать в почву, так как потери при поверхностном внесении выше на 20-30%, чем в селитры. При поверхностном внесении NH 4 NO 3 потери азота составляют 1-3%, а CO (NH 2), - уже 20-30%. При поверхностном внесении карбамида на почву без немедленной заделки газообразные потери азота в виде аммиака могут достигать 30-50%.

Допустимая концентрация раствора карбамида для внекорневой подкормки зерновых 5-30%. Содержание биурета при этом не должен превышать 0,3%.

Аммиачная вода ((NH4OH), (N20)). Раствор аммиака в воде. Массовая доля азота 20,5%. Удобрение физиологически кислое. Азот содержится в формах свободного аммиака (NH 3) и аммония (NH 4 OH). Содержание аммиака больше, чем аммония. Чтобы избежать потерь азота, лучше вносить под вспашку или после вспашки, перед посевом озимых на глубину 10-18 см, весной перед посевом ярых культур и летом для подпитки пропашных.

Поверхностное внесение недопустимо, поскольку аммиак быстро испаряется.

Группы фосфорных удобрений

По степени растворимости фосфорные удобрения делят на три групп ы:

1. Водорастворимые и легкодоступные для всех растений (однозамещенные фосфаты: Са (Н 2 РO 4) 2, Mg (H 2 PO 4) 2, K 2 H 2 PO 4 , NaH 2 PO 4 , NH 4 H 2 PO 4 и др..) - различные виды суперфосфатов, аммофос, нитроаммофоски.

2. Нерастворимые в воде, но растворимы в слабых кислотах (лимонной) или в щелочно-лимонных растворах (двузамещенный фосфаты: СаНРO 4 , MgHPO 4) - частично доступны для питания растений.

3. Нерастворимые в воде и слабых кислотах (трехзамещенный: Са 3 (РO 4)2, Mg 3 (PO 4)2) - труднодоступные для растений - фосфоритная мука. Частично может использоваться культурами, корневая система которых способна выделять слабые органические кислоты (гречиха, горчица, люпин, горох).

Коэффициент усвоения фосфора очень низкий (15-30%) в результате быстрого преобразования внесенного растворимого фосфора на малодоступные для растений фосфаты. Поэтому для увеличения содержания подвижных фосфатов в почве, на супесчаных и песчаных почвах рекомендуется внести Р40-60, на легко-и среднесуглинистых - Р60-90 и тяжелосуглинистых - Р90-120.

Суперфосфат гранулированный . Ca (H 2 PO 4) 2-H 2 O + H 3 PO 4 +2CaS0 4 , (P20 S11 Ca30)

Физиологически кислое, водорастворимое фосфорное удобрение. Содержит более 30% сульфата кальция, который имеет практическое значение как источник серы (11%). Используется для основного и допосевного внесения в системах удобрения во всех почвенно-климатических зонах Украины, для всех культур. Характеризуется медленным и равномерным высвобождением элементов питания. В состав удобрения входят микроэлементы: В, Cu, Mn, Mo, Zn. Ценное удобрение для крестоцветных культур (рапса и др.), и бобовых.

Суперфосфат аммонизированный гранулированный.

NH 4 H 2 PO 4 + Ca (H 2 PO 4) 2 х H 2 O + CaSO 4 + H 3 PO 4 - марка N3: P17: S 12

Применяется в системах удобрения во всех почвенно-климатических зонах Украины. Кроме 3% азота и 17% фосфора, содержит 12% серы (40-55% сульфата кальция CaS0 4), что особенно ценно на почвах, где необходимо в систему удобрения дополнительно включать серосодержащие удобрения. Лучше использовать под бобовые, крестоцветные масличные культуры, требовательные к питанию серой.

Нормы внесения удобрения рассчитываются по результатам агрохимических анализов почвы, климатических условий, биологических потребностей и программируемой урожайности. Оптимальная норма суперфосфата аммонизированного для озимой пшеницы составляет 3-6 ц/га, для сахарной свеклы - 5-8 ц/га. Лучший способ внесения - по стерне перед вспашкой.

Удобрение химически кислое, водорастворимое. Вследствие нейтрализации кислотной действия аммиаком, он не подкисляет почву в отличие от суперфосфата. Имеет минимум на 10% более высокую эффективность по сравнению с традиционным суперфосфатом.

Фосфоритная мука. Са 3 (РO 4)2 х СаСO 3 , (P18-20 Ca3 4)

Содержит тризамещенный фосфор в форме Са 3 (РO 4)2, который не растворим в воде, а лишь в слабых кислотах. Большое значение в повышении эффективности фосфоритной муки имеет степень помола. Чем мельче, тем лучше. Допускается остаток частиц, которые не проходят через отверстия сита диаметром 0,18 мм, не более 10%.

Фосфор в удобрении находится в труднодоступной форме. Эффективность его повышается на кислых почвах с рН 5,6 и ниже.

Доступность фосфора из муки для большинства культур низкая. Усваивают его только культуры, корневая система которых имеет кислотные выделения, а именно: люпин, гречиха, горчица. Злаковые культуры плохо усваивают фосфор из этого удобрения.

Эффективность фосфорной муки значительно повышается при компостировании ее с органическими удобрениями. Способствует переводу фосфора в доступные формы посев сидератов, особенно горчицы белой, которая его хорошо усваивает. Следующая культура использует уже фосфор, который высвобождается при разложении биомассы сидератов.

Норма внесения фосфорной муки под основную обработку составляет 5-20 ц/га один раз в 5-6 лет для обеспечения фосфором и особенно кальцием. Это удобрение является прежде хорошим мелиорантов для коренного улучшения почвы, в частности уменьшение его кислотности.

В таких удобрениях как нитрофос, нитрофоска более половины фосфора находится в труднодоступном состоянии, поэтому их целесообразно вносить на кислых почвах в основное удобрение (под вспашку).

Калийные удобрения

Калий хлористый гранулированный, калий хлористый мелкозернистый (КС1, (К 6 0))

В мире, среди всего ассортимента калийных удобрений, бол ьше используется калия хлористого - 80-90%.

Применяется в системах удобрения во всех почвенно-климатических зонах Украины (кроме солонцеватых почв) под основную обработку почвы для культур, которые не чувствительны к вредному воздействию хлора. При внесении под вспашку хлор промывается в глубокие слоя почвы, что снижает возможность попадания в растение. Это высококонцентрированное удобрение, водорастворимое, физиологически кислое.

Калийная соль ((KCl + NaCl), (K 4 0)). Удобрение водорастворимое, физиологическая кислое. Содержит 20% NaCl 2-3% MgCl. Применяется во всех почвенно-климатических зонах осенью под основную обработку почвы для культур (свекла, зерновые, злаковые травы), которые не чувствительны к вредному воздействию хлора.

Калимагнезия ((K 2 SO 4 х MgSO 4 х 6H 2 O), (K28 Mg8 S15)). Производится две марки: в марке «А» содержание калия составляет 28%, в марке "В" - 25%.

Содержание магния в обоих марках - 8%. Применяется во всех почвенно-климатических зонах. Высокая эффективность удобрения наблюдается на почвах, которые имеют низкую обеспеченность магнием и на культурах, чувствительных к вредному воздействию хлора (гречка, картофель, соя, горох, лен, овощи, табак, виноград). Благодаря наличию магния, который положительно влияет на ростовые процессы, синтез углеводов, удобрение особенно эффективно на легких почвах.

Ценным является также содержание серы, который может достигать 15%. Это одно из лучших удобрений.

Каинит естественный ((КСl х MgSO 4 x ЗН 2 O)). Сырое, низкоонцентрированное удобрение, массовая доля калия (К 2 0) составляет не менее 9,5%, 6-7% MgO, 22-25% Na 2 0.

Имеет вид темно-серых или красных крупных кристаллов. Удобрение водорастворимое, хлорное. Рекомендуется применять с осени под основную обработку почвы под сахарную, кормовую свеклу, многолетние травы. Предлагается насыпью. Недостатком его является низкое содержание калия и высокое содержание хлора. На 1 кг К 2 O приходится 3,3 кг хлора. Ценным является содержание магния, серы, натрия.

Сульфат калия (K 2 S0 4 , (K45-52 S45)). Ценное бесхлорное калийное удобрение, физиологически кислое (рН-4), водорастворимое. Рекомендуют вносить под все культуры, особенно чувствительные к хлору. Ценное удобрение для овощных культур, для применения в теплицах. Наличие серы делает это удобрение очень ценным для внесения под крестоцветные, бобовые и другие культуры, положительно реагируют на удобрения серой.

Подходящие для подпитки в растворенном виде. Внекорневую подкормку проводят с концентрацией рабочего раствора 1-3%.

Концентрация рабочего раствора для фертигации: теплицы -0,01-0,05% (0,1-0,5 кг на 1000 л воды), открытый грунт - 0,01-0,1% (0,1-1 кг 1000 л воды).

Это удобрение очень дорогое, что ограничивает его использование.

Комплексные удобрения

Преимущества комплексных удобрений:

В одной грануле содержится два и более элем ентов минерального питания, что обеспечивает их высокую позиционную доступность растениям;

Высокое качество грануляции: равномерность внесения;

Концентрированные, содержат меньше балластных соединений, возможно применение в условиях недостаточного увлажнения;

Выпускаются различных марок с широким спектром использования на всех типах почв и обеспечения физиологических особенностей различных сельскохозяйственных культур;

Обеспечивают постоянную урожайность, улучшенное качество и экологичность продукции, которую можно применять для детского и диетического питания;

Обеспечивают снижение расходов на транспортировку, хранение и использование.

Нитроаммофоска (азофоска) (N16P16K1 6). Одно из лучших удобрений. Удобрение - концентрированное, азотно-фосфорно-калийное, гранулированное, выпускается различных марок с различным содержанием и соотношением элементов минерального питания: N: P: K = 16:16:16, 15:15:15 и другие.

Главные элементы минерального питания содержатся в форме водорастворимых и легкодоступных для растений соединений: NH 4 H 2 PO 4 , (NH 4), HPO 4 , NH 4 NO 3 , NH 4 Cl, KCl, KNO 3 , CaHPO 4

Фосфор нитроаммофоски более подвижный в почве, чем фосфор суперфосфата, и легко усваивается растениями. Каждая гранула содержит одинаковое количество азота, фосфора и калия, полезные вещества равномерно распределяются в почве, превосходя по этому показателю туковые смеси.

Физиологически нейтральное удобрение. Эффективность удобрения нитроаммофоской повышается при дополнительном внесении азотных удобрений. Оптимальная норма внесения нитроаммофоски под сахарную свеклу 8-10 ц/га, под озимую пшеницу 5-8 ц/га. Осенью вносится 3-4 ц/га после зерновых предшественников, где солома используется как удобрение. После других (лучших) предшественников норма осеннего внесения - не более 1-2 ц/га.

Лучше использовать нитроамофоску для ранневесенней подпитки (3-5 ц/га) озимой пшеницы по таломерзлой почве. Очень важно для первой подкормки озимых вместо селитры использовать нитроамофоску на площадях, где под основную обработку не внесен фосфор и калий, или норма внесения этих удобрений недостаточна для формирования программируемого урожая.

Диаммофоска марки 10:26:26. Удобрение высококонцентрированное, гранулированное, содержит значительно меньше свободных химических кислот по сравнению с нитроаммофосками, поэтому считается химически нейтральным. Биогенные элементы содержатся в формах водорастворимых и легкодоступных растениям соединений: NH 4 H, PO 4 , (NH) 3HPO 4 , NH 4 NO 3 , NH 4 Cl, KCl, KNO 3 .

Целесообразно использовать осенью под озимые культуры, ячмень пивоваренный и для подкормки сахарной, столовой свеклы, картофеля, овощных культур в период вегетации. Диаммофоску можно вносить поверхностно с последующей заделкой в ​​почву, но и целесообразно использовать локально в почву ленточным способом на глубину 8-10 см.

Селитра калиевая (нитрат калия) (KNO 3), (N14, K46). Концентрированное азотно-калийное физиологически нейтральное удобрение. Мелкий кристаллический порошок. Полностью водорастворимое удобрение. Не содержит солей (Сl и Na) и соединений тяжелых металлов. Азот в нитратной форме не испаряется, улучшает поглощение других катионов (Са, Mg ...).

Нитрат калия является важным источником пополнения растений калием. Подходит для всех культур на всех фазах развития.

Соотношение азота и калия (1:3,5) в удобрении позволяет применять его для питания всех сельскохозяйственных культур, оно особенно эффективно на почвах, которые имеют средний и повышенный уровень обеспечения соединениями фосфора.

Лучше применять весной, поскольку при внесении осенью нитратный азот, содержащийся в удобрении, вымывается за осенне-зимний период осадками в нижние слои почвы, что приводит к загрязнению грунтовых вод, и он становится почти недоступным для питания растений.

Применяется в системах питания культур, чувствительных к вредному воздействию хлорных калийных удобрений.

Рекомендуется применять в системе фертигации и для листовых подкормок. Используется для внекорневой листовой подкормки озимой пшеницы в фазе колошения в дозе 3-6 кг/га на объем рабочего раствора 200-250 л воды на гектар, а также для приготовления смесей минеральных удобрений.

Одно из лучших удобрений для использования с капельным орошением. Для тепличных растений до 0,5% концентрации (50 г на 10 л воды), для растений открытого грунта - 0,5-1,0% концентрации (50-100 г на 10 л воды).

Кальциевая селитра (нитрат кальция) 5Ca (NO 3) 2 + NH 4 NO 3 x 10Н 2 О, (N15, Ca26).

Физиологически щелочное удобрение, хорошо растворяется в воде, гигроскопиченое. Содержит водорастворимый кальций, который легкодоступен для питания растений. Лучше применять на кислых дерново-подзолистых почвах. Характеризуется быстрым действием даже при неблагоприятных климатических условиях: низкая температура, избыточная влажность, засуха, низкая рН. Использование кальциевой селитры способствует поглощению ионов кальция, магния, калия и других катионов благодаря нитратного азота, который входит в состав удобрения. Высокая эффективность кальциевой селитры наблюдается при применении локально в почву на глубину 8-10 см, хотя производственный опыт подтверждает неплохие результаты при внесении поверхностно. Потери нитратного азота удобрения при использовании незначительные.

Основные агрохимические особенности кальциевой селитры:

Стимулирует развитие корневой системы (активной зоны корни - корневых волосков) и вегетативный рост и развитие сельскохозяйственных и декоративных культур (свекла сахарная, кормовая, столовая, картофель, рапс озимый и яровой, кукуруза зерновая и силоса, соя, капуста, томаты, огурцы, фасоль, петрушка, яблони, земляники, розы, хризантемы, гвоздики)

Улучшает формирование мембран и стенок клеток у растений;

Активизирует деятельность ферментов и обмен веществ в растениях;

Улучшает процессы фотосинтеза, транспортировки углеводородов и усвоения азота в растениях;

Повышает устойчивость растений к стрессовым факторам окружающей среды, грибковых и бактериальных болезней, которые возникают из-за дефицита кальция - сливочная гниль помидоров, перцев, побурение мякоти картофеля, горькой ямковитости плодов яблок.

Улучшает лежкость овощей и фруктов при хранении и транспортировке;

Повышает урожайность на 10-15%, улучшает товарный вид и вкусовые качества овощей и фруктов;

Физиологическое щелочное удобрение (1 ц эквивалентный 0,2 ц СаС0 3), которое эффективно на кислых и солонцеватых почвах.

Кальциевая селитра также используется для некорневого листовой подкормки в концентрации 0,5-2,0%, особенно при появлении симптомов дефицита кальция в растениях. Высокая эффективность от внекорневой подкормки кальциевой селитрой наблюдается в регионах с жарким засушливым климатом и высокой солнечной инсоляцией. Рекомендуется применять на свекле, овощах, рапсе, пшеницы и др..

Нельзя смешивать нитрат кальция с удобрениями, содержащими фосфаты и сульфаты.

Аммофос (NH 4 H 2 PO 4 , (N12, P52)). Сложное высококонцентрированное азотно-фосфорное гранулированное удобрение. Соединения азота и фосфора, содержащихся в удобрении, являются водорастворимыми (содержание водорастворимого моноамонийфосфат (NH 4 H 2 P0 4) - 85-90%, а цитраторозчинного диаммонийфосфата (NH 4) 2HPO 4 - 10-15%) и легкодоступными для растений. Применяется в системах удобрения во всех почвенно-климатических зонах Украины.

Оптимальная норма внесения под озимую пшеницу 1-2 ц/га, под сахарную свеклу - 2-4 ц/га, лучше по стерне перед вспашкой. Фосфор аммофоса меньше связывается почвой, чем фосфор суперфосфата. Вероятно причиной этого является образование аммония, который способствует растворению фосфатов и превращению их в более доступные для растений формы.

В аммофосе фосфор более подвижный, чем в суперфосфате. Характер преобразования аммофоса в дерново-подзолистой почве, в значительной степени зависит от уровня его окультуренности. На кислых почвах аммофос как наиболее растворимая форма быстрее других удобрений ретроградировал, что приводило к снижению содержания в почве минеральных фосфатов и увеличение фракции органического фосфора и недоступных фосфатов по сравнению с почвой, удобренной суперфосфатом. Известкование таких почв тоже не уменьшило объемов ретроградации фосфора аммофоса. На нейтральных и слабощелочных почвах аммофос обеспечивает более благоприятный фосфорный режим по сравнению с суперфосфатом.

Жидкие комплексные удобрения марок 8-24-0 ; 10-34-0. Это растворы азота и фосфора. Марка ЖКД 8-24-0 изготавливается на основе выпаренной ортофосфорной кислоты, а марка ЖКД 10-34-0 - на основе суперфосфорной кислоты.

Аммиачная форма азота в удобрениях химически связана с орто-и полифосфорными кислотами и поэтому транспортируется в негерметично закрытой таре и вносится на поверхность почвы без одновременного посева.

В системе минерального питания ЖКД 10-34-0 можно использовать с гербицидами, макро-и микроудобрениями, стимуляторами роста в одном рабочем растворе, соответственно повышается агроэкономическая эффективность интенсивных технологий выращивания сельскохозяйственных культур. Удобрение вносится также ленточным способом локально в почву на глубину 8-10 см специальными машинами-растениепитателями. Применяется в системах минерального питания всех почвенно-климатических зон Украины. Целесообразно применять в зоне недостаточного увлажнения и на карбонатных почвах, насыщенными основами, с щелочным рН.

Монокалийфосфат (КН 2 РO 4 , (К34, Р50)). Одно из самых концентрированных фосфорнокалийних удобрений. Полностью водорастворимое, имеет высокий уровень усвоения растениями. Повышает урожайность и качество плодов и овощей вследствие увеличения содержания сахаров и витаминов, улучшает зимовку декоративных деревьев и кустов. Для листовой подкормки используют раствор 0,1-0,2% концентрации.

Используется преимущественно в системах капельного полива, гидропоники и для внекорневой подкормки овощных, плодовых, декоративных культур, виноградников на всех типах почв и субстратов.

Массовая доля фосфора (P 2 O 5 - 52%, Р - 23%) и калия (К 2 O - 34% К - 28%) является высокой. Поэтому удобрение также применяется для производства жидких и твердых смесей минеральных удобрений.

Применение удобрения повышает устойчивость растений к поражению грибковыми болезнями.

Монокалийфосфат нельзя смешивать с препаратами, содержащими кальций и магний.

Нитрат магния (N 9 Mg 8). Полностью водорастворимое удобрение для листовой подкормки в теплицах и открытом грунте. Обеспечивает потребность растений в магнии в период вегетации.

Норма внесения на зерновых культурах и травах - 10-20 л в 400 л воды на 1 га, на картофеле и корнеплодах - 6-10 л в 400 л воды на 1 га, на овощных культурах - 4 л в 400 л воды на 1 га.

Сульфат магния (MgS0 4 x H 2 O, Mg26 S21). Ценный источник магния и серы для сельскохозяйственных культур. Водорастворимое удобрение, как примеси содержит Na 2 0 (0,1%), Cl (0,2%), Fe (0,01%), Mn (0,01%).

Используют для основного внесения под овощные (70-150 кг/га), полевые (120-160 ц/га) и плодовые (300-500 кг/га) и для подкормок - 30-50 кг/га раз в 10-20 дней.

Листовое внесении проводят 1 раз в 3-4 недели раствором 1,5-2% во время вегетации. Быстро ликвидирует недостаток магния в листьях.

Высокоэффективный - применяется в норме вдвое ниже, чем сернокислый магний семивидный (эпсомит). Эпсомит (MgS0 4 х 7Н 2 0) применяется в 5%-ной концентрации, а кизерит (MgS0 4 х H2O) - в 2,5%-ной концентрации.

Азотные удобрения - азотосодержащие вещества, которые используются для повышения содержания азота в почве. В зависимости от формы азотного соединения, однокомпонентные азотные удобрения подразделяются на шесть групп. Используются в основной прием как припосевные удобрения и в качестве . Производство основано на получении синтетического аммиака из молекулярного водорода и азота.

Показать все

Группы азотных удобрений

В зависимости от содержащегося азотного соединения, однокомпонентные азотные удобрения подразделяются на шесть групп:

• ( , );
• ( , хлористый аммоний);
• Амидные ();
• ( , (КАС);

Нитратные удобрения

Нитратные удобрения содержат в нитратной форме (NO 3 -). К этой группе относятся NaNO 3 и Ca(NO 3) 2 .

Нитратные удобрения являются физиологически щелочными и сдвигают реакцию почвы от кислой к нейтральной. В связи с этим свойством их использование очень эффективно на кислых дерново-подзолистых почвах. Не рекомендуется использование на засоленных почвах.

Азотные удобрения (по формам азота)

Аммонийные удобрения - вещества, содержащие в форме катиона аммония NH 4 + .

К ним относятся сульфат аммония (NH 4) 2 SO 4 , сульфат аммония-натрия (NH 4) 2 SO+Na 2 SO 4 или Na(NH4)SO4*2H2O), хлористый аммоний NН 4 Сl.

Производство аммонийных удобрений проще и дешевле, чем нитратных, поскольку окисление аммиака в азотную кислоту не требуется.

Хлористый аммоний (хлорид аммония)

Хлорид аммония - мелкокристаллический порошок желтоватого или белого цвета. При 20°C в 100 м 3 воды растворяется 37,2 г вещества. Обладает хорошими физическими свойствами, при хранении не слеживается, малогигроскопичен.

Хлорид аммония получают как побочный продукт при производстве соды.

Аммонийно-нитратные удобрения содержат азот в аммонийной (NH 4 +) и нитратной форме (NO 3 -). К этой группе причисляют аммиачную селитру (NH 4 NO 3), сульфо-нитрат аммония ((NH 4) 2 SO 4 *2NH 4 NO 3 +(NH 4)SO 4), известково-аммонийную селитру (NH 4 NO 3 *CaCO 3).

Физико-химические свойства удобрения позволяют успешно использовать его в различных почвенно-климатических условиях. Обладает потенциальной кислотностью.

Известково-аммонийная селитра

Амидные удобрения

Амидные удобрения содержат в амидной форме (NH 2 -). К этой группе относится мочевина CO(NH 2) 2 . Азот в мочевине присутствует в органической форме в виде амида карбаминовой кислоты. Это наиболее распространенное твердое азотное удобрение. Применяется во все приемы внесения, но наиболее эффективно для .

Жидкие аммиачные удобрения - жидкие формы азотных удобрений. К этой группе относятся жидкий (безводный аммиак) NH 3 , аммиачная вода (водный аммиак), аммиакаты. Производство жидких аммиачных удобрений значительно дешевле, чем твердых солей.

При транспортировке емкости заполняют не полностью. Вещество нейтрально к чугуну, железу и стали, но сильно коррозирует цинк, медь и их сплавы.

Аммиакаты

Аммиакаты отличаются по концентрации общего азота, по соотношению его форм и разнообразны по физико-химическим свойствам.

Аммиакаты вызывают коррозию медных сплавов. Аммиакаты с аммиачной селитрой окисляют, кроме того, и черные металлы. Хранение и транспортировка аммиакатов возможны в емкостях из алюминия, его сплавов, нержавеющей стали или в обычных стальных цистернах с антикоррозийным покрытием эпоксидными смолами. Возможно применение емкостей из полимерных материалов.

(КАС)

Поведение в почве

Все однокомпонентные азотные удобрения хорошо растворимы в воде.

Нитратные формы

В теплое время года в почвах преобладают восходящие потоки влаги. А растения и микроорганизмы активно поглощают нитратный азот.

Аммиачные и аммонийные

Дальнейшие процессы нитрификации способствуют трансформации азота в нитратные формы и биологическому поглощению его растениями и микроорганизмами почвы.

С мочевиной

Таким образом, азотные удобрения изначально или в процессе нитрификации скапливаются в почве в нитратной форме, которая впоследствии подвергается денитрификации. Эти процессы протекают практически во всех типах почв, и именно с ними связаны основные потери азота.

С агрономической точки зрения, денитрификация является негативным процессом. Но с экологической стороны она играет позитивную роль, поскольку освобождает почву от не использованных растениями нитратов и уменьшает их поступление в сточные воды и водоемы.

Применение на различных типах почв

Эффективность внесения азотных удобрений зависит от почвенно-климатических условий региона. Наибольшая эффективность азотных удобрений наблюдается в районах достаточного увлажнения.

Бедные гумусом дерново-подзолистые почвы, серые лесные почвы, оподзоленные, выщелоченные черноземы

Супесчаные, песчаные почвы

Осушенные торфяно-болотные почвы

Оподзоленные и выщелоченные черноземы

Выщелоченные черноземы европейской части России

В степной зоне

Типичные черноземы

Обыкновенные и карбонатные черноземы

Обыкновенные черноземы

Обыкновенные и карбонатные черноземы Кубани, предгорий Северного Кавказа, североприазовские черноземы

Карбонатные черноземы Ростовской области, обыкновенные черноземы Поволжья

Каштановые почвы

Влияние на сельскохозяйственные культуры

Азотным удобрениям принадлежит ведущая роль в повышении урожайности различных сельскохозяйственных культур. Это связано с ролью азота как важного биологического элемента, играющего исключительную роль в жизни растений.

Достаточное снабжение азотом усиливает синтез органических азотистых веществ. У растений образуются мощные листья и стебли, интенсивность зеленой окраски усиливается. Растения хорошо растут и кустятся, улучшается формирование и развитие органов плодоношения. Эти процессы способствуют повышению урожайности и содержанию белка.

Однако необходимо учитывать, что односторонний избыток азота может задерживать созревание растений, способствуя развитию вегетативной массы при уменьшении развития зерна, корнеплодов или клубней. У льна, зерновых и некоторых других культур избыток азота вызывает полегание (фото) и ухудшение качества растениеводческой продукции.

Так, в клубнях картофеля может снизиться содержание крахмала. В корнеплодах сахарной свеклы снижается сахаристость и возрастает содержание небелкового азота.

При избытке азотных удобрений в кормах и овощах накапливаются потенциально опасные для здоровья человека и животных нитраты.

Получение азотных удобрений

Производство азотных удобрений основывается на получении синтетического аммиака из молекулярного азота и водорода.

Азот образуется при прохождении воздуха через генератор с горящим коксом.

Источники водорода - природный газ, нефтяные или коксовые газы.

Из смеси азота и водорода (соотношение 1: 3) при высокой температуре и давлении и в присутствии катализатора образуется аммиак:

N 2 + 3H 2 → 2NH 2

Синтетический аммиак идет на производство аммонийных азотных удобрений и азотной кислоты, которая используется для получения аммонийно-нитратных и нитратных удобрений.

Ягодин Б.А., Жуков Ю.П., Кобзаренко В.И. Агрохимия / Под редакцией Б.А. Ягодина.- М.: Колос, 2002.- 584 с.: ил (Учебники и учебные пособия для студентов высших учебных заведений).

Изображения (переработаны):

Азот - один из наиболее широко распространенных элементов в природе. Основными его формами на Земле являются связанный азот литосферы и газообразный молекулярный азот атмосферы, составляющий около 76 % воздуха по массе. Однако молекулярный азот атмосферы не усваивается высшими растениями. В почве сосредоточена лишь минимальная часть литосферного азота и только от 0,5 до 2 % почвенного азота доступно растениям. Этот азот представлен в форме NO-3 и NH+4-ионов.

Ионы NO-3 подвижны, плохо фиксируются в почве и легко вымываются почвенными водами в более глубокие слои почвы и водоемы. Содержание нитратов в почве возрастает весной, когда создаются условия, благоприятные для деятельности нитрифицирующих бактерий. Катион NH+4 менее подвижен, хорошо адсорбируется отрицательно заряженными частицами, меньше вымывается осадками.

Запасы азота в почве могут пополняться разными путями. При возделывании сельскохозяйственных культур вносят в почву минеральные и органические азотные удобрения. В естественных условиях основная роль принадлежит специализированным группам микроорганизмов. Это азотфиксаторы, усваивающие молекулярный азот атмосферы, а также почвенные бактерии, способные переводить в форму NO-3 и NH+4-ионов органический азот растительных и животных остатков.

Процесс превращения органического азота почвы в NH+4-ионы называется аммонификацией. Она осуществляется гетеротрофными микроорганизмами по схеме:

органический азот RNH2 + H2O ® NH3 + ROH

NH3 + H2O ® NH+4 + OH-

Биологическое окисление NH+4 до NO-3, то есть нитрификация - это двухступенчатый процесс, осуществляемый двумя группами автотрофных бактерий: Nitrosomonas и Nitrobacter. Nitrosomonas окисляют аммиак до азотистой кислоты:

2 NH3 + 3O2 ® 2HNO2 + 2H2O,

а Nitrobacter окисляют азотистую кислоту до азотной:

2HNO2 + О2 ® 2HNO3

Биологическая азотфиксация

Газообразный азот может превращаться в доступные для растений соединения в ходе химической и биологической азотфиксации. Химическое связывание N2 в форме NO-3 и NH+4-ионов в небольших размерах происходит в результате фотохимических процессов и электрических разрядов в атмосфере. Сейчас налажено промышленное производство азотной кислоты и аммиака из азота воздуха.

Однако основная масса азота, содержащегося в населяющих нашу планету живых организмах, своим происхождением обязана деятельности микроорганизмов, способных ассимилировать молекулярный азот атмосферы, восстанавливая его до аммиака. Этот процесс называется биологической азотфиксацией.

Микроорганизмы, осуществляющие биологическую азотфиксацию, разделяют на свободноживущие и живущие в симбиозе с высшими растениями. Группа свободноживущих азотфиксаторов включает бактерии родов Azotobacter, Beijerinckia, Clostridium, а также фотосинтезирующие бактерии и некоторые виды цианобактерий - сине-зеленых водорослей. Все они гетеротрофы и нуждаются в углеводном источнике питания. Бактерии родов Azotobacter и Beijerinckia поселяются на поверхности корней высших растений и используют корневые выделения. Заселение цианобактериями рисовых полей увеличивает урожай риса примерно на 20 %. Однако сельскохозяйственное значение свободноживущих азотфиксаторов невелико. В умеренном климате ежегодная фиксация ими азота составляет не более 20 - 40 кг азота на гектар.

К группе симбиотических азотфиксаторов относятся бактерии рода Rhizobium, образующие клубеньки на корнях бобовых растений и фиксирующие, в среднем, от 100 до 400 кг азота на га. Большое значение в природе имеют некоторые лишайники, представляющие собой симбиоз гриба и азотфиксирующих цианобактерий. Они развиваются в субарктических зонах, на скалах и других бесплодных участках, являясь, таким образом, пионерами заселения суши. В настоящее время насчитывается около 190 видов растений разных семейств, способных симбиотически усваивать азот. К их числу относятся некоторые деревья и кустарники: ольха, восковница, лох, облепиха и другие.

Инфицирование растения-хозяина начинается с проникновения бактерий рода Rhizobium в клетку корневого волоска. Затем бактерии мигрируют в клетки коры и вызывают интенсивное деление инфицированных клеток, что приводит к образованию клубеньков на корнях. При этом сами бактерии превращаются в бактероиды, которые в 40 раз больше по объему исходной бактерии.

Молекула азота (NN) химически инертна. Для разрыва трех ее ковалентных связей в химическом процессе синтеза аммиака требуются катализаторы, высокие температура и давление. Биологическая фиксация азота осуществляется при невысокой температуре и нормальном давлении, что свидетельствует об очень высокой эффективности участвующего в этом процессе фермента нитрогеназы. Фермент состоит из двух компонентов: высокомолекулярного (200-250 кДа) Mo, Fe-белка и низкомолекулярного (50-70 кДа) Fe-белка. Субстрат N2 связывается и восстанавливается на Mo, Fe-белке, а Fe-белок служит переносчиком электронов от ферредоксина на Mo, Fe-белок. Реакция сопряжена с гидролизом АТФ. Для восстановления N2 до NH3 требуется 6 электронов, которые расходуются в три этапа:

2`e + 2H+ 2`e + 2H+ 2`e + 2H+

NN ¾¾¾® HN = NH ¾¾¾® H2N - NH2 ¾¾¾® 2 NH3

Поскольку нитрогеназный комплекс разрушается в присутствии кислорода, у азотфиксирующих микроорганизмов используется ряд механизмов для его защиты. У Rhizobium эту функцию выполняет гемсодержащий белок легоглобин или леггемоглобин, обладающий очень высоким сродством к кислороду. Он синтезируется клетками растения-хозяина и встраивается в мембрану бактероида. Функционирующий в бактероидах цикл Кребса служит источником субстратов для окисления в электрон-транспортной цепи, осуществляющей синтез АТФ, обеспечивает нитрогеназу электронами через ферредоксин, поставляет a-кетоглутаровую кислоту, которая, реагируя с NH-4, образует глютаминовую аминокислоту, транспортируемую затем в клетки растения-хозяина.

Редукция нитрата

В органические соединения включается только аммонийный азот, поэтому ионы нитрата, поглощенные растением, восстанавливаются в клетках до аммиака. Редукция нитрата в растениях осуществляется в два этапа. Сначала происходит восстановление нитрата до нитрита, сопряженное с переносом 2 электронов и катализируемое ферментом нитратредуктазой:

NO-3 + НAД(Ф)Н + Н+ ¾¾¾® NO-2 + НАД(Ф)+ + Н2О

Грибы и зеленые водоросли в качестве донора электронов используют восстановленный никотинамидадениндинуклеотидфосфат восстановленный (НАДФН). У высших растений фермент имеет сродство к никотинамидадениндинуклеотиду восстановленному (НАДН), который образуется в ходе реакций гликолиза и цикла Кребса.

Нитриты, образующиеся на первом этапе редукции нитратов, быстро восстанавливаются до аммиака ферментом нитритредуктазой. Она в качестве донора электронов использует восстановленный ферредоксин:

NO-2 + 6 Фдвосст. + 8 Н+ ¾¾¾® NH+4 + 6 Фдокисл. + 2 Н2О

Обе эти реакции происходят в листьях и корнях. В зеленых частях растения нитритредуктаза локализована в хлоропластах. Восстановитель ферредоксин получает электроны прямо из фотосинтетической электронтранспортной цепи. В корнях нитрит восстанавливается в пропластидах. Так как в корнях ферредоксин отсутствует, то источником электронов служит НАДФН, образующийся в пентозофосфатном пути дыхания.

Пути ассимиляции аммиака

Аммиак, поступивший в растение из почвы, образовавшийся при восстановлении нитратов или в процессе фиксации молекулярного азота, усваивается растениями с образованием аминокислот и амидов. Фермент глутаматдегидрогеназа катализирует восстановительное аминирование a-кетоглутаровой кислоты с образованием глютаминовой кислоты. На первом этапе реакции субстраты соединяются с образованием иминокислоты, которая затем восстанавливается в глютаминовую кислоту при участии НАД(Ф)Н. Оба этапа обратимы:

СООН H2O СООН СООН

½ ¯ ½ НАД(Ф)Н + Н+ ½

С=О + NH3 ¾¾¾® C = NH ¾¾¾® СН - NH2

½ ¾¾¾ ½ ¾¾¾ ½

СН2 ­ CH2 ¯ CH2

½ H2O ½ НАД+ ½

СООН COOH COOH

a-кетоглутаровая кислота a-иминоглутарат глютаминовая кислота

Глютаматдегидрогеназа (мол. масса 200-300 кДа) обнаружена в листьях и корнях у всех высших растений, но в корнях ее активность выше. Фермент локализован преимущественно в митохондриях, хотя имеется в цитоплазме и в хлоропластах. Он состоит из 4-6 субъединиц. Это фермент обратимого действия и зависит от рН. Оптимум рН для аминирования на 1,5 единицы выше, чем для дезаминирования.

Глютаминсинтетаза катализирует реакцию, в которой глютаминовая кислота функционирует как акцептор NH3 для образования амида глютамина. Для этой реакции необходима АТФ:

СООН СООН

С - NH2 + NH3 + АТФ СН - NH2 + АДФ + Фн

СООН О=C-- NH2

Глютаминовая кислота глютамин

Ионы марганца, кобальта, кальция и магния являются кофакторами глютаминсинтетазы. Фермент обнаружен во всех органах растений и локализован в цитоплазме.

Помимо a-кетоглутаровой кислоты, играющей основную роль в первичном связывании аммиака, роль акцепторов аммиака в растениях могут выполнять и другие органические кислоты, которые с помощью соответствующих ферментов взаимодействуют с NH3, образуя так называемые первичные аминокислоты. Они же служат акцептором аминогрупп в различных реакциях переаминирования. К числу этих органических кислот относятся щавелевоуксусная, пировиноградная, гидроксипировиноградная, глиоксиловая и другие, в процессе восстановительного аминирования которых получаются соответственно аспарагиновая кислота, аланин, серин, глицин.

Принято считать, что образование аспарагина преобладает в том случае, когда происходит распад белков в семенах. В клетках корня и листьев растущего растения идет, главным образом, образование глютамина. Таким образом, образование аспарагина - это путь обезвреживания аммиака, появляющегося при распаде белка - так называемая регрессивная ветвь азотного обмена, тогда как синтез глютамина - это путь обезвреживания аммиака при синтезе белка - прогрессивная ветвь азотного обмена.

Роль амидов в растении разнообразна. Это не только форма обезвреживания аммиака, это и транспортная форма азотных соединений, обеспечивающая отток их из одного органа в другие. Кроме того, амиды и их предшественники аминокислоты являются материалом для создания многих других аминокислот в реакциях переаминирования, когда аминогруппа аминокислоты обменивается с кетогруппой кетокислоты с образованием аминокислоты.

Лекция 11. Тема: «Минеральное питание растении»

План лекции:

Фосфор

Растения поглощают из почвы свободную ортофосфорную кислоту и ее двух- и однозамещенные соли, растворимые в воде, а также и некоторые органические соединения фосфора, такие как фосфаты сахаров и фитин.

Содержание фосфора в растениях составляет около 0,2 % на сухую массу. Фосфор входит в состав нуклеиновых кислот, нуклеотидов, фосфолипидов и витаминов. Многие фосфорсодержащие витамины и их прозводные являются коферментами. Для фосфора характерна способность к образованию химических макроэргических связей с высоким энергетическим потенциалом. АТФ является энергетической валютой в живых организмах. Фосфорилирование, то есть присоединении остатка фосфорной кислоты, активирует клеточные белки и углеводы и необходимо для таких процессов, как дыхание, синтез РНК и белка, деление и дифференцировка клеток, защитные реакции против патогенов и т.д..

Основной запасной формой фосфора у растений является фитин - кальций-магниевая соль инозитфосфорной кислоты. Содержание фитина в семенах достигает 2 % от сухой массы, что составляет 50 % от общего содержания фосфора.

При дефиците фосфора снижается скорость поглощения кислорода, снижается активность дыхательных ферментов, локализованных в митохондриях, и активируются ферменты (оксидаза гликолевой кислоты, аскорбатоксидаза) немитохондриальных систем окисления, происходит распад фосфорорганических соединений, тормозится синтез белков и свободных нуклеотидов. Наиболее чувствительны к недостатку фосфора молодые растения. Симптомом фосфорного голодания является синевато-зеленая окраска, в первую очередь, старых листьев нередко с пурпурным из-за накопления антоцианов или бронзовым оттенком (свидетельство задержки синтеза белка и накопления сахаров). Листья становятся мелкими и более узкими. Приостанавливается рост растений, задерживается созревание урожая.

Сера

В почве сера находится в органической и неорганической формах. Органическая сера входит в состав растительных и животных остатков. Основные неорганические соединения серы в почве – сульфаты (CaSO4, MgSO4, Na2SO4). В затопляемых почвах сера находится в восстановленной форме в виде FeS, FeS2 или H2S.

Растения поглощают из почвы сульфаты и в очень незначительных количествах серосодержащие аминокислоты. Содержание серы в растениях составляет около 0,2 %. Однако в растениях семейства крестоцветных ее содержание значительно выше. Сера содержится в растениях в двух основных формах - окисленной в виде неорганического сульфата и восстановленной (аминокислоты, глутатион, белки). Процесс восстановления сульфата происходит в хлоропластах.

Одна из основных функций серы в белках - это участие SH-группы в образовании ковалентных, водородных и меркаптидных связей, поддерживающих трехмерную структуру белка. Дисульфидные мостики между полипептидными цепями и двумя участками одной цепи (по типу S-S-мостика в молекуле цистеина) стабилизируют молекулу белка. Сера входит в состав важнейших аминокислот - цистеина и метионина, которые могут находиться в растениях в свободной форме или в составе белков. Метионин относится к числу 10 незаменимых аминокислот и благодаря наличию серы и метильной группы обладает уникальными свойствами и входит в состав активных центров многих ферментов. Метиониновые остатки могут придавать молекуле белка гидрофобные свойства, что играет важную роль в стабилизации активной конформации ферментов в солевом окружении. Сера входит в состав многих витаминов и коферментов, таких как биотин, коэнзим А, глутатион, липоевая кислота. В связи с этим сера необходима для многих процессов обмена веществ (например, аэробная фаза дыхания, синтез жиров и так далее). Сера участвует в образовании полиаминов, которые влияют на структуру нуклеиновых кислот и рибосом, регулируют процессы деления клеток. Недостаточное снабжение растений серой тормозит синтез серосодержащих аминокислот и белков, снижает фотосинтез и скорость роста растений, приводит к разрушению хлоропластов. Симптомы дефицита серы - побледнение и пожелтение молодых, а затем и старых листьев.

Калий

Калий поглощается растениями в виде катиона. Его содержание в растениях составляет, в среднем, 0,9 %. Концентрация калия высока в огурцах, томатах и капусте, но особенно много его в подсолнечнике. В растениях калий больше сосредоточен в молодых растущих тканях. Около 80 % калия содержится в вакуолях и 1 % калия прочно связан с белками митохондрий и хлоропластов. Калий стабилизирует структуру этих органелл.

Калий участвует в создании разности электрических потенциалов между клетками. Он нейтрализует отрицательные заряды неорганических и органических анионов. Калий в значительной мере определяет коллоидные свойства цитоплазмы, так как способствует поддержанию состояния гидратации коллоидов цитоплазмы, повышая ее водоудерживающую способность. Тем самым калий увеличивает устойчивость растений к засухе и морозам. Калий необходим для работы устьичного аппарата. Известно более 60 ферментов, активируемых калием. Он необходим для включения фосфата в органические соединения, реакций переноса фосфатных групп, участвует в синтезе рибофлавина - компонента всех флавиновых дегидрогеназ. Под влиянием калия увеличивается накопление крахмала в клубнях картофеля, сахарозы в сахарной свекле, целлюлозы, гемицеллюлоз и пектиновых веществ в клеточной стенке, что приводит к повышению устойчивости соломины злаков к полеганию, а у льна и конопли повышает качество волокна.

При недостатке калия он может заменяться натрием, но некоторые активируемые калием ферменты ингибируются натрием. При недостатке калия листья желтеют снизу вверх - от старых к молодым. Их края и верхушки приобретают бурую окраску, иногда с красными пятнами, затем происходит отмирание этих участков. Снижается функционирование камбия, нарушается развитие сосудистых тканей, уменьшается толщина кутикулы и стенок эпидермальных клеток, тормозятся процессы деления и растяжения клеток, что приводит к появлению розеточных форм растений. Недостаток калия вызывает остановку развития и гибель верхушечных почек, в результате чего активируется рост боковых побегов и растение принимает форму куста.

Кальций

В почве содержится много кальция и кальциевое голодание встречается редко, например, при сильной кислотности или засоленности почв и на торфяниках. Общее содержание кальция у разных видов растений составляет 5-30 мг на 1 г сухой массы. Много кальция содержат бобовые, гречиха, подсолнечник, картофель, капуста, гораздо меньше - зерновые, лен, сахарная свекла. В тканях двудольных растений кальция больше, чем у однодольных.

Кальций накапливается в старых органах и тканях. Это связано с тем, что реутилизация кальция затруднена, так как он из цитоплазмы переходит в вакуоль и откладывается в виде нерастворимых солей щавелевой, лимонной и других кислот.

В растениях имеется два запасных пула ионов кальция: внеклеточный (апопластный) и внутриклеточный в вакуоле и эндоплазматическом ретикулуме. Большое количество кальция связано с пектиновыми веществами срединной пластинки и клеточной стенки. Он содержится также в хлоропластах, митохондриях и ядре в комплексах с биополимерами в виде неорганических фосфатов и в форме иона.

Взаимодействуя с отрицательно заряженными группами фосфолипидов, кальций стабилизирует клеточные мембраны. При недостатке кальция увеличивается проницаемость мембран и нарушается их целостность. Изменения концентрации кальция в цитоплазме играют важную роль в структурных перестройках компонентов цитоскелета - актиноподобных белков, участвующих в процессах движения цитоплазмы, обратимых изменениях ее вязкости, в пространственной организации цитоплазматических ферментных систем. Процессы сборки-разборки микротрубочек регулируются уровнем ионов кальция наряду с ионами магния и гуанозинтрифосфата. Кальций активирует ряд ферментов, способствуя агрегации субъединиц, служа мостиком между ферментом и субстратом, влияя на состояние аллостерического центра фермента. Избыток кальция в ионной форме угнетает окислительное и фотофосфорилирование.

Кальций используется в растительных клетках как вторичный посредник для контролирования многих процессов (закрытие устьиц, тропизм, рост пыльцевых трубок, акклиматизация к холоду, экспрессия генов, фотоморфогенез).

Регулирующее действие кальция на многие стороны метаболизма зависит от его взаимодействия с внутриклеточным рецептором кальция белком кальмодулином. Это кислый с изоэлектрической точкой при рН 3,0-4,3 термостабильный низкомолекулярный (мол. масса 16,7 кДа) белок. Он обладает большим сродством к кальцию. Его комплекс с кальцием активирует многие ферменты, например, протеинкиназы (фосфорилирование белков), фосфоэстеразу, транспортную Са2+-АТФазу и другие. Кальмодулин может связываться с мембранами в клетке и легко переходит в цитозоль. Влиянием кальция на сборку и разборку элементов цитоскелета объясняет его необходимость для митоза, так как комплекс кальция с кальмодулином регулирует сборку микротрубочек веретена. Кальций участвует в слияниии везикул Гольджи при формировании новой клеточной стенки.

При недостатке кальция у делящихся клеток не образуются клеточные стенки и образуются многоядерные меристематические клетки. Недостаток кальция вызывает прекращение образования боковых корней и корневых волосков, приводит к набуханию пектиновых веществ, что вызывает ослизнение клеточных стенок и разрушение клеток. Также нарушается структура плазмалеммы и мембран клеточных органелл. Симптомами дефицита кальция является побеление с последующим почернением кончиков и краев листьев. Листовые пластинки искривляются и скручиваются. На плодах, в запасающих и сосудистых тканях появляются некротические участки.

Магний

Недостаток в магнии растения испытывают на песчаных и подзолистых почвах. Много магния в сероземах, черноземы занимают промежуточное положение. Водорастворимого и обменного магния в почве 3-10 %. Магний поглощается растением в виде иона Mg2+. При снижении рН почвенного раствора магний поступает в растения в меньших количествах. Кальций, калий, аммоний и марганец действуют как конкуренты в процессе поглощения магния растениями.

У высших растений среднее содержание магния составляет 0,02-3 %. Особенно много его в растениях короткого дня - кукурузе, просе, сорго, а также в картофеле, свекле и бобовых. Много магния в молодых клетках, а также в генеративных органах и запасающих тканях.

Около 10-12 % магния находится в составе хлорофилла. Магний необходим для синтеза протопорфирина IX - непосредственного предшественника хлорофиллов. Магний активирует ряд реакций переноса электронов при фотофосфорилировании, он необходим при передаче электронов от фотосистемы I к фотосистеме II. Магний является кофактором почти всех ферментов, катализирующих перенос фосфатных групп. Это связано со способностью магния к комплексообразованию.

Магний необходим для многих ферментов гликолиза и цикла Кребса. Для 9 из 12 реакций гликолиза требуется участие металлов-активаторов и 6 из них активируются магнием. За исключением фумаразы, все ферменты цикла Кребса активируются магнием или содержат его как компонент структуры. Для двух из семи (глюкозо-6-фосфат-дегидрогеназа и транскетолаза) ферментов пентозофосфатного пути необходим магний. Он требуется для работы ферментов молочнокислого и спиртового брожения. Магний усиливает синтез эфирных масел, каучука, витаминов А и С. Ионы магния необходимы для формирования рибосом и полисом, связывая РНК и белок, активации аминокислот и синтеза белка. Он активирует ДНК- и РНКполимеразы, участвует в формировании пространственной структуры нуклеиновых кислот.

Недостаток магния приводит к уменьшению содержания фосфора в растении, даже если фосфаты в достаточных количествах имеются в питательном субстрате. При недостатке магния тормозится превращение моносахаров в крахмал, слабо функционирует механизм синтеза белков, нарушается формирование пластид: матрикс хлоропластов просветляется и граны слипаются, ламеллы стромы разрываются и не образуют единой структуры. При магниевом голодании между зелеными жилками появляются пятна и полосы светло-зеленого, а затем желтого цвета. Края листовых пластинок приобретают желтый, оранжевый, красный или темно-красный цвет и такая как бы мраморная окраска наряду с хлорозом служит характерным симптомом нехватки магния. Признаки магниевой недостаточности сначала появляются на старых листьях, а затем распространяются на молодые листья.

Кремний

Он обнаружен у всех растений. Особенно много его в клеточных стенках. Растения, накапливающие кремний, имеют прочные стебли. Недостаток кремния задерживает рост злаков (кукуруза, овес, ячмень) и двудольных растений (огурцы, томаты, табака, бобы). Исключение кремния во время репродуктивной стадии уменьшает количество семян, при этом снижается число зрелых семян, и нарушается ультраструктура клеточных органелл.

Микроэлементы

Железо. Среднее содержание железа в растениях составляет 20-80 мг на 1 кг сухой массы. Ионы Fe3+ почвенного раствора восстанавливаются редокс-системами плазмалеммы клеток ризодермы до Fe2+ и в такой форме поступают в корень.

Железо необходимо для функционирования основных редокс-систем фотосинтеза и дыхания, синтеза хлорофилла, восстановления нитратов и фиксации молекулярного азота клубеньковыми бактериями, входя в состав нитратредуктазы и нитрогеназы. Поэтому недостаточное поступление железа в растения в условиях переувлажнения и на карбонатных почвах приводит к снижению интенсивности дыхания и фотосинтеза и выражается в пожелтении (хлорозе) листьев и быстром их опадении.

Марганец в клетки поступает в форме ионов Mn2+. Среднее его содержание составляет 1 мг на 1 кг сухой массы. Марганец накапливается в листьях. Он необходим для фоторазложения воды с выделением кислорода и восстановления углекислого газа при фотосинтезе. Марганец способствует увеличению содержания сахаров и их оттоку из листьев. Два фермента цикла Кребса - малат- и изоцитратдегидрогеназы - активируются ионами марганца. Он также необходим для функционирования нитратредуктазы при восстановлении нитратов. Марганец является кофактором РНКполимеразы и ауксиноксидазы, разрушающей фитогормон 3-индолилуксусную кислоту.

Характерный симптом марганцевого голодания - точечный хлороз листьев, когда между жилками появляются желтые пятна, а затем клетки в этих участках отмирают.

Молибден. Наибольшее содержание молибдена характерно для бобовых (0,5-20 мг на 1 кг сухой массы), злаки содержат от 0,2 до 2 мг на кг сухой массы. Он поступает в растения в форме аниона МоО2-4, концентрируется в молодых, растущих органах. Его больше в листьях, чем в корнях и стеблях, а в листе сосредоточен, в основном, в хлоропластах.

Молибден входит в состав нитратредуктазы и нитрогеназы, а также необходим для биосинтеза легоглобина. Как металл-активатор молибден участвует в реакциях аминирования и переаминирования, для включения аминокислот в пептидную цепь, работы таких ферментов как ксантиноксидаза и различных фосфатаз.

При недостатке молибдена в тканях накапливается большое количество нитратов, не развиваются клубеньки на корнях бобовых, тормозится рост растений, наблюдаются деформации листовых пластинок. При высоких дозах молибден токсичен. При недостатке молибдена молодые листья по краям приобретают серую, а затем коричневую окраску, теряют тургор, а затем ткани листа отмирают и остаются только жилки в виде хлыстиков.

Кобальт. Среднее содержание кобальта в растениях 0,02 мг на 1 кг сухой массы. Кобальт необходим бобовым растениям для обеспечения размножения клубеньковых бактерий. В растениях кобальт встречается в ионной форме и в витамине В12. Растения не вырабатывают этот витамин. Он синтезируется бактероидами клубеньков бобовых растений и участвует в синтезе метионина в бактероидах. При старении клубеньков и прекращении фиксации азота витамин выходит в цитоплазму клеток клубеньков. Наряду с магнием и марганцем кобальт активирует фермент гликолиза фосфоглюкомутазу и фермент аргиназу, гидролизующий аргинин.

Внешние признаки недостатка кобальта сходны с признаками азотного голодания.

Медь поступает в клетки в форме иона Сu2+. Среднее содержание меди в растениях 0,2 мг на кг сухой массы. Около 70 % всей меди, находящейся в листьях, сосредоточены в хлоропластах и почти половина ее в составе пластоцианина - переносчика электронов между фотосистемами II и I. Она входит в состав ферментов, катализирующих окисление аскорбиновой кислоты, дифенолов и гидроксилирование монофенолов - аскорбатоксидазы, полифенолоксидазы, ортодифенолоксидазы и тирозиназы. Два атома меди функционируют в цитохромоксидазном комплексе дыхательной цепи митохондрий. Медь входит в состав нитратредуктазного комплекса и влияет на синтез легоглобина. Для биосинтеза этилена также необходим медьсодержащий фермент. Влияя на содержание в растениях ингибиторов роста фенольной природы медь повышает устойчивость растений к полеганию. Она также повышает засухо-, морозо- и жароустойчивость. Недостаток меди вызывает задержку роста и цветения, хлороз, потерю тургора и завядание растений. У злаков при недостатке меди не развивается колос, у плодовых появляется суховершинность. При дефиците меди белеют и отмирают кончики листьев, листья и плоды плодовых деревьев покрываются бурыми пятнами.

Цинк поступает в растение в форме катиона Zn2+. Он необходим для функционирования ряда ферментов гликолиза - гексокиназы, енолазы, триозофосфатдегидрогеназы, альдолазы, а также входит в состав алкогольдегидрогеназы. Цинк активирует карбоангидразу, катализирующую реакцию дегидратации гидрата оксида углерода: Н2СО3 ® СО2 + Н2О, что помогает использованию углекислого газа в процессе фотосинтеза. Цинк участвует в образовании аминокислоты триптофана. Именно с этим связано влияние катионов цинка на синтез белков, а также фитогормона 3-индолилуксусной кислоты, предшественником которой является триптофан. Подкормка цинком способствует увеличению содержания ауксинов в тканях и активирует их рост.

При дефиците цинка у растений нарушается фосфорный обмен: фосфор накапливается в корнях, задерживается его транспорт в надземные органы, замедляется превращение фосфора в органические формы. При недостатке цинка в растениях уменьшается содержание сахарозы и крахмала, увеличивается количество органических кислот и небелковых соединений азота - амидов и аминокислот. Кроме того, в 2-3 раза подавляется скорость деления клеток, что приводит к морфологическим изменениям листьев, нарушению растяжения клеток и дифференциации тканей. Наиболее характерный признак цинкового голодания - это задержка роста междоузлий и листьев, появление хлороза и развитие розеточности.

Бор. Его среднее содержание составляет 0,1 мг на кг сухой массы. В боре наиболее нуждаются двудольные растения. Много бора в цветках. В клетках большая часть бора сосредоточена в клеточных стенках. Бор усиливает рост пыльцевых трубок, прорастание пыльцы, увеличивает количество цветков и плодов. Без него нарушается созревание семян. Бор снижает активность некоторых дыхательных ферментов, оказывает влияние на углеводный, белковый и нуклеиновый обмен. При недостатке бора нарушаются синтез, превращения и транспорт углеводов, формирование репродуктивных органов, оплодотворение и плодоношение. Он не может реутилизироваться и поэтому при борном голодании прежде всего отмирают конусы нарастания, останавливается рост побегов и корней, листовые пластинки утолщаются, скручиваются, становятся ломкими, цветки не образуются.

Применение удобрений

В естественных биоценозах поглощенные из почвы соединения частично возвращаются с опавшими листьями, ветками, хвоей. С убранным урожаем сельскохозяйственных растений поглощенные вещества из почвы устраняются. Величина выноса минеральных элементов зависит от вида растения, урожайности и почвенно-климатических условий. Овощные культуры, картофель, многолетние травы выносят больше элементов питания, чем зерновые.

Для предотвращения истощения почвы и получения высоких урожаев сельскохозяйственных культур необходимо внесение удобрений. Сопоставляя количество элементов в почве и растении с величиной урожая Ю. Либих сформулировал закон минимума или закон ограничивающих факторов. Согласно этому закону величина урожая зависит от количества того элемента, который находится в почве в относительном минимуме. Увеличение содержания этого элемента в почве за счет внесения удобрений будет приводить к возрастанию урожая до тех пор, пока в минимуме не окажется другой элемент. Позже было установлено наличие у растений критических периодов по отношению к тому или иному минеральному элементу, то есть периодах более высокой чувствительности растений к недостатку этого элемента на определенных этапах онтогенеза. Это позволяет регулировать соотношение питательных веществ в зависимости от фазы развития и условий среды. Так, известно, что в осенний период для озимых культур не рекомендуется вносить азотные удобрения, так как они усиливают ростовые процессы, снижая устойчивость растений. В осенний период надо проводить подкормки фосфором и калием, а весной азотом.

С помощью удобрений можно регулировать не только величину урожая, но и его качество. Так, для получения зерна пшеницы с высоким содержанием белка надо вносить азотные удобрения, а для получения продуктов с высоким содержанием крахмала (например, зерна пивоваренного ячменя или клубни картофеля) необходимы фосфор и калий. Внекорневая подкормка фосфором незадолго до уборки усиливает отток ассимилятов из листьев сахарной свеклы к корнеплодам и тем самым увеличивает ее сахаристость.

Система удобрений - это программа применения удобрений в севообороте с учетом растений-предшественников, плодородия почвы, климатических условий, биологических особенностей растений, состава и свойств удобрений. Система удобрений создается с учетом круговорота веществ и их баланса в земледелии. Баланс питательных веществ учитывает поступление их в почву с удобрениями, суммарный расход на формирование урожаев и непродуктивные потери в почве. Необходимое условие функционирования системы удобрений - это предотвращение загрязнения окружающей среды вносимыми в почву химическими соединениями.

Удобрения подразделяют на минеральные и органические, промышленные (азотные, калийные, фосфорные, микроудобрения, бактериальные) и местные (навоз, торф, зола), простые (содержат один элемент питания - азотные, калийные, борные) и комплексные (содержат два или более питательных элементов). Среди комплексных удобрений выделяют сложные и комбинированные. Сложные удобрения в составе одного химического соединения содержат два или три питательных элемента, например, калийная селитра (KNO3), аммофос (NH4H2PO4) и другие. Одна гранула комбинированных удобрений включает два или три основных элемента питания в виде различных химических соединений, например, нитроаммофоска.

До посева вносят 2/3 общей нормы удобрений. Они должны обеспечить растение на весь период развития элементами питания и повысить плодородие почвы. Припосевное удобрение в виде хорошо растворимых соединений вносят малыми дозами одновременно с посевом или посадкой растений для обеспечения минерального питания молодых растений. Послепосевные внекорневые подкормки, основанные на способности листьев поглощать минеральные соли в растворе, проводятся для усиления питания растений в наиболее важные периоды их развития.

Лекция 12. Тема: «Рост и развитие растении»

План лекции:

1. Особенности роста клеток 2. Этапы онтогенеза высших растений 3. Дифференцировка и рост растений 4. Регенерация у растений 5. Кинетика ростовых процессов

Несколько слов о терминах, применяемых при изучении роста и развития растений.

Онтогенезом называют индивидуальное развитие организма от зиготы или вегетативного зачатка до естественной смерти. В ходе онтогенеза реализуется наследственная информация организма – его генотип – в конкретных условиях окружающей среды, в результате чего формируется фенотип, то есть совокупность всех признаков и свойств данного индивидуального организма.

Развитие – это качественные изменения в структуре и функциональной активности растения и его частей в процессе онтогенеза. Возникновение качественных различий между клетками, тканями и органами получило название дифференцировки.

Рост – необратимое увеличение размеров и массы клетки, органа или всего организма, обусловленное новообразованием элементов их структур.

Особенности роста клеток

Эмбриональная фаза или митотический цикл клетки делится на два периода: собственно деление клетки (2-3 ч) и период между делениями – интерфаза (15-20 ч). Митоз – это такой способ деления клеток, при котором число хромосом удваивается, так что каждая дочерняя клетка получает набор хромосом, равный набору хромосом материнской клетки. В зависимости от биохимических особенностей различают следующие этапы интерфазы: пресинтетический – G1 (от англ. gap – интервал), синте-тический - S и премитотический - G2. В течение этапа G1 синтезируются нуклеотиды и ферменты, необходимые для синтеза ДНК. Происходит синтез РНК. В синтетический период происходит удвоение ДНК и образование гистонов. На этапе G2 продолжается синтез РНК и белков. Репликация митохондриальной и пластидной ДНК происходит на протяжении всей интерфазы.

Фаза растяжения. Прекратившие деление клетки переходят к росту растяжением. Под действием ауксина активируется транспорт протонов в клеточную стенку, она разрыхляется, ее упругость повышается и становится возможным дополнительное поступление воды в клетку. Происходит рост клеточной стенки из-за включения в ее состав пектиновых веществ и целлюлозы. Пектиновые вещества образуются из галактуроновой кислоты в везикулах аппарата Гольджи. Везикулы подходят к плазмалемме и их мембраны сливаются с ней, а содержимое включается в клеточную стенку. Микрофибриллы целлюлозы синтезируются на наружной поверхности плазмалеммы. Увеличение размеров растущей клетки происходит за счет образования большой центральной вакуоли и формирования органелл цитоплазмы.

В конце фазы растяжения усиливается лигнификация клеточных стенок, что снижает ее упругость и проницаемость, накапливаются ингибиторы роста, повышается активность оксидазы ИУК, снижающей содержание ауксина в клетке.

Фаза дифференцировки клетки. Каждая клетка растения содержит в своем геноме полную информацию о развитии всего организма и может дать начало формированию целого растения (свойство тотипотентности). Однако, находясь в составе организма, эта клетка будет реализовать только часть своей генетической информации. Сигналами для экспрессии только определенных генов служат сочетания фитогормонов, метаболитов и физико-химических факторов (например, давление соседних клеток).

Фаза зрелости. Клетка выполняет те функции, которые заложены в ходе ее дифференцировки.

Старение и смерть клетки. При старении клеток происходит ослабление синте-тических и усиление гидролитических процессов. В органеллах и цитоплазме образуются автофагические вакуоли, разрушаются хлорофилл и хлоропласты, эндоплазматический ретикулум, аппарат Гольджи, ядрышко, набухают митохондрии, в них снижается число крист, вакуолизируется ядро. Гибель клетки становится необратимой после разрушения клеточных мембран, в том числе и тонопласта, выхода содержимого вакуоли и лизосом в цитоплазму.

Старение и смерть клетки происходит в результате накопления повреждений в генетическом аппарате, клеточных мембранах и включения генетической програмированной клеточной смерти – PCD (programmed cell death), аналогичной апоптозу у клеток животных.

Азотные удобрения могут содержать азот в различной форме и с этой точки зрения подразделяются на аммонийные и аммиачные, нитратные, аммиачно-нитратные и амидные.

Аммонийные и аммиачные удобрения

Азот в этих удобрениях находится в виде иона аммония (сульфат аммония, хлористый аммоний), или в аммиачной форме (жидкие аммиачные удобрения).

Сульфат аммония – (NH 4 ) 2 SO 4 . Это удобрение содержит около 21% азота, оно хорошо растворяется в воде, мало слеживается, сохраняя рассыпчатость. В сульфате аммония содержится также до 24% серы, поэтому одновременно он является источником серного питания.

Это химически нейтральная соль, но в почве, ион аммония поглощается почвенным поглощающим комплексом, азот аммиачной части используется растениями, поэтому появляется небольшое количество свободной кислоты и, следовательно, удобрение является физиологически кислым. Подкислению почвенного раствора способствует и то, что часть аммиачного азота переходит в нитратную форму. Все это заставляет с осторожностью относиться к этому удобрению на кислых почвах (дерново-подзолистые, бурые лесные, серые лесные, красноземы, желтоземы) и применять его только совместно с физиологически щелочными фосфорными удобрениями (томасшлак, преципитат, фосфоритная мука) или с известью. В противном случае через несколько лет после регулярного внесения отмечается заметное подкисление рН среды и общее снижение уровня плодородия. Особенно активно реагируют снижением продуктивности на длительное внесение сульфата аммония такие культуры, как свекла, кукуруза, ячмень, яровая пшеница.

На черноземах, сероземах, каштановых и бурых полупустынных почвах, где достаточно много свободных карбонатов, опасаться подкисления среды из-за внесения сульфата аммония не приходится. Более того, некоторое подкисление среды, вызванное внесением этого удобрения, способствует лучшему усвоению почвенных элементов питания.

Удобрение обладает ценным качеством – низкой миграционной способностью, так как катион аммония активно поглощается почвой и это предохраняет его от вымывания. Поэтому сульфат аммония рекомендуют вносить на легких почвах, при орошении, т.е. там, где есть потенциальная опасность потери азота удобрения за счет миграционных явлений. По этой же причине сульфат аммония малоэффективен в подкормках при внесении в рядки.

Хлористый аммоний – NH 4 Cl - содержит до 25% азота. Это белое кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде, малогигроскопичное, не слеживается при хранении. При внесении в почву быстро растворяется и вступает в обменные реакции. Аммиачный азот в почве частично переходит в нитратную форму (так же, как и в сульфате аммония), поэтому удобрение считают физиологически кислым. Отсюда, возможность подкисления почвы при регулярном использовании. Снять негативные реакции от применения хлористого аммония можно теми же способами, которые применяют при использовании сульфата аммония.

Специфичность хлористого аммония обусловлена высоким содержанием в этом удобрении хлора. Многие культуры отрицательно реагируют на этот компонент удобрения, и поэтому хлористый аммоний под них или не рекомендуют вносить, или вносят в пониженных дозировках заблаговременно как основное удобрение. Это такие культуры, как картофель, гречиха, лен, табак, виноград, цитрусовые, овощные и плодово-ягодные растения. Для зерновых культур хлористый аммоний и сульфат аммония при обычных дозах равноценны.

Нитратные удобрения

К нитратным удобрениям относят натриевую и кальциевую селитры. Эти удобрения являются физиологически щелочными, поэтому их целесообразно применять на кислых почвах. Нитратный азот характеризуется высокой подвижностью в почве, так как ион NO 3 - не поглощается почвой. Поэтому нитратные удобрения нельзя вносить заблаговременно, нежелательно их использование при орошении и на легких почвах. Их рекомендуют применять в качестве подкормки, когда растения достаточно развили корневые системы и способны быстро и эффективно использовать азот удобрений, предохраняя его тем самым от вымывания.

Натриевая селитра – NaNO 3 . Содержит до 16% азота. Кристаллический порошок белого или сероватого цвета, хорошо растворяется в воде, гигроскопичен, поэтому хранить надо в сухом месте. Вносят это удобрение под все культуры, считается, что наиболее отзывчивы на него корнеплоды, особенно сахарная свекла.

Кальциевая (норвежская) селитра – Ca (NO 3 ) 2 . Содержит до 15,5% азота. Удобрение гигроскопично, поэтому его хранят во влагонепроницаемых мешках. На кислых почвах это самое распространенное азотное удобрение.

Аммиачно-нитратные удобрения

В этой группе два удобрения: аммиачная селитра (синонимы - азотнокислый аммоний, нитрат аммония) и известково-аммиачная селитра.

Аммиачная селитра. Химическая формула – NH 4 NO 3 . Как видите в этом удобрении азот находится и в аммиачной, и в нитратной формах, его суммарное содержание составляет 34,6%. Промышленность выпускает аммиачную селитру в двух видах – в виде гранул и в виде чешуек. Аммиачная селитра очень гигроскопична, поэтому на воздухе быстро отсыревает и слеживается. Поэтому в аммиачную селитру добавляют молотый известняк, мел, фосфоритную муку, фосфогипс, т.е. добавки, поглощающие влагу. Допускается общее содержание припудривающих добавок до 5% от массы удобрения. На подзолистых почвах перед внесением аммиачную селитру смешивают с известью, при этом доля извести может достигать 30 – 40% от общей массы удобрительной смеси. Такая смесь малогигроскопична и удобна для машинного высева.

Аммиачная селитра после внесения в почву растворяется, аммонийный азот поглощается почвой в результате обменных реакций, нитратный азот вступает во взаимодействие с катионами почвенного раствора. В подзолистых почвах, характеризующихся недостаточным количеством катионов в растворе, может наблюдаться при этом подкисление почвы. Аммонийная часть селитры может нитрифицироваться, что также вызывает подкисление среды. На черноземных и других почвах нейтрального и щелочного ряда такое явление не отмечается.

Аммиачная селитра - наиболее эффективна из группы азотных удобрений. Ее используют под все культуры во всех земледельческих зонах при основном внесении в рядки при посеве и в качестве подкормки. При рядковом внесении под картофель, свеклу и т.д. хороший эффект получается при совместном внесении с фосфором и калием. Используют это удобрение и для подкормки озимых зерновых и пропашных культур. Нитратная часть удобрения создает опасность миграции азота по профилю, поэтому на легких почвах, в зоне достаточного и избыточного увлажнения, при орошении в качестве основного удобрения аммиачную селитру рекомендуют вносить весной при предпосевной обработке почвы. Но в наибольшей степени вероятность потери азота за счет вымывания уменьшается при использование удобрения в качестве подкормки, приуроченной к периоду максимального потребления растениями.

Известково-аммиачная селитра – NH 4 NO 3 × CaCO 3 – содержит до 20% азота. Благодаря углекислому кальцию, обладает более благоприятными физическими свойствами, чем аммиачная селитра. Широко применяется в странах Западной Европы. У нас в стране не выпускается.

Амидные удобрения

Мочевина – CO (NH 2 ) 2 – содержит 46% азота. Это самое концентрированное из азотных удобрений. Выпускают его в гранулированном виде, покрывая гранулы жировой пленкой для уменьшения слеживаемости. Мочевина в почве преобразуется при участии бактерий в углекислый аммоний. В почвах с высокой биологической активностью мочевина превращается в углекислый аммоний за 2 – 3 дня. Углекислый аммоний на воздухе разлагается и часть его теряется в виде газообразного аммиака. Поэтому поверхностное внесение мочевины без заделки в почву чревато потерей азота. Причем, на нейтральных и щелочных почвах потери азота могут быть более значительными.

Мочевина применяется под различные культуры и на разных почвах. На почвах, испытывающих переувлажнение, при орошении мочевина предпочтительнее аммиачной селитры, так как азот мочевины лучше закрепляется почвой и меньше вымывается с осадками. Ее используют как основное удобрение и в подкормки с незамедлительной заделкой в почву для предотвращения потерь в виде газообразного аммиака.

Цианамид кальция – CaCN 2 - содержит 20 – 21% азота. Единственное из азотных удобрений, которое не растворяется в воде. Представляет собой легкий порошок черного или темно-серого цвета. По причине достаточно высокого содержания кальция (до 28% СаО) это физиологически щелочное удобрение. Поэтому при систематическом внесении на кислых почвах оно способствует нейтрализации кислотности. Удобрение вносят под зябь или за 7 – 10 дней до посева, так как при взаимодействии с почвенным поглощающим комплексом образуется цианамид, угнетающий растения. Но он достаточно быстро превращается в мочевину, поэтому не токсичен при заблаговременном внесении. По этой же причине не рекомендуют применять это удобрение в подкормки.

Жидкие азотные удобрения

В сельском хозяйстве применяют и жидкие азотные удобрения: безводный (жидкий) аммиак, водный аммиак (аммиачная вода), аммиакаты. Их производство значительно дешевле, чем твердых удобрений, однако известные неудобства в транспортировке и внесении ограничивают их использование, по крайней мере в нашей стране. В наиболее широких масштабах жидкий аммиак применяется в США.

Безводный аммиак – NH 3 . Это концентрированное удобрение представляет собой бесцветную жидкость с содержанием азота 82,3%. Получают его сжижением газообразного аммиака под давлением. При хранении в открытых емкостях быстро испаряется, коррозирует медь, цинк и сплавы, но нейтрален по отношению к железу, чугуну и стали, поэтому его перевозят и хранят вспециальных стальных толстостенных цистернах, способных выдерживать давление 25 – 30 атмосфер. Причем цистерны заполняют не полностью.

Аммиачная вода. Это удобрение представляет собой раствор аммиака в воде, в зависимости от сортности содержание азота составляет от 16,4 до 20,5%. Аммиачная вода не разрушает черные металлы, имеет небольшое давление, поэтому хранят и перевозят ее в емкостях из обычной углеродистой стали. Работать с аммиачной водой проще, хотя и в этом случае возможны потери азота за счет испарения свободного аммиака. Однако из-за низкого содержания азота транспортировать на далекие расстояния это удобрение не выгодно, и его применение экономично только вблизи производящих предприятий.

Азот из безводного аммиака и аммиачной воды при внесении в почву быстро поглощается почвенными коллоидами, часть его соединяется с почвенной влагой и превращается в гидроокись аммония. На тяжелых, богатых гумусом почвах эффективность этих удобрений выше, так как потери аммиака ниже, чем на песчаных и супесчаных малогумусных почвах.

Вносят жидкие удобрения специальными машинами и заделывают на глубину не менее 10 – 12 см, а на легких почвах, с целью уменьшения потерь азота от испарения аммиака, глубину заделки удобрения увеличивают до 14 – 18 см. Так же поступают и на крупно комковатых хорошо аэрируемых почвах. Вносить эти удобрения можно как под зяблевую вспашку, так и весной под предпосевную культивацию. Используют их и в качестве подкормки пропашных культур.

Аммиакаты. Получают аммиакаты растворением в водном аммиаке азотных удобрений в различных комбинациях: аммиачную селитру, аммиачную и кальциевую селитры, мочевину, аммиачную селитру и мочевину. В результате получается жидкость желтого цвета с содержанием азота от 30 до 50%. Перевозят и хранят в специальных герметически закрываемых цистернах из алюминия или его сплавов, рассчитанных на небольшое давление. Можно хранить и в емкостях из полимерных материалов.

Азот в аммиакатах находится в различных формах и соотношениях, в зависимости от исходных составляющих это может быть свободный и связанный аммиак, амидная и нитратная форма.

По действию на сельскохозяйственные культуры аммиакаты равноценны с твердыми азотными удобрениями.

Мочевиноформальдегидные удобрения

Мочевиноформальдегидные удобрения (МФУ) относятся к группе медленно действующих азотных удобрений. Необходимость их производства и применения обусловлена высокой растворимостью обычных азотных удобрений, и, в связи с этим, повышенными потерями азота в период между их внесением в почву и усвоением растениями. Естественно, что МФУ экологически более приемлемы, так как при их использовании уменьшается загрязнение окружающей среды и улучшается качество продукции (за счет снижения поступления нитратов).

Есть и другие преимущества. Например, обычные азотные удобрения приходится вносить дробно, тем самым увеличиваются затраты труда и топлива на их внесение, возрастает количество проходок сельскохозяйственных машин, а, следовательно, уплотняется почва. МФУ вносят в один прием, к тому же эти удобрения обладают более благоприятными физическими качествами, что удобно при хранении и транспортировке.

Таким образом, МФУ имеют явные преимущества по сравнению с растворимыми азотными удобрениями при использовании их на орошаемых почвах.

МФУ содержат 38 – 40% азота, часть его (8 – 10%) находится в водорастворимой форме, остальной азот не растворяется в воде, но доступен растениям. Степень доступности азота МФУ растениям выражают индексом усвояемости, его величина лежит в пределах 15 – 55% и определяется условиями производства удобрений, а также свойствами почвы. В кислых почвах индекс усвояемости МФУ снижается, поэтому в таких случаях рекомендуют вносить МФУ на фоне известкования. Высокие дозы МФУ подщелачивают почву, но по мере их трансформации в почве, рНпочвенного раствора постепенно снижается.

К медленно действующим удобрениям относятся и капсулированные азотные удобрения. Капсулированию подвергают водорастворимые азотные удобрения, используя для этих целей различные соединения. Их наносят в виде пленок на гранулы обычных удобрений, применяя с этой целью соединения серы, акриловую смолу, эмульсию полиэтилена и т.д. Проникновение воды через эти пленки затруднено, поэтому удобрение используется в течение всей вегетации растений более равномерно, что положительно сказывается и на количестве, и на качестве урожая. К тому же такие удобрения гораздо менее гигроскопичны, не слеживаются при хранении.

Все азотные удобрения после их внесения в почву в той или иной степени нитрифицируются. Степень и скорость их нитрификации во многом влияет на масштабы вымывания азота из почвы осадками или поливными водами и, соответственно, загрязнение окружающей среды. Естественно, от этого зависит и коэффициент использования азота удобрений растениями. Слишком интенсивная деятельность бактерий нитрификаторов приводит к значительным потерям азота удобрений: в среднем растения используют только 40 – 50% внесенного азота. В целях борьбы с этим явлением применяют ингибиторы нитрификации. Их добавляют к твердым и жидким азотным удобрениям в дозе от 0,5 до 3% от количества азота в удобрении. Это задерживает нитрификацию на 1,5 – 2 месяца, т.е. на период, когда из-за слабого развития корневых систем молодых растений максимальны потери азота в газообразной форме, с поверхностным и внутрипочвенным стоком в виде нитратов. Тем самым потребление удобрения растениями растягивается во времени и это приводит к существенному повышению урожайности. А так как снижается и поступление нитратов в растения, то отмечается рост качества продукции. Сокращение потерь азота делает возможным снижение удобрительных доз, отпадает необходимость дробного внесения, все это повышает экономичность применения азотных удобрений.

В качестве ингибиторов нитрификации используют дициандиамид (циангуанидин), N-serve - американский препарат (2-хлор-6-трихлорметил)-пиридин, и АМ – японский препарат 2-амино-4-хлор-6-метилпиримидин.