Фосфор играет исключительно важную роль в жизни растений. Большинство процессов обмена веществ осуществляется только при его участии. Он практически всегда находится во втором минимуме (после азота).
Физиологическая роль фосфора (С 3). Он входит в состав важнейших органических соединений, активно участвующих в метаболизме растений: нуклеиновых кислот (ДНК и РНК), нуклеопротеидов, фосфопротеидов, фосфатидов (фосфолипидов), макроэргических соединений (АТФ и др.), сахарофосфатов, фитина, витаминов и др. Содержание фосфора (Р2О5) в растениях и вынос урожаями сельскохозяйственных культур Содержание в среднем составляет 0,5 % сухого вещества, изменяясь от 0,1 до 1,5 %, и зависит от биологических особенностей культур, возраста растений и их органов, условий фосфорного питания и т.д. Так, в зерне зернобобовых культур содержится 1-1,5 % Р2О5, злаковых – 0,8-1 %. Солома тех и других культур содержит меньше фосфора по сравнению с семенами – 0,2-0,4 %.
Фосфор в растениях распределяется аналогично азоту, является его спутником. В среднем содержание фосфора в органах растений составляет 30 % от количества азота (С 17). Больше фосфора содержится в молодых и жизнедеятельных органах, листья содержат больше фосфора, чем стебли.
Содержание фосфора в растениях во многом определяется содержанием его доступных форм в почве, возрастая по мере улучшения условий питания.
Вынос фосфора урожаями в среднем составляет 15-50 кг/га, изменяясь в зависимости от биологических особенностей культур и уровня урожайности.
Источники фосфора для растений. Основными источниками являются соли ортофосфорной кислоты (С 19), которая, являясь трёхосновной, способна образовывать три вида анионов – Н2РО4–, НРО42–, РО43– (С 20) и, следовательно, три вида солей – одно-, дву- и трёхзамещённые фосфаты, растворимость которых и доступность для растений изменяется в зависимости от катионов.
Источниками фосфора могут также быть соли метафосфорной и полифосфорных (пиро-, триполифосфорной и т.д.) кислот, непосредственно растениями не усваивающиеся, но гидролизующиеся в почве до ортофосфатов (С 21-24).
Кроме того, корни некоторых растений (горох, бобы, кукуруза и др.) выделяют фермент фосфатазу, который отщепляет анион фосфорной кислоты от простых органических соединений. Как следствие, источником фосфора для названных растений могут служить его органические соединения.
Превращения фосфора в растениях. Поступивший в растения фосфор очень быстро переходит в состав органических соединений. Тем не менее, фосфор находится в них непосредственно в виде остатка фосфорной кислоты. Таким образом, 85-95 % фосфора находится в органической форме (С 26). Минеральных фосфатов – фосфатов кальция, калия, магния и аммония – значительно меньше (5-15 %), но они имеют большое значение, являясь запасной и транспортной формами фосфора. Например, фосфор органических соединений корней может передвигаться в надземную часть только после трансформации в минеральные фосфаты.
Динамика потребления фосфора во время вегетации. Критический период по отношению к фосфору у всех культур отмечается в фазу всходов. Недостаток фосфора в этот период резко снижает урожайность, независимо от дальнейшей обеспеченности растений. Вместе с тем, корневая система в начальные фазы роста развита слабо и часто не может в достаточных количествах усваивать фосфор почвы и внесённых до посева удобрений. Поэтому широко рекомендуется припосевное внесение фосфора.
Периоды максимального потребления фосфора различными культурами не совпадают. Например, яровая пшеница потребляет весь необходимый ей фосфор к концу фазы колошения, в то время как лён даже к периоду полного цветения поглощает лишь 58 %, а хлопчатник в фазу полного цветения усваивает только 10 % от максимального содержания фосфора в растениях Таким образом, период максимального поглощения фосфора у пшеницы наблюдается в фазы выхода в трубку и колошения, у льна – в фазы цветения и созревания, у хлопчатника – в период формирования волокна.
Признаки недостатка фосфора для растений. Замедляется рост и развитие растений, уменьшается размер листьев, задерживается цветение и созревание урожая (С 31-33). Фосфор реутилизируется, поэтому его недостаток сначала проявляется на нижних листьях, которые становятся тёмно-зелёными, грязно-зелёными, а затем красно-фиолетовыми, пурпурными или лиловыми
Фосфор в почвах.Содержание и запасы фосфора в почвах. Общее содержание варьирует от 0,01 до 0,3 % и зависит, прежде всего, от минералогического состава материнских пород. Кроме того, больше фосфора содержат богатые гумусом почвы (в гумусе 1-2 % Р2О5). Таким образом, минимальное содержание фосфора в дерново-подзолистых песчаных, максимальное – в чернозёмных почвах. Жизнедеятельность растений вызывает биологическую аккумуляцию фосфора в верхних горизонтах почв
Читайте также: Полиуретановый клей для ткани оксфорд
Общий запас фосфора в пахотном слое на 1 га варьирует от 0,3 т в лёгких дерново-подзолистых почвах до 9 т в чернозёмах
Формы фосфора в почвах и его превращения Фосфор в почвах находится в органической и минеральной формах Органического фосфора меньше, он входит в состав неспецифической части гумуса, а также неразложившихся остатков растений и микроорганизмов.
Преобладает минеральный фосфор, которого в дерново-подзолистых, каштановых почвах и серозёмах 70-90 % общего содержания, а в почвах с высоким содержанием гумуса (следовательно, органического фосфора) – серых лесных почвах и чернозёмах – 55-65 % (С 44). Минеральный фосфор в основном находится в форме первичных минералов и, прежде всего, фторапатита [Са3(РО4)2]3·CaF2 и гидроксилапатита [Са3(РО4)2]3·Ca(ОН)2.
Фосфор органических соединений и первичных минералов растениями непосредственно не усваивается. В результате выветривания первичных минералов образуются вторичные, представляющие собой разнообразные соли ортофосфорной кислоты. Фосфаты образуются и при минерализации органического фосфора под влиянием фосфоробактерий.
Соли фосфорной кислоты характеризуются различной растворимостью и, следовательно, доступностью для растений.
Водорастворимыми являются фосфаты одновалентных катионов [КН2РО4, (NH4)2НРО4, Na3РО4], а также однозамещённые соли двухвалентных катионов [Са(Н2РО4)2, Mg(Н2РО4)2]. Они хорошо доступны для растений.
Кислоторастворимыми называют двузамещённые фосфаты кальция и магния (СаНРО4, MgНРО4) и свежеосаждённые, находящиеся в аморфном состоянии трёхзамещённые фосфаты [Са3(РО4)2, Mg3(РО4)2], которые нерастворимы в воде, но растворяются в слабых кислотах (органических, угольной). Эти соединения под действием кислых корневых выделений, а также органических и минеральных кислот, продуцируемых микробами, постепенно растворяются и становятся доступными для растений.
Не растворяются в воде и слабых кислотах, как следствие, практически недоступны растениям кристаллические формы трёхзамещённых фосфатов кальция и магния. Но некоторые растения – люпин, гречиха, горчица, в меньшей степени горох, донник, эспарцет и конопля – обладают способностью усваивать фосфор из трёхзамещённых фосфатов. Наименее доступны растениям фосфаты железа и алюминия (AlPO4, FePO4) Важную роль в формировании условий фосфорного питания играет химическое поглощение водорастворимых фосфатов (ретроградация фосфора), протекающее в почвах при любой реакции среды.
В нейтральных, насыщенных основаниями почвах (чернозёмах, каштановых) образуются дву- и трёхзамещённые фосфаты кальция и магния:
Са(Н2РО4)2 + Са(НСО3)2 → 2СаНРО4↓ + 2Н2СО3;
ППК)Са2+ + Са(Н2РО4)2 → ППК)2Н+ + Са3(РО4)2↓.
В кислых почвах, характеризующихся повышенным содержанием алюминия и железа (дерново-подзолистых, краснозёмах), выпадают в осадок фосфаты этих элементов:
Са(Н2РО4)2 + 2Fe3+ → 2FePO4↓ + Са2+ + 4Н+;
ППК)Al3+ + К3РО4 → ППК)3К+ + AlPO4↓.
Вследствие ретроградации водорастворимые фосфаты содержатся в почвах в незначительных количествах (как правило, не более 1 мг/кг почвы).
Анионы фосфорной кислоты в почве могут обменно поглощаться, закрепляясь на поверхности положительно заряженных коллоидных частиц гидроксидов алюминия и железа В большей степени обменное поглощение фосфатов выражено при кислой реакции среды. Процесс обменного поглощения обратим, то есть фосфат-ионы способны и вытесняться из ППК в раствор другими анионами. Как следствие, обменно-поглощённые анионы фосфорной кислоты хорошо доступны для растений.
Растворимые соли фосфора потребляются не только растениями, но и микроорганизмами, превращаясь в органические фосфорсодержащие соединения. После отмирания микробов основное количество биологически поглощенного фосфора вновь становится доступным растениям за исключением небольшой части, перешедшей в состав гумуса.
Содержание подвижного фосфора в почвах. Подвижный фосфор – это часть фосфатов, извлекаемая из почвы слабокислотными и слабощелочными вытяжками, которые имитируют воздействие на почву корневой системы. Условно предполагается, что вытяжки растворяют фосфаты, доступные для растений.
Для дерново-подзолистых и серых лесных почв стандартизирован метод Кирсанова: вытяжка производится 0,2 н. HCl, в раствор при этом переходят водорастворимые и кислоторастворимые соли фосфорной кислоты.
В некарбонатных чернозёмах содержание подвижного фосфора определяется по Чирикову: почва обрабатывается 0,5 н. СН3СООН.
На карбонатных почвах кислоты не применяют, так как слабокислотные вытяжки расходуются на разложение карбонатов, а более концентрированные могут растворять недоступные для растений фосфаты. Поэтому содержание подвижного фосфора в карбонатных чернозёмах определяют по Мачигину с помощью 1 % (NH4)2CO3, имеющего щелочную реакцию.
Абсолютные результаты, полученные любым методом, неинформативны, так как постоянное воздействие корней растений на почву в течение вегетации далеко не равнозначно растворяющей способности какого-либо реактива. Например, при взаимодействии раствора с почвой устанавливается равновесие, а в присутствии растений, потребляющих фосфор, его концентрация в жидкой фазе почвы постоянно уменьшается, стимулируя переход в раствор новых количеств фосфатов.
Однако, сравнивая урожайность культур в полевых опытах, проводимых на почвах с разным содержанием подвижного фосфора, можно сделать заключение о том, насколько хорошо обеспечена та или иная почва фосфором, и выразить полученную закономерность в виде группировки, имеющей практическое значение.
Читайте также: Как вывести соду с ткани
Содержание подвижного фосфора в целинных почвах незначительное и возрастает по мере их окультуривания. Оптимальное содержание, обеспечивающее получение высоких урожаев, составляет в зернотравяных севооборотах Нечерноземной зоны 100-150 мг/кг, зернопропашных – 150-200, овощных – 250-300 мг/кг Р2О5 (С 56).
Лекция 6 — Фосфорное питание растений
Физиологическая роль фосфора в питании растений
Фосфор — один из необходимых элементов питания. Фосфор входит в состав многих веществ, которые играют важнейшую роль в жизненных явлениях. Его находят в нуклеиновых кислотах (РНК и ДНК), т.е. фосфор принимает участие в синтезе белков и в передаче наследственных свойств и биологической информации.
Очень важную роль играют макроэргические соединения, содержащие фосфор, например АТФ. Она является главным аккумулятором энергии и ее переносчиком для многих синтетических процессов. В частности, без АТФ не будут идти процессы фотосинтеза и дыхания. В растениях фосфор представлен минеральными и органическими соединениями. Минеральные фосфаты присутствуют в тканях растений чаще всего в виде кальциевых, калиевых, магниевых солей ортофосфорной кислоты. Несмотря на то, что они содержатся обычно в небольших количествах, они играют важную роль в создании буферной системы клеточного сока и служат резервом для образования органических фосфорсодержащих соединений. В растениях преобладают и играют наиболее важную роль органические соединения. К ним относятся нуклеиновые кислоты, нуклеопротеиды, фосфопротеиды, фосфатиды, фитин, сахарофосфаты, макроэргические соединения и др.
Среди них на первом месте стоят нуклеиновые кислоты, сложные высокомолекулярные вещества, которые участвуют в самых важных процессах жизнедеятельности: РНК (рибонуклеиновая) — в синтезе специфических для данного организма белков, ДНК (дезоксирибонуклеиновая) — в передаче наследственных свойств и переносе биологической информации. Нуклеиновые кислоты с белками образуют нуклеопротеиды, которые содержатся в эмбриональных тканях и клеточных ядрах.
Важной группой являются фосфопротеиды – соединения белковых веществ с фосфорной кислотой. Сюда относятся белки – ферменты, которые служат в качестве катализаторов многих биохимических процессов.
Фосфатиды (или фосфолипиды) играют очень важную биологическую роль. Они образуют белково-липидные молекулы, которые способствуют проницаемости в клетку различных веществ. Находятся фосфатиды в любой растительной клетке, но наиболее высоким их содержанием отличаются семена, особенно масличных и бобовых культур
Важным соединением является фитин. Фитина много в молодых органах и тканях и, особенно – в семенах, в виде запасного вещества. При прорастании семян освобождается фосфорная кислота, которая используется молодым растением. В семенах бобовых и масличных культур фитин составляет 1—2% веса сухой массы, в семенах злаков —0,5—1,0%.
Большую роль в процессах фотосинтеза, дыхания и при взаимных превращениях углеводов (сахарозы, крахмала) играют сахарофосфаты. Содержание сахарофосфатов в растениях изменяется в зависимости от возраста растений, условий их питания и других факторов и составляет от 0,1 до 1,0% веса сухой массы.
Общее содержание фосфора в растениях ниже, чем азота и колеблется от 0,3 до 2% (азота 1 – 5%). Богаты фосфором молодые растущие ткани; много его накапливается в товарной части урожая (в генеративных органах). Фосфор ускоряет созревание растений. Под его влиянием в листьях ускоряются процессы распада белков и переход продуктов распада в репродуктивные органы, в частности, в зерно. Так как фосфор играет большую роль в углеводном обмене, фосфорные удобрения способствуют накоплению сахаров в свекле, а в клубнях картофеля – крахмала. Хорошее фосфорное питание способствует лучшей перезимовке озимых культур, плодовых и ягодников.
Источники фосфора для растений
Фосфор содержится в почвах в значительно меньших количествах, чем азот, и встречается в минеральной и органической формах. Находящийся в органических соединениях фосфор становится доступным растениям только после минерализации (разложения) органического вещества.
Главным источником фосфорного питания служат соли ортофосфорной кислоты Н3РО4 , хотя доказано, что растения могут использовать и соли других фосфорных кислот: метафосфорной, пирофосфорной и других.
Фосфорная кислота – трехосновная; она может отдиссоциировать три аниона: Н2РО4 — НРО4 2- РО4 3-
Наиболее благоприятный рН для доступности фосфора — от близкого к нейтральному до слабокислого. Почвы со слабощелочной реакцией обычно характеризуются обилием кальция. В таких условиях фосфор переходит в малорастворимые фосфаты кальция и возникает его недостаточность.
Читайте также: Ткань фуме что это такое
Доступность растениям различных солей фосфорной кислоты зависит от их растворимости. Наиболее растворимы в воде соли фосфорной кислоты с одновалентными катионами калия, натрия, аммония. Они хорошо усваиваются растениями: КН2РО4 К2НРО4 К3РО4
С двухвалентными катионами образуются соли различной растворимости:
— Са(Н2РО4)2 -однозамещенный фосфат кальция ( монофосфат Са); водорастворимое соединение (составляет основу суперфосфата)
— СаНРО4 — двухзамещенный фосфат кальция (дифосфат Са); нерастворимое в воде соединение, но растворимо в слабых кислотах, в том числе органических. Благодаря кислотности почвы и корневых выделений также является важным источником фосфорного питания (составляет основу преципитата)
— Са3(РО4)2 – трехзамещенный фосфат кальция. Нерастворимое в воде и слабых кислотах соединение (составляет основу фосфоритноймуки). Это соединение может частично растворяться и усваиваться только в кислой (не насыщенной основаниями) почве.
С трехвалентными катионами фосфаты образуют труднорастворимые соединения (АlРО4, FеРО4), доступные растениями только в свежеосажденном виде
Количество растворенных фосфатов с увеличением влажности возрастает, поэтому увеличивается обеспеченность растений фосфором. Поэтому во влажные годы растения обнаруживают меньшую потребность в фосфоре и слабее отзываются на внесение фосфорных удобрений, чем в сухие годы.
3.Содержание и формы фосфора в различных почвах
Разные почвы различаются по содержанию в них фосфора, по содержанию подвижного фосфора в ней можно судить об окультуренности.На превращение фосфатов в почве оказывают влияние ряд факторов: наличия глинистых минералов, реакции среды, полуторных окислов, температуры почвы
Различие в содержании Р2О5 в зависимости от типа почвы и его
| Почва | Содержание Р2О5 | |
| % | т/га | |
| Дерново –подзолистая песчаная | 0,04 | 1,2 |
| Дерново –подзолистая суглинистая | 0,15 | 4,5 |
| Чернозем выщелоченный глинистый | 0,16 | 4,8 |
| Чернозем мощный глинистый | 0,22 | 6,6 |
Содержание фосфатов очень тесно связано с гранулометрическим составом. Больше их в почвах тяжелых почвах.В Западной Сибири, по сравнению с Европейской частью РФ, больше органических фосфатов, чем минеральных и 70 – 80% фосфора находятся в гумусе. Из–за небольшого количества осадков минерализация гумуса идет слабо, и это одна из причин недостатка фосфора в черноземных почвах Западной Сибири.
Соли фосфорной кислоты не вымываются, и с глубиной идет резкое снижение содержания фосфора. В пахотном слое больше фосфора, чем в материнской породе. Это связано с тем, что в нем сосредоточена основная масса корней, которые извлекают фосфор из нижележащих горизонтов. По мере отмирания корней идет накопление фосфора в пахотном слое.
Фосфор, в отличие от азота, не только не вымывается, но и слабо передвигается в горизонтальном направлении (на 1 – 2 см.). Поэтому для уменьшения закрепления фосфора в малодоступной форме фосфорные удобрения следует вносить в слой постоянного увлажнения или локально.
Применение фосфорных удобрений на разных типах почв имеет свои особенности
Подзолистые и дерново-подзолистые почвы. Фосфор в этих почвах в большей части связан с полуторными окислами, отсюда малая подвижность Р2О5 в интервале рН 4,0-5,5 и необходимость внесения фосфорных удобрений. Эффективность фосфорных удобрений возрастает на богатых азотом почвах. Для улучшения фосфатного режима подзолистых почв и уменьшения закрепления фосфора в малодоступной форме при внесении суперфосфата, рекомендуются следующие мероприятия:
— применение органических удобрений;
— известкование, которое проводится предварительно или одновременно с внесением суперфосфата;
— применение гранулированного суперфосфата;
— местное внесение порошковидного или гранулированного суперфосфата;
— применение фосфоритной муки.
Черноземные почвы характеризуются большим содержанием гумуса, высокой степенью насыщенности почв основаниями и реакцией почвы, близкой к нейтральной. Условия фосфатного режима здесь более благоприятны, чем на кислых почвах. Минеральные соединения фосфора являются большей частью солями кальция. Фосфор органических соединений составляет 50% и более от общего фосфора почвы. Поэтому чем активнее биологическая деятельность почвы, тем больше фосфора входит в доступные растениям формы. При систематическом внесении суперфосфата происходит значительное обогащение чернозема подвижным фосфором. В связи с невозможностью передвижения фосфора в почве и необходимостью расположения его ближе к корням растений, местное внесение суперфосфата (в рядки с семенами, в лунки, гнезда, борозды) актуально и на черноземных почвах. На черноземных почвах, имеющих большую величину гидролитической кислотности и пониженную степень насыщенности основаниями, применение фосфоритной муки эффективно. Действие фосфоритной муки на деградированных и выщелоченных черноземах близко в действию суперфосфата, на мощных черноземах — слабее, на обыкновенных и южных черноземах — отсутствует.
- Свежие записи
- Балкон в многоквартирном доме: является ли он общедомовым имуществом?
- Штраф за остекление балкона в 2022: что это и как избежать наказания
- Штраф за мусор с балкона: сколько заплатить за выбрасывание окурков
- Оформление балконного окна: выбираем шторы из органзы
- Как выбрать идеальные шторы для маленькой кухни с балконом
- Правообладателям
- Политика конфиденциальности