Методы потребности растений в удобрениях

Содержание

Введение

Актуальность. Постоянный и быстрый рост производства и применения минеральных удобрений делает все более актуальными вопросы повышения их эффективности и наиболее рационального использования. При этом приобретают все более важное значение такие проблемы, как определение наилучших доз удобрений, оптимальное соотношение питательных веществ в них, сроки и способы их применения под каждую культуру, на конкретных почвенных разностях, в определенных климатических условиях. Эти проблемы могут быть успешно решены только совершенными методами сельскохозяйственного, агрохимического и физиологического анализа.

В настоящее время достаточно хорошо разработаны и широко применяются методы, которые в общем виде получили название методов определения потребности почвы в удобрениях. Наибольшее распространение получили совокупность методов химического анализа почвы, а также вегетационные и полевые агрохимические опыты.

Однако методы определения потребности почвы в удобрениях в ряде случаев оказываются недостаточными или слишком громоздкими, требуют специальных лабораторий, опытных полей, вегетационных домиков с соответствующим оборудованием.

Следует отметить также, что этими методами нельзя определить режим минерального питания во время вегетации растений. Следовательно, такие методы не дают возможности исправить путем применения подкормок возникшие в период формирования урожая погрешности минерального питания, многие из которых не могут быть предусмотрены заранее.

Другую группу представляют методы определения потребности растений в удобрениях, получившие название методов растительной диагностики.

В настоящее время методы растительной диагностики находят все большее и большее распространение, однако они не могут заменить первую группу методов, а должны применяться в разумном сочетании с ними.

Еще недавно под растительной диагностикой многие понимали определение голодания растений в отношении того или иного элемента, главным образом азота, фосфора и калия. В настоящее время, несмотря на постоянный рост применения удобрений, вопросы голодания растений в отношении того или иного элемента остаются актуальными. Вместе с тем на первый план теперь выдвигаются проблемы выявления относительного недостатка того или иного элемента питания, из-за которого снижается эффективность использования удобрений, влаги, сорта и других факторов, определяющих урожай и его качество. Актуальными становятся проблемы «перекорма» растений, нарушения соотношения питательных веществ, влияния условий минерального питания на устойчивость растений к болезням, к неблагоприятным условиям произрастания.

Указанные проблемы требуют дальнейшего совершенствования методов растительной диагностики. Одна из основных задач − повышение точности, надежности и доступности анализов по растительной диагностике. Особое внимание следует обратить на разработку и дальнейшее совершенствование существующих экспресс-методов, крайне необходимых производству [4].

Актуальной является также разработка специальных методов растительной диагностики для агрохимических полевых и вегетационных опытов с тем, чтобы иметь возможность получать полную и всестороннюю характеристику влияния удобрений на различные сельскохозяйственные культуры.

Перед растительной диагностикой стоит задача все полнее устанавливать зависимость между условиями минерального питания и изменениями морфологических и анатомических признаков, физиологических функций растения.

Необходимо развивать экологическое направление в растительной диагностике, имея в виду определение реакции растения на применение удобрений при различном водном режиме, разной реакции почвы, интенсивности света и др.

Таким образом, основная и наиболее актуальная тема агрохимических исследований − установление потребности растений в удобрениях.

Основной практической задачей растительной диагностики является установление на основе непосредственных наблюдений в поле потребности растений в подкормках. Правильное внесение питательных элементов во время вегетации требует знания состояния питательного режима растений, что и дает растительная диагностика. Некоторые подкормки применяются без всякой диагностики и без анализа почв − например ранняя весенняя подкормка озимых в лесной и в лесостепной зонах небольшими дозами азота. Но такие подкормки − скорее исключение, чем правило. Уже летние подкормки озимых азотом для повышения белковости зерна следует проводить с учетом данных растительной диагностики.

Если учет факторов «емкости» и «интенсивности» (возможного размера почвенного питания растений) может быть установлен при помощи современных агрохимических анализов почвы, то скорость поступления в растения питательных элементов не может быть определена без анализа растений по фазам развития, т. е. без растительной диагностики в широком смысле. Вот почему растительная диагностика является одним из основных путей изучения питания растений.

Когда говорят о растительной диагностике в целом, то охватывают все виды научного наблюдения за ростом и развитием растений в зависимости от условий питания. Нужны поэтому не только визуальная диагностика, не только все виды химической диагностики, но и наблюдения за влиянием питания на прохождение различных фаз и стадий развития растений, т. е. на формирование урожая и его структуры.

Цель курсового проекта – Изучить методы определения потребности растений в удобрениях

Задачи исследований:

• изучить физиологические основы определения потребности растений в удобрениях;
• дать характеристику методам определения потребности растений в удобрениях.

Глава 1. Физиологические основы определения потребности растений в удобрениях

Агрономическая химия и физиология растений – науки, непосредственно связанные с сельским хозяйством, они разрабатывают теоретические вопросы питания растений и применения удобрений под сельскохозяйственные культуры. Соединение данных этих наук открывает новые возможности для разработки путей увеличения урожая и улучшения его качества. Поэтому в настоящее время большое внимание уделяется физиологическому и агрохимическому обоснованию системы питания растений с целью рационального применения удобрений и разработки методов диагностирования потребности растений в элементах питания.

Д. Н. Прянишников писал, что рост и развитие растений возможны только при увязке рационального применения удобрений с химией почвы и физиологией растений. Его классический треугольник взаимоотношений между растениями, почвой и удобрением показан на рисунке 1. Этот треугольник в последующем 3. И. Журбицкий дополнил четвертым компонентом – климатом, или экологическими условиями, так как учет влияния климатических факторов (свет, тепло, длина вегетационного периода) позволяет более точно устанавливать дозы удобрений. Чтобы поместить на этом рисунке четвертую точку для климата, пришлось нарисовать четырехугольник (треугольную пирамиду, рис. 1). Стрелки этой схемы означают многосторонние связи взаимоотношений между основными факторами урожайности.

Рассматриваемые в настоящей главе физиологические явления:

• питание растений,
• вынос из почвы питательных веществ урожаем,
• использование питательных веществ из почвы и удобрений,
• последействие внесенных удобрений,
• влияние пожнивных и корневых остатков предшественников на пищевой режим почв на фоне агрохимических показателей о запасах питательных элементов в почве.

Они являются физиологической основой определения потребности растений в удобрениях и служат исходными данными для определения доз удобрений, обеспечивающих получение хорошего урожая при минимальном их расходе. В ближайшем будущем эти исходные данные все чаще будут применяться для составления математических программ при определении доз удобрений с помощью электронно-цифровых вычислительных машин [3].

1.1 Факторы жизни растений

Для того чтобы получать высокий урожай сельскохозяйственных культур, надо создавать растениям необходимые условия роста и развития, обеспечивать их всеми факторами жизни. К основным из них относятся; свет, тепло, вода, воздух и питательные вещества, при наличии которых гарантируется жизнь и продуктивная работа зеленого растения. Внешние условия жизни растений можно рассматривать как группу климатических факторов, снабжающих растения энергией, и группу факторов питания (рис. 2).

Потребность отдельных видов растений в соответствующих условиях среды определяется природными, наследственными, свойствами, сложившимися в процессе развития данного организма. Однако способность растений усваивать питательные элементы и потребность в них изменяются под влиянием факторов жизни.

Изучение влияния факторов жизни на минеральное питание растений позволяет глубже понять роль отдельных элементов в жизни растений и разрабатывать системы питания, обеспечивающие получение высоких урожаев даже при мало благоприятных условиях. Не все факторы жизни ежегодно бывают в оптимуме, что отражается на получении устойчивых и высоких урожаев.

Полное обеспечение растений всеми факторами жизни возможно лишь в искусственных условиях (например, в теплицах). В полевой обстановке, где растения развиваются на естественной почве и при соответствующих климатических условиях, возможности воздействия на условия роста растений в известной мере ограничены. Но и здесь с помощью прогрессивных методов агротехники теперь постепенно создаются возможности управлять рядом факторов жизни растений. Так, рациональная система обработки почвы и ухода за культурами значительно ослабляет зависимость урожая от времени выпадения осадков и засухи.

Случаи резкого недостатка света проявляются довольно редко. Изменение освещенности отдельных растений в случае необходимости может быть достигнуто некоторыми приемами. Внося удобрения, изменяя сроки и способы посева (направление рядков, густоту стояния растений), можно регулировать их световой режим. Например, при культуре льна широко используют различную густоту посева: чтобы вырастить семена, сеют редко, создавая максимальную освещенность; чтобы получить волокна, сеют загущенно, так как минимальное освещение способствует росту и длинноволокнистости.

Для лучшего использования света важное значение имеет и направление рядков выращиваемых растений. В северо-западной зоне рядки лучше располагать с севера на юг, а на юге − с запада на восток.

Количество тепла, необходимое растениям, можно регулировать, выращивая культуры в защищенном грунте. В полевых условиях, регулируя влажность почвы, можно заметно изменить ее тепловые условия, повышая теплопроводность. Для улучшения теплового режима почвы большое значение имеет внесение в почву навоза, зеленого удобрения, а также мульчирование и иногда прямое нагревание почвы внешними источниками тепла – паром, электричеством и др.

На аэрацию почвы проще воздействовать рациональной обработкой, а на увеличение содержания питательных веществ – внесением удобрений.

Таким образом, все основные факторы жизни растений доступны в той или иной мере воздействию человека.

Существует, кроме того, ряд косвенных факторов жизни, также влияющих на рост и развитие растений. К ним относятся: строение почвы, содержание органических веществ, биологическая деятельность почвы и ее реакция, а также вредители, болезни, сорняки, которые иногда приобретают решающее значение. Так, почва обладает различными физическими свойствами, но необходимое растениям сочетание воды и воздуха возможно лишь при определенных физических свойствах почвы, хорошей структуре, обеспечивающей водопроницаемость почвы, циркуляцию воздуха в ней и достаточный запас воздуха для дыхания корней и биологической деятельности.

Разнообразный климат в различных зонах России и неодинаковые погодные условия в каждой зоне вызывают необходимость применять разные агротехнические приемы выращивания сельскохозяйственных культур.

Искусство агронома проявляется в том, чтобы правильно определять влияние всех факторов жизни на выращиваемые растения в условиях каждого поля и создавать оптимальные условия для получения планируемого урожая путем применения прогрессивной агротехники с внесением необходимого количества удобрений [3].

1.2 Основные законы земледелия

Рассмотрим отношение растений к совокупности факторов жизни и взаимоотношения этих факторов с растениями. Некоторые основные положения этих взаимоотношений в настоящее время приобрели значение объективных законов земледелия.

Равнозначность и незаменимость факторов жизни растений. Растение не может существовать, если оно лишено одного из основных факторов, безразлично, будет это вода, воздух, свет, тепло или одно из питательных веществ, как бы ни была мала потребность в нем. Естественно, что ни один из факторов не может быть заменен другим. От увеличения количества какого-либо фактора эффект получается только тогда, когда в остальных нет недостатка.

Количественное действие факторов жизни растений. Над разработкой этого закона трудились многие ученые: Либих называл его законом минимума, Митчерлих – законом физиологического минимума, Блэкман – законом ограничивающих факторов, А. Г. Дояренко – законом минимума и оптимума, В. Д. Панников (1969) – законом минимума, оптимума и максимума действия факторов жизни растений. Сущность этого закона заключается в том, что «величина урожая во многом зависит от того фактора или элемента роста растений, который находится в минимуме, которого недостает».

Растение развивается лишь до тех пор, пока оно обеспечено всеми основными факторами жизни, как только будет исчерпан один из них, дальнейшее развитие растения приостанавливается. Например, если в почве содержание усвояемого азота достаточно для получения урожая зерна 10 ц с 1 га, а остальные элементы питания могут обеспечить получение 30 ц, урожай все равно окажется равным примерно 10 ц. Только после того, как количество азота в почве будет увеличено (при устранении минимума), урожай повысится до уровня, лимитируемого каким-либо другим элементом или фактором, оказавшимся в минимуме. Следовательно, урожай выращиваемой культуры определяется тем фактором, которого не хватает или который находится в минимуме.

При выявлении минимума этот решающий фактор должен быть в первую очередь объектом нашего воздействия. В том случае, когда в положении минимума находится несколько факторов (а это бывает весьма часто), дело осложняется.

Так, обеспечив поле влагой (первый минимум) и подняв урожай на некоторую высоту, можно встретиться с истощением почвы. Тогда возникает второй минимум – недостаток питательных веществ и т. д. Значительного повышения урожайности можно добиться, если обеспечить растения всеми факторами, которых не хватает.

При количественном увеличении одних факторов и полной обеспеченности остальными факторами рост и развитие растений усиливается. Однако каждый фактор имеет свой оптимум, и понижение каждого фактора до некоторой минимальной величины или повышение до некоторого максимума будут ослаблять жизнедеятельность растения до полного ее прекращения. Отсюда вывод: чтобы получить максимальный урожай, необходимо создать оптимальные условия для роста и развития растений, ибо как недостаток, так и избыток любого фактора вредно отражается на них.

Например, большинство сельскохозяйственных культур слабо развивается при температуре 1–3°С. По мере повышения температуры до 35–40°С энергия развития их быстро возрастает, но при температуре свыше 40°С растения развиваются гораздо слабее, а выше 50°С наблюдается их угнетение, а затем и гибель.

Совокупное действие факторов жизни растений. «Факторы жизни растений в наибольшей степени проявляют свою силу только при совместном действии. В полевых условиях с изменением воздействия на растения одного из факторов неизбежно нарушается возможность и условия продуктивного использования других факторов».

В производственной обстановке отдельные факторы жизни растений действуют не изолированно, не независимо друг от друга. Растения непрерывно испытывают влияние всего комплекса факторов, которые взаимно связаны между собой. С изменением одного какого-либо фактора закономерно происходят изменения в ряде других. Например, с повышением температуры увеличивается потеря воды из почвы через испарение и транспирацию; в связи с потерей воды автоматически повышается содержание воздуха в почве; усиливается микробиологическая деятельность и вместе с этим больше накапливается пищи для растений, но этот процесс развивается до определенного предела. При сильном иссушении почвы микробиологические процессы затухают и накопление пищи снова прекращается.

Взаимосвязь в количественном изменении факторов подчиняется естественным законам физики, химии, биологии. Поэтому земледелие опирается на закон совокупного, а не изолированного действия факторов. Игнорирование или непонимание закона совокупного действия факторов приводит к ошибочным суждениям о том, что можно добиться коренного повышения урожайности и рентабельности земледелия путем применения только одного какого-либо мероприятия. Например, некоторые считают, что можно быстро повысить урожай лишь за счет углубления пахотного слоя, или путем применения высоких доз удобрений, или только известкованием и т. п.

Познание основных законов жизни растений является обязательным для всех работников земледелия, только на основе этих знаний возможно рациональное применение удобрений и улучшение агротехнических приемов.

1.3 Питание растений

Активный процесс потребления корнями растений питательных веществ тесно связан со всей жизнедеятельностью растений. Он протекает в несколько этапов, из которых первым является адсорбция, то есть поглощение того или иного питательного вещества поверхностью корней и корневых волосков с последующей передачей его внутрь корня и далее по проводящим тканям в другие органы растения. Осваивая при помощи постоянно нарастающих корешков и корневых волосков все новые и новые частицы почвы, растение удовлетворяет свою потребность в воде и питательных веществах.

Вопросы использования питательных веществ растениями из подпахотного слоя еще слабо разработаны. Кроме того, учет плодородия этого слоя имеет практическое значение не для всех почв и культур. В производственных условиях при возделывании однолетних культур обычно учитывают запасы питательных веществ, находящиеся только в пахотном слое. Более глубокие горизонты имеют существенное значение для кустарников и древесных пород.

Потребление питательных веществ регулируется также и наземными частями растений, оно является результатом жизнедеятельности всего растения. Почвенное и воздушное питание растений неразрывно связано между собой. При улучшении корневого питания под влиянием удобрений усиливается работа листового аппарата, что и обеспечивает повышение урожая. Различные растения для построения единицы товарной продукции извлекают за вегетационный период неодинаковое количество элементов минерального питания (табл. 1).

Таблица 1. – Потребление (вынос) сельскохозяйственными культурами азота, фосфора и калия с учетом содержания их во всем растении, включая корни и пожнивные остатки (в кг на 1ц продукции)

Соотношение усвоенных элементов питания характеризует особенности минерального питания каждой культуры.

В процессе роста и развития растений образуются разные органы, в каждом из которых отлагаются усвоенные питательные вещества в специфических соотношениях. Примерное распределение азота, фосфора и калия в надземной массе хлопчатника можно представить в следующем виде (табл. 2).

Таблица 2. – Распределение элементов питания в хлопчатнике (в % от общего содержания) (по И.В. Гулякину, 1970)

Из данных таблицы 2 видно, что волокно содержит незначительные количества азота, фосфора и калия. Основная масса этих элементов находится в семенах и вегетативных органах растения.

С ростом и развитием растений происходят изменения не только в размерах, но и в химическом составе образующихся органов. В молодых растениях обычно содержится больше элементов питания, особенно азота и калия, чем в более старых растениях. В связи с использованием ранее усвоенных элементов на дальнейший рост отдельных органов, а также в связи с интенсивностью происходящих в них процессов содержание элементов питания заметно снижается. Изменяется при этом минеральный состав растений, то есть соотношение элементов питания (табл. 3).

Таблица 3. – Соотношение основных элементов питания, усвоенных помидорами в отдельных фазах развития (в % к сумме питательных веществ) (по З.И. Журбицкому, 1965)

Приведенные данные позволяют сделать вывод о зависимости развития растений от системы удобрений. Зная, как изменяются потребности растений в питании, можно в известных пределах управлять ростом и развитием растений и устанавливать дозы удобрений для планируемых урожаев. Если применять такую систему удобрения, которая будет способствовать возрастным изменениям в питании растений, развитие ускорится, и, наоборот, если вносимые удобрения будут задерживать возрастные изменения в питании, то развитие растений задержится.

На рост и развитие растений непосредственно действуют не только изменения в питании, но и внешние условия, под влиянием которых изменяется в известной степени потребность растений в питании, а также способность растений усваивать отдельные элементы.

Для каждой культуры характерны изменения в соотношении элементов питания и темпы их усвоения в процессе роста и развития. Например, кукуруза хорошо отзывается на сравнительно поздние подкормки азотом. Это объясняется увеличением потребности в азоте перед началом выбрасывания нитей у початков. При выращивании озимой пшеницы, наоборот, нужны наиболее ранние подкормки, так как в период весеннего отрастания и кущения пшеницы она усиленно потребляет азот. Перед выходом в трубку потребность пшеницы в азоте резко снижается, но одновременно усиливается поглощение калия, поэтому запоздалая азотная подкормка не способствует повышению урожая. Однако более позднее внесение азота, перед наливом зерна, может улучшить его качество − повысить белковость зерна.

На рисунке 3 показаны изменения в соотношении питательных веществ, усваиваемых помидорами за отдельные фазы. К началу завязывания плодов от суммы трех элементов потреблялось 50% азота, в то время как калия только 32%, а в период полного плодоношения и начала сбора плодов на 36 частей азота растениями усваивалось уже 50 частей калия. В период плодоношения растения усваивали значительное количество фосфора − около 15% от суммы трех основных элементов. Из рисунка видно, каким должен быть состав питания помидоров в тот или иной период; состав подкормки необходимо устанавливать с учетом этих данных.

Из приведенных примеров видно, что каждое растение предъявляет свои требования к питанию, которые необходимо удовлетворять, чтобы обеспечить получение высоких урожаев. Потребность растений в элементах питания характеризуется как с количественной стороны − динамикой интенсивности потребления питательных веществ в течение вегетационного периода, так и с качественной − изменением соотношений усваиваемых элементов питания.

Интенсивность потребления элементов питания связана непосредственно со скоростью роста растений, а изменения в соотношениях усваиваемых элементов − с развитием растений.