РОЗДІЛ 2. ЖИВЛЕННЯ РОСЛИН

Крім того, рослини виділяють гази, які за період вегетації можуть становити 1 % маси сухої речовини. Це інсектициди й інгібітори росту та речовини, які відлякують або принаджують комах.

Накопичення в ґрунті специфічних кореневих виділень рослин є однією з причин виснаження ґрунту. Відомо, що під соняшником і деякими видами молочаїв накопичується хлорогенова кислота, під люцерною – сапонін, під конюшиною виділяються токсичні речовини.

Кореневі виділення – важливий чинник взаємного впливу рослин різних видів один на одного (явище алелопатії). Цей вплив може бути як позитивним, так і негативним. Про це Пліній Старший писав, що за наявності капусти хворіє виноград. Після буряку цукрового гірше росте кукурудза, після вівса знижується схожість пшениці. Водночас взаємостимулюють одне одного кукурудза, картопля і квасоля. Тому алелопатичний взаємовплив рослин потрібно враховувати під час розміщення культур у сівозміні.

Для коренів рослин характерна також розподільна функція: за надлишку іонів вони гальмуються у вакуолях клітин кореня, а за нестачі – скеровуються з вакуолей у надземні органи. Якщо рослина старіє, то вбиральна здатність її коренів зменшується, тому корені зі своїх запасів починають постачати поживні речовини до надземних органів.

У рослинних організмах елементи живлення зазвичай знаходяться в значно вищих концентраціях, ніж у поживному розчині, що їх оточує. Крім того, надходження деяких елементів та їх концентрація різна й не відповідає співвідношенню концентрацій у поживному розчині. Це забезпечує плазмолема, яка запобігає втраті речовин, накопичених клітиною внаслідок дифузії, одночасно підтримує проникнення води та елементів мінерального живлення.

Відома ціла низка теорій надходження елементів живлення в клітину. Мабуть, у рослин є кілька вбирних механізмів, постійна зміна співвідношення яких зумовлює перебіг усього процесу живлення; при цьому один механізм гармонійно доповнює інший.

До поверхні коренів рослин елементи живлення надходять за допомогою трьох механізмів: 1) кореневе перехоплення; 2) масовий потік; 3) дифузія.

Кореневе перехоплення – у процесі росту корені дотикаються до елементів живлення і поглинають їх. Значення цього механізму неістотне, оскільки у шарі ґрунту 0–30 см корені займають не більш як 1–2 % його об'єму.

Масовий потік – корені поглинають з ґрунту воду, а з нею – розчинені елементи живлення. Численні дані досліджень доводять незалежність процесів забезпечення рослин водою й мінеральними елементами. Тут немає прямого зв'язку. Рослини поглинають іони вибірково. Значення масового потоку в живленні рослин змінюється в широких межах залежно від культури і ґрунтово-кліматичних умов (табл. 2.2).

Таблиця 2.2. Внесок кореневого перехоплення, масового потоку та дифузії в забезпеченні рослин кукурудзи елементами мінерального живлення (С. А. Барбер, 1988)

Як свідчать наведені дані, в цьому конкретному випадку кореневе перехоплення робить найбільший внесок у загальну забезпеченість усіма елементами живлення за винятком кальцію, вміст якого в ґрунті значно перевищує потреби рослин. Масовий потік може забезпечувати потребу кукурудзи в усіх елементах живлення, крім азоту, фосфору і калію. Нестачу елементів живлення коренева система задовольняє за рахунок дифузії. Насамперед це стосується фосфору, калію і частково азоту.

Дифузія – створюється в поживному розчині внаслідок засвоєння елементів живлення кореневою системою рослин. Це спонтанний природний процес. Внаслідок дифузії зростає гомогенність (однорідність) розчину зі зменшенням у ньому концентрації елементів живлення. Це створює передумови для дифузії елементів живлення в ґрунті за градієнтом до поверхні кореня. Дифузія елементів живлення відбувається внаслідок теплового руху молекул – броунівського руху. За наявності градієнта концентрації рух спрямований із зони більшої концентрації в зону меншої і відбувається доти, доки концентрація не вирівняється. Оскільки корені рослин постійно поглинають елементи живлення із прикореневого шару ґрунту, то градієнт концентрації зберігається до припинення їх функціонування. Відстань від кореня, на яку поширюється дифузія, залежить від швидкості дифузії іонів і змінюється від 0,1 до 15 мм. Швидкість дифузії іонів крізь ґрунт залежить від типу ґрунту і природи поглинання нею іонів.

Вважають, що фосфор і калій засвоюються рослинами переважно внаслідок дифузії, тоді як азот, кальцій і магній – з потоком ґрунтового розчину. Нітрати рухаються в ґрунті швидше, ніж фосфати, і поглинаються інтенсивніше; фосфати поглинаються в радіусі 1 мм від кореня, а нітрати – 10 мм.

Рослини зазвичай засвоюють елементи живлення з ґрунтового розчину слабкої концентрації – 0,01–0,05 %. Ґрунтові розчини незасолених ґрунтів здебільшого мають концентрацію від 0,02 до 0,20 %. Для нормального розвитку рослин достатньо, щоб в 1 л містилося по 20-30 мг азоту і калію, 10-15 – фосфору, 1–2 – бору і 5–7 мг мангану. Як надмірно висока, так і недостатня концентрація ґрунтового розчину несприятливі для росту й розвитку сільськогосподарських культур. Концентрація по 100 мг/л азоту, фосфору, калію і навіть загальна 1 г/л ще не є загрозливою, але вища може зашкодити розвитку рослин. Різні види рослин по-різному реагують на ту чи іншу концентрацію ґрунтового розчину. Відомо, що різниця осмотичного тиску клітинного соку й тургорного напруження оболонки клітини визначає всмоктувальну силу клітини, інтенсивність надходження води і поживних речовин. Для рослин характерні значні коливання осмотичного тиску залежно від умов вирощування. Так, у прісноводних водоростей у клітинах епідермісу вона коливається в межах 1–3 атм, у польових рослин – 5–10, а в пустельних і солончакових – 80–100 атм. Однак для кожного виду рослин існують певні фізіологічно допустимі межі змін осмотичного тиску. Крім мінеральних солей він визначається також вмістом цукрів та амінокислот. Найчутливіші до концентрованих розчинів льон, люпин, огірок, морква та більшість рослин у молодому віці.

Як уже зазначалося, для рослин характерна вибіркова здатність засвоювати елементи живлення – лише ті, які необхідні, що пояснюється фізіологічними законами живих організмів.

Відомо, що іони можуть рухатись проти градієнта концентрації і багато елементів, майже відсутніх у поживному розчині, здатні накопичуватись у рослинах. Наприклад, рослини кукурудзи можуть накопичувати в насіннєві золото, плоди огірка – срібло, капусти – йод і молібден.

Існує тісний зв'язок між повітряним і кореневим живленням рослин. Іноді високі норми добрив не підвищують урожай, а навпаки, знижують його. Причинами цього є: 1) підвищення концентрації ґрунтового розчину до токсичної; 2) порушення оптимального співвідношення між елементами живлення в ґрунтовому розчині; 3) нестача вологи в ґрунті та вуглекислого газу в повітрі; 4) зменшення освітленості внаслідок самозатінення (сильний ріст рослин), що знижує інтенсивність процесу фотосинтезу; 5) забур'яненість посівів.

Найважливішим чинником ефективності добрив є водозабезпечення.

Слід зазначити, що всі процеси, пов'язані з живленням рослин, відбуваються за безпосередньої участі ферментів. При цьому провідна роль належить протеазам.

2.3.2. Форми сполук, в яких рослини поглинають елементи живлення