За что отвечает фосфор в растениях

Как фосфор влияет на растения и почву

Фосфор содержится в почве в составе органических соединений и минералов. Тем не менее, количество легко доступного фосфора очень мало по сравнению с общим количеством фосфора в почве. Поэтому во многих случаях следует применять фосфорные удобрения, чтобы удовлетворить потребности сельскохозяйственных культур.

РЕАКЦИИ ФОСФОРА В ПОЧВЕ

Фосфор содержится в почвах как в органической форме, так и в неорганической (минеральной) форме, и его растворимость в почве низкая. Существует равновесие между твердым фосфором в почве и фосфором в почвенном растворе. Растения могут поглощать только фосфор, растворенный в почвенном растворе, а поскольку большая часть почвенного фосфора существует в виде стабильных химических соединений, в любой момент времени для растений доступно лишь небольшое количество фосфора.

Когда корни растений удаляют фосфор из почвенного раствора, часть фосфора, адсорбированного на твердой фазе, высвобождается в почвенный раствор для поддержания равновесия. Типы соединений фосфора, которые существуют в почве, в основном определяются ее pH, а также типом и количеством минералов в почве. Минеральные соединения фосфора обычно содержат алюминий, железо, марганец и кальций.

В кислых почвах фосфор имеет тенденцию реагировать с алюминием, железом и марганцем, в то время как в щелочных почвах преобладает фиксация с кальцием. Оптимальный диапазон pH для максимальной доступности фосфора составляет 6.0-7.0. Во многих почвах разложение органических материалов и растительных остатков способствует увеличению количества фосфора в почве.

ПОЛУЧЕНИЕ ФОСФОРА РАСТЕНИЯМИ

Растения поглощают фосфор из почвенного раствора в виде ортофосфат-иона: HPO4-2 или H2PO4-. Пропорция, в которой эти две формы абсорбируются, определяется pH почвы, когда при более высоком pH почвы поглощается больше HPO4-2. Подвижность фосфора в почве очень ограничена, поэтому корни растений могут поглощать фосфор только из своего непосредственного окружения.

ФОСФОР ПРИ НЕДОСТАТОЧНОСТИ ПОЧВЫ

Симптомы дефицита фосфора включают задержку роста и темно-фиолетовый цвет старых листьев, замедление цветения и развития корневой системы. У большинства растений эти симптомы проявляются, когда концентрация фосфора в листьях ниже 0.2%.

Избыток фосфора в основном препятствует усвоению других элементов, таких как железо, марганец и цинк. Чрезмерное удобрение фосфором является обычным явлением, и многие производители применяют излишне высокие количества фосфорных удобрений, особенно когда используются сложные удобрения NPK или когда поливная вода подкисляется фосфорной кислотой.

ФОСФОР В ПИТАТЕЛЬНЫХ РАСТВОРАХ И БЕСПРИВОДНЫХ СРЕДАХ

Допустимая концентрация фосфора в питательных растворах составляет 30-50 частей на миллион, хотя было обнаружено, что ее можно снизить до 10-20 частей на миллион. В непрерывно текущих питательных растворах концентрация может достигать 1-2 частей на миллион.

В беспочвенных средах, как и в почве, фосфор накапливается с каждым добавлением фосфора, и минералы фосфора и кальция или магния начинают выпадать в осадок. Типы образующихся минералов зависят от pH среды.

ТЕСТИРОВАНИЕ ФОСФОРА В ПОЧВЕ

Уровень содержания фосфора в почве дает меру способности почвы поставлять фосфор в почвенный раствор. Почвенный тест не измеряет общее количество фосфора в почве, потому что доступное количество фосфора намного меньше, чем общее количество. Он также не измеряет фосфор в почвенном растворе, потому что количество фосфора в почвенном растворе обычно очень мало и не отражает надлежащим образом количество фосфора, которое растения потенциально могут поглотить в течение вегетационного периода.

Тест на фосфор почвы на самом деле является показателем, который помогает предсказать потребность культуры в удобрениях. Рекомендации по внесению удобрений определены на основе множества полевых испытаний на многих почвах и культурах. Различные методы тестирования приводят к различным значениям, которые необходимо интерпретировать соответствующим образом. Например, результат 25 ppm фосфора, полученный с помощью метода тестирования «Olsen», может иметь иную интерпретацию, чем такой же результат, полученный с помощью метода тестирования «Bray».

Источник

Фосфор

Фосфор – один из трех главных химических элементов питания растений. По своей важности он занимает второе место после азота. Принадлежит к числу достаточно распространенных элементов. В свободном состоянии в природе не встречается. Является действующим веществом простых и сложных фосфорных удобрений. Применяется под все сельскохозяйственные культуры в виде основного внесения, припосевного внесения и подкормки.

Содержание:

Большую часть новых химических элементов обнаруживали в различных рудах и минералах. Что же касается фосфора, то он был добыт из куда менее «достойного» источника – из мочи. В XII веке арабский ученый Альхильд Бехиль выделил этот элемент в чистом виде, перегоняя мочу, смешанную с несколькими «подручными» реактивами: известью, углем и глиной. В свете такого подбора компонентов для реакции, сложно сказать, рассчитывал ли он на какой-то определенный результат, однако ему повезло: он открыл фосфор. К сожалению, со временем это было предано забвению.

В 1669 году его коллега, алхимик-любитель Хеннинг Бранд, был занят решением важной задачи: он искал философский камень, а если точнее, жидкость, которая бы превращала недрагоценные металлы в золото. Для одного из своих опытов он собрал порядочное количество мочи в солдатской казарме и стал нагревать ее без доступа воздуха. Он заметил, что жидкость испускает странный белый пар, который оседал на стенках посуды и светился в темноте. Хоть Бранд и не получил желаемого, но он вновь совершил забытое открытие. Новый элемент был назван им «фосфор», что означает «светоносец».

В 1680 году независимо от Бранда фосфор был получен и известным ученым Робертом Бойлем. Его опыт тоже оказался не уникальным, и также был основан на нагревании мочи. И лишь в 1774 году Карл Шееле предложил добывать этот элемент из другого органического источника – рогов и костей животных. В настоящее время фосфор получают преимущественно из природных минералов. [7]

Фосфор

Физические и химические свойства

Фосфор (Phosphorus), P – химический элемент главной подгруппы V группы периодической химической системы Менделеева. Атомный номер – 15, атомная масса – 30,97. В настоящее время известно несколько радиоактивных изотопов фосфора, из которых 32 Р применяется в физиолого-биохимических и агрохимических исследованиях.

Фосфор характеризуется в целом как неметалл. Элемент образует несколько аллотропических видоизменений.

Белый фосфор

Красный фосфор

Черный фосфор

Фосфорит

Фосфорит – осадочная порода, источник фосфора.

Содержание в природе

Природные соединения фосфора

По причине легкой окисляемости чистый фосфор в природе не встречается. Соединения фосфора составляют по отношению к весу земного шара только 0,000015 %. В земной коре масса соединений фосфора составляет 0,75 %. [3]

Ортофосфат кальция

Апатит

Фосфор также входит в состав белков растительного и животного происхождения. [4]

Формы фосфора в почве

Запасы фосфора в почве во многом влияют на обеспеченность растений этим элементом. Все формы фосфора в почве и возможные вариации их воздействия отражаются в следующей цепочке:

Валовый → органический → минеральные соединения Р₂О₅ → потенциально доступный Р₂О₅ → непосредственно доступный Р₂О₅

Валовый фосфор

Содержание фосфора в верхних горизонтах почвы, как правило, выше, чем в нижележащих. Данное соотношение не зависит от типа почвы и гранулометрического состава. Обычно это связано с деятельностью человека и биологическими факторами, [1] в частности, с накоплением фосфора в зоне отмирания главной массы корней. Вниз по профилю почвы наблюдается уменьшение содержания фосфора. Большая его часть присутствует в почве в минеральной форме. [5]

Органические фосфаты

Минеральные фосфаты

Органические и минеральные соединения фосфора находятся в состоянии постоянного взаимопревращения. Соотношения данных форм определяется направленностью почвообразования. [1]

Содержание фосфора в различных типах почв

Различные почвы содержат неодинаковое количество фосфора – от 0,1 % Р₂О₅ в бедных песчаных до 0,20 % в мощных высоко гумусных почвах.

Почвы северной лесостепи

Дерново-подзолистые, глеевато-легкосуглинистые и среднесуглинистые почвы

Дерново-подзолистые легкосуглинистые, развивающиеся на моренном суглинке

Дерново-подзолистые

Дерново-подзолистые песчаные

Дерново-подзолистые почвы

Содержание фосфора в слое 0–20 см, согласно данным: [5]

Почва

Содержание соединений, % к общему содержанию

общее

органических

минеральных

органических

минеральных

Сильно-

оподзоленная

Средне-

оподзоленная

Лесостепная

Мощный чернозем

Каштановая

Серозем

Торфяно-болотные почвы

Симптомы недостатка фосфора, согласно данным: [6]

Культура

Симптомы недостатка

Скручивание краев листовой пластинки;

Образование фиолетовой окраски

Листья темно-зеленые, к стеблю, расположены под острым углом;

Рост наземной массы ослаблен;

При клубнеобразовании на кончиках нижних листьев – узкая темно-коричневая полоса, отмершая ткань заворачивается,

Ботва до уборки темно-зеленая;

Листья темно-зеленые с пурпурным оттенком;

Кочан образуется позднее

Стебли тонкие, слабые, жесткие, волокнистые;

Семядоли у всходов направлены под острым углом к верху;

Нижняя сторона листа – красновато-фиолетовая;

Листья поникшие, с завернутыми под лист долями;

Плоды плохо созревают

Листья мелкие, тусклые, темно-зеленые с голубоватым оттенком;

Края листа чернеют, почернение захватывает концы жилок;

На изломе листа и черешка – почернение;

Отмершие края листьев завернуты вверх;

Содержание сахара низкое;

Признаки недостатка появляются на старых листьях;

Молодые листья рано опадают

Вершины старых листьев вянут и отмирают

Листья мелкие, темно-зеленые с голубоватым оттенком;

Черешок и крупные жилки красноватые; Края листовой пластинки – красновато-лиловые

Плохой рост побегов;

Листья с пурпурным оттенком;

Образование тонких, коротких побегов;

Листья мелкие, тусклые, зеленые;

Листья покрыты пятнышками;

Опадение листьев преждевременное;

Ягоды плохо созревают;

Формируются тонкие, короткие побеги;

Листья редеют, мельчают;

Листья приобретают тускло-зеленую окраску с пурпурным или бронзовым оттенком;

Цветов и плодов мало;

Лесостепные почвы

Мощные черноземы

Обыкновенные черноземы

Выщелоченных черноземы

Темно-каштановые почвы содержат

Роль в растении

Биохимические функции

Окисленные соединения фосфора необходимы всем живым организмам. Ни одна живая клетка не сможет существовать без них.

В растениях фосфор содержится в органических и минеральных соединениях. При этом, содержание минеральных соединений составляет от 5 до 15 %, органических – 85–95 %. Минеральные соединения представлены калиевыми, кальциевыми, аммонийными и магниевыми солями ортофосфорной кислоты. Минеральный фосфор растений – запасное вещество, резерв для синтеза фосфорсодержащих органических соединений. Он увеличивает буферность клеточного сока, поддерживает тургор клетки и другие не менее важные процессы.

Органические соединения – нуклеиновые кислоты, аденозинфосфаты, сахарофосфаты, нуклеопротеиды и фосфатопротеиды, фосфатиды, фитин.

На первом месте по важности для жизнедеятельности растений стоят нуклеиновые кислоты (РНК и ДНК) и аденозинфосфаты (АТФ и АДФ). Данные соединения участвуют во многих процессах жизнедеятельности растительного организма: синтезе белков, энергетическом обмене, передаче наследственных свойств.

Нуклеиновые кислоты

P₂O₅ в нуклеиновых кислотах содержится около 20 %. Данные кислоты – неотъемлемая часть всех тканей и органов растений любой растительной клетки. В листьях и стеблях нуклеиновые кислоты составляют 0,1–1,0 % сухой массы. [8]

Аденозинфосфаты

Особая роль фосфора в жизни растений заключается в участии в энергетическом обмене растительной клетки. Главная роль в данном процессе принадлежит аденозинфосфатам. В их составе присутствуют остатки фосфорной кислоты, связанные макроэргическими связями. При гидролизе они способны выделять значительное количество энергии.

Они представляют собой своеобразный аккумулятор энергии, поставляя ее по мере необходимости для осуществления всех процессов в клетке.

Различают аденозинмонофосфат (АМФ), аденозиндифосфат (АДФ) и аденозинтрифосфат (АТФ). Последний по запасам энергии значительно превосходит два первых и занимает ведущую роль в энергетическом обмене. Он состоит из аденина (пуринового основания) и сахара (рибозы), а также трех остатков ортофосфорной кислоты. Синтез АТФ осуществляется в растениях в процессе дыхания. [8]

Фосфатиды

Фосфатиды, или фосфолипиды – сложные эфиры глицерина, высокомолекулярных жирных кислот и фосфорной кислоты. Они входят в состав фосфолипидных мембран, регулируют проницаемость клеточных органелл и плазмалеммы для различных веществ.

Цитоплазма всех растительных клеток содержит представителя группы фосфатидов лецитин. Это производное диглицеридфосфорной кислоты, жироподобное вещество, имеющее в составе 1,37 % P₂O₅. [8]

Сахарофосфаты

Сахарофосфаты, или фосфорные эфиры сахаров, присутствуют во всех тканях растений. Известно более десятка соединений данного типа. Они выполняют важную роль в процессах дыхания и фотосинтеза в растениях. Образование сахарофосфатов носит название фосфорилирование. Содержание сахарофосфатов в растении, в зависимости от возраста и условий питания, варьирует от 0,1 до 1,0 % сухой массы. [8]

Фитин

Фитин – это кальциево-магниевая соль инозитфосфорной кислоты, содержит 27,5 % P₂O₅. Он занимает первое место по содержанию в растениях среди других фосфорсодержащих соединений. Фитин присутствует в молодых органах и тканях растений, особенно много его в семенах, где он служит запасным веществом и используется проростками в процессе прорастания. [8]

Основные функции фосфора

Большая часть фосфора присутствует в репродуктивных органах и молодых частях растений. Фосфор отвечает за ускорение формирования корневых систем растений. Основное количество фосфора потребляется в первые фазы развития и роста. Фосфорные соединения обладают способностью легко передвигаться из старых тканей в молодые и использоваться повторно (реутилизироваться). [8]

Источник

Фосфорное питание растений

Хотя фосфор не входит в состав жиров, углеводов да и многих простейших белковых молекул растительных клеток, образование этих органических соединений без его участия становится невозможным. В процессе фотосинтеза происходит поглощение растением углекислого газа и воды, которые являются базовыми элементами для синтеза сложных органических молекул. Именно с участием фосфатов, находящихся в хлоропластах, осуществляется преобразование углекислого газа в анионы угольной кислоты – основополагающий «строительный элемент» всех органических соединений. Фосфор стимулирует формирование корневой системы: корни активнее ветвятся и глубже проникают в почву. Это помогает растениям лучше обеспечивать себя питанием.

Наибольшую потребность в фосфоре растения испытывают на самых ранних этапах своего развития, во время формирования корневой системы, а также в фазе цветения и образования плодов. Критической в отношении фосфорного питания для всех культур является фаза всходов, когда относительно слабая корневая система способна поглощать фосфорные соединения лишь на ограниченной территории. Недостаток элемента в этот период вызывает в дальнейшем патологические изменения в ростовых и репродуктивных процессах растений.

М аксимальная потребность в фосфоре у различных культур наблюдается в разный период, но происходит это, главным образом, во время цветения, формирования плодов и их созревания. Недостаточное количество доступного фосфора негативно отражается на развитии культур и формировании урожая. Из-за снижения продуктивности растений, значительного ухудшения органолептических качеств плодов сельскохозяйственные производители терпят большие убытки. Поэтому получить хорошие урожаи с высокими качественными показателями возможно лишь при обеспечении растений полноценным фосфорным питанием.

Содержание фосфора в пахотном слое непостоянно и составляет от 0,05 до 0,25%, причем около 75–90% его общего количества представлены неорганическими труднорастворимыми соединениями (фосфаты железа, кальция, алюминия). Низкая подвижность фосфатов затрудняет их миграцию в почвенных горизонтах, вымывание, выветривание, поэтому они остаются в плодородных слоях грунта, но усваиваться культурами такие формы фосфора не могут. Доступным для растений остается только фосфор, который находится в почвенном растворе. При общем содержании элемента 1 т/1 га почвы, его подвижные соединения составляют не более 1 кг/1 га. Поэтому из общих запасов фосфора, находящегося в корнеобитаемом слое, культуры способны усвоить лишь доступные для них 3–5% от общего количества.

Усваиваемость растениями фосфора, находящегося в почвенном растворе, полностью зависит от кислотной реакции грунта. Как в кислых, так и в щелочных почвах фосфор образует нерастворимые соединения: с кальцием (при рН > 7,5), с алюминием (рН

Пожалуй, самым распространенным минеральным фосфорным удобрением является суперфосфат. Легкоусваиваемый растениями оксид фосфора (P₂O₅) составляет в нём до 20% (в более концентрированном двойном суперфосфате – более 45%). Также в суперфосфате содержатся кальций, цинк, сера, бор и другие полезные элементы. Удобрение выпускается в виде мелкодисперсного порошка и гранул. Подходит для всех видов культур. Вносится осенью, под вспашку, или весной, во время предпосевных работ. Хорошо сочетается с другими удобрениями, потому может применяться в комплексе с ними. Требует тщательного перемешивания с грунтом. Наиболее эффективен в растворенном состоянии, на нейтральных почвах. Его систематическое применение не вызывает каких-либо изменений кислотно-щелочной реакции грунтов.

Аммофос и диаммофос (гидрофосфат аммония) представляют собой сложные азотнофосфорные минеральные удобрения, содержащие более 60% азота и фосфора. Входящие в их состав фосфаты в своём большинстве хорошо растворяются в воде. Препараты предназначены для применения в любой почвенно-климатической зоне. Фосфор в аммофосе более подвижен и лучше усваивается культурами, по сравнению с содержащимся в суперфосфате. Применение аммофоса и диаммофоса на почвах с нейтральной и слабощелочной реакцией более предпочтительно, так как они создают растениям лучшие условия для фосфорного питания, чем суперфосфат.

Природными источниками фосфора органического происхождения служат костная и рыбная мука, которые представляют собой универсальные натуральные подкормки, применяемые практически для всех видов садовых, огородных и полевых культур. Эти удобрения абсолютно безвредны, поэтому вносить их можно в любой вегетационный период растений. Но осуществить оперативное устранение дефицита фосфора путем внесения костной или рыбной муки невозможно. Для них характерен длительный период действия, так как разложение их компонентов под воздействием почвенных микроорганизмов и переход подвижной формы фосфора в почвенный раствор происходит постепенно. Вместе с тем, достаточно однократного внесения муки, чтобы обеспечить растения необходимым количеством фосфора на период 5–8 месяцев.

Костная мука богата не только фосфором, но и другими ценными соединениями и элементами, в том числе азотом, кальцием и калием, железом, магнием, цинком и др. Особенность её применения заключается в способности снижать кислотность почвы, поэтому костную муку желательно применять на грунтах с кислой реакцией. Рыбная мука превосходит костную по количеству содержащегося в ней азота (до 10%), и она меньше выщелачивает почву, чем костная. Рекомендуется для внесения на известковых и суглинистых почвах. Хороший результат достигается при смешивании костной и рыбной муки. Использовать удобрение можно в течение всего сезона. Внесение костной и рыбной муки в почву одновременно с другими органическими удобрениями (навоз, перегной, коровяк, компост) во время осенней или весенней вспашки помогает повысить плодородность земель и обеспечить увеличение будущих урожаев.

Преципитат относится к труднорастворимым фосфорсодержащим удобрениям: очень слабо растворяется в воде, но отличается хорошей растворимостью в органических и минеральных кислотах. Это негигроскопичный порошкообразный препарат, концентрация фосфора в котором достигает 30%. Может использоваться на любых видах почв и, практически, для всех культур. По степени эффективности действия не уступает суперфосфату. Обладает побочным действием – снижает уровень кислотности при закислении почв.

Термофосфаты включают удобрения, получаемые в результате прокаливания природных минералов (апатитов и других фосфатов) с содой, карбонатами, силикатами и пр. Также к ним относятся некоторые отходы металлургической промышленности (томасшлак, безфторный фосфат, мартеновский шлак). Содержание фосфора в термофосфатах может колебаться от 15% до 30%. Большая часть термофосфатов относится к слаборастворимым удобрениям, поэтому их следует вносить в почву заблаговременно, чтобы содержащийся в них фосфор успел раствориться в почвенном растворе.

Практика применения фосфорных удобрений показывает, что более благоприятные условия для питания культур и, следовательно, для получения высоких урожаев, создаются при регулярном дозированном пополнении запасов фосфора в почвах, а не в случае одноразового внесения значительного количества фосфорсодержащих препаратов.

Источник