Рецепты питательных растворов
В мировой литературе известно более 500 рецептов питательных растворов, довольно сильно отличающихся по составу и соотношению питательных ионов. Сумма шести основных ионов в этих растворах колеблется в широких пределах - от 3 до 178 мг-экв на 1 л раствора. При этом авторы доказывают эффективность применяемых ими растворов. Это обстоятельство заставляет признать, что небольшие изменения в составе растворов не имеют существенного значения для нормального питания растений, так как в процессе длительной эволюции они никогда не имели постоянной и требуемой для данного вида концентрации и соотношения питательных ионов. Вместе с тем нельзя не признать, что высокий урожай возделываемых культур собирают только при оптимальных концентрации и соотношении питательных ионов.
Существуют разные мнения в отношении состава питательных смесей. Одни исследователи считают, что все культуры одинаково хорошо растут и развиваются в стандартных растворах с одним и тем же соотношением шести основных ионов. Другие предлагают для всех видов растений использовать одни и те же растворы, только менять соотношение азота и калия для летнего и зимнего периодов выращивания. По мнению третьих, для различных видов растений должны быть свои питательные растворы с одним и тем же соотношением питательных ионов на все периоды жизни. И, наконец, представители четвертого направления считают, что состав питательного раствора должен дифференцироваться не только по видам растений, но и по фазам роста и развития с учетом условий внешних факторов.
При разработке уравновешенных питательных растворов необходимо учитывать ряд требований. В их состав должны входить все необходимые элементы минерального питания, потребляемые растениями как в больших, так и малых количествах.
Отдельные элементы (кобальт и иод) не оказывают влияния на урожайность, но отсутствие их в продуктах питания вызывает некоторые болезни человека. В питательные смеси их необходимо вносить в незначительных количествах для улучшения биохимических качеств получаемой продукции.
Питательные растворы должны содержать необходимые элементы в количествах и в соотношениях, обеспечивающих нормальный рост, развитие и высокую продуктивность растений. От концентрации раствора и соотношения в нем питательных элементов зависит его осмотическое давление и интенсивность поглощения растениями воды и элементов минерального питания. Одним из решающих показателей пригодности питательного раствора является оптимальная кислотность (рН), которая должна быть на определенном уровне в течение всего вегетационного периода.
Для приготовления питательных растворов нужна отвечающая определенным требованиям вода. Вода рек, озер, а также артезианская содержит растворенные природные соли. Поэтому перед использованием необходимо определить ее химический состав. В большинстве случаев она имеет нейтральную или слабощелочную реакцию (рН 7-7,8) вследствие содержания в ней бикарбонатов. Такую воду необходимо подкислить серной, ортофосфорной или азотной кислотой, учитывая при этом количество вводимых в раствор питательных ионов. Если содержание их не превышает 10-12% от требуемой нормы, поправки в состав питательной смеси не вносят. Обычно при составлении питательных растворов учитывают только содержание кальция и магния, хотя иногда водопроводная вода содержит довольно много железа и хлора. Наличие железа в воде желательно, так как обеспеченность растений этим элементом в нейтральном и щелочном растворе бывает недостаточной. Концентрация хлора не должна превышать 10мг/л. При повышенном его содержании воду отстаивают в течение нескольких часов в открытом резервуаре. После улетучивания хлора ее используют для приготовления питательного раствора.
Если в воде содержатся микроэлементы, их можно не вносить в раствор в виде содержащих их солей. Нельзя использовать воду, содержащую более 2 мг/л бора и марганца. Сумма всех солей в воде не должна превышать 150-200 мг/л.
При составлении питательных растворов необходимо учитывать разницу в поглощении растениями анионов и катионов из растворов применяемых солей.
Как известно, соль, вносимая в раствор, диссоциирует на ионы. Положительные ионы, или катионы, должны быть уравновешены равным количеством отрицательных ионов, или анионов. Раствор, содержащий равные количества катионов и анионов, называют нейтральным. Растения поглощают их не с одинаковой скоростью, тем самым вызывая подкисление или подщелачивание раствора.
Питание растений в значительной степени зависит от биологических особенностей культуры и внешних факторов роста, прежде всего от солнечной инсоляции и температурного режима. Поэтому для разных культур и разных экологических условий необходимы соответствующие питательные растворы. В зависимости от времени года в растворах должны изменяться содержание и соотношение питательных элементов: летом увеличиваться количество азота, а зимой - калия, фосфора и магния.
Кроме того, содержание и соотношение питательных элементов должны изменяться в зависимости от фазы роста, так как потребность растений в минеральных элементах не остается постоянной на протяжении вегетационного периода. Этим объясняется большое количество питательных растворов.
Концентрация питательного раствора
Концентрация солей в растворе влияет на интенсивность поглощения корнями питательных веществ. С повышением концентрации раствора до определенных пределов увеличивается поглощение всех элементов, но при этом затрудняется поступление воды, одновременно усугубляются антагонистические и синергические (усиливающие) взаимодействия питательных ионов.
От концентрации раствора зависит его осмотическое давление. Оно должно быть значительно ниже осмотического давления клеточного сока, в противном случае может прекратиться поглощение воды и питательных элементов. При выращивании растений без почвы применяют питательные растворы с общей концентрацией солей от 1 до 3 г/л. Встречаются растворы и более высокой концентрации.
Исследования показали, что огурец лучше растет и плодоносит при концентрации питательного раствора 1,6, а томат - 2,2 г/л.
Концентрация раствора изменяет характер роста растений. При высокой концентрации он замедляется, укорачиваются междоузлия стебля, уменьшается размер листьев, в результате чего заметно снижается транспирационный коэффициент.
Соотношение элементов в питательном растворе
Соотношение отдельных элементов в питательных смесях оказывает большое влияние на рост, развитие и продуктивность возделываемых культур. Формированием структуры растений можно управлять, изменяя условия минерального питания в разные периоды их развития.
Для каждой культуры имеется наиболее благоприятное соотношение питательных элементов, изменяющееся во время роста в связи с образованием и развитием органов растений.
По данным исследований, в период усиленного роста томат больше поглощает азота, необходимого для образования вегетативной массы, а в период массового цветения и завязывания плодов увеличивается поглощение фосфора. Калий усиленно поглощается растениями в период их плодоношения.
От соотношения элементов в питательных растворах зависит величина урожая и сроки его поступления. При усиленном азотном питании рост растений улучшается, однако развитие их задерживается. В связи с этим плодоношение начинается в более поздние сроки и урожай бывает более низким, чем при оптимальном соотношении азота и фосфора.
Следовательно, для обеспечения наилучшего роста и развития растений необходимо учитывать потребность их в питательных элементах и дифференцировать состав питательной смеси для каждой культуры по периодам роста и развития.
Кислотность питательного раствора
Кислотность питательного раствора существенно влияет на рост растений. В результате неравномерного поглощения анионов и катионов питательный раствор быстро окисляется или подщелачивается. Как известно, в водных растворах соли не остаются в форме молекулярных соединений, а подвергаются электролитической диссоциации, т. е. распадаются на ноны. При этом сильные кислоты и щелочи, а также минеральные соли ионизируются.
Без растений диссоциация продолжалась бы до установления динамического равновесия. Однако растения своей поглотительной деятельностью постоянно смещают это равновесие. Они поглощают гораздо больше иона аммония, чем серной кислоты, поэтому в питательном растворе накопляется анион серной кислоты и в результате раствор подкисляется.
Анион азотной кислоты растения поглощает более интенсивно, чем катион калия. Оставшаяся гидроксильная группа вызывает смещение кислотности раствора в сторону подщелачивания.
Такие удобрения, как нитрофоска, диаммонитрофоска, растворин, сульфат калия, сульфат магния, также подкисляют питательный раствор.
В очень кислой среде (рН<4) ионы водорода действуют на растение токсично, так как при этом нарушается процесс поглощения растениями всех других катионов и даже можно наблюдать их выделение из корня. Ионы водорода проникают в ткани и изменяют кислотность клеточного сока. В щелочной среде (рН>8) процесс поглощения растениями анионов нарушается.
Для каждой культуры существует оптимальная реакция среды. Большинство растении хорошо растет при рН 5,5-6,5.
Установлено, что на гравийном субстрате оптимальной реакцией питательного раствора для томата является рН 5,6-5,8, для огурца - 6,2-6,4. В опытах при рН 4-5 рост рассады огурца был сильно подавленным, так как в кислой среде нарушилось поглощение катионов К+, Са++ и Mg++. По данным исследований, наилучшая по качеству рассада отмечена при рН 6,2-6,4. Увеличение рН питательного раствора в щелочную сторону также отрицательно влияет на рост рассады.
Помимо прямого действия на растения, реакция среды оказывает значительное косвенное влияние. От величины рН зависит усвояемость тех или иных солей. Например, в щелочной среде кальций, марганец, железо, цинк и бор выпадают в осадок в форме фосфорнокислых и углекислых солей, малодоступных для растений.
При выращивании растений на искусственных субстратах необходимо регулярно следить за величиной рН. В случае подщелачивания раствор необходимо подкислять до необходимого значения рН соответствующим количеством серной или фосфорной кислоты. Иначе трудно регулировать поступление железа и других элементов в растения.
Питательные растворы для рассады
В литературе имеется немало сведений о влиянии концентрации раствора и соотношения элементов минерального питания на рост и продуктивность взрослых растений. Вопрос же о влиянии концентрации и соотношения ионов в питательных растворах на рост и развитие рассады еще недостаточно изучен, к тому же нет единого мнения в этом отношении.
Одни исследователи для выращивания рассады рекомендуют применять питательный раствор половинной концентрации, установленной для выращивания взрослых растений, а другие - двойной раствор Чеснокова и Базыриной. Некоторые исследователи считают, что в питательных смесях на одну часть азота должно приходиться 0,25 части фосфора, по одной части калия и кальция и 0,25 части магния, другие рекомендуют на одну часть азота давать две части калия.
Для начального периода роста растений некоторые авторы рекомендуют усиленное фосфорное и умеренное азотное питание, что способствует лучшему росту корневой системы.
По данным некоторых исследований, повышенное фосфорное питание молодых растений огурца и томата способствует усиленному росту корневой системы, раннему вступлению растений в пору плодоношения, повышению урожайности и улучшению качества продукции. Такое питание существенно изменяет ход физиологических и биохимических процессов (меняется характер роста, накопление органического вещества). Улучшение фосфорного питания способствует накоплению белкового азота и увеличению его доли в общей сумме азотистых веществ.
Рост и развитие рассады огурца и томата в значительной степени зависят от концентрации питательного раствора.
Лучшей для рассады является концентрация питательного раствора 1,6 г/л растворимых солей. Повышение ее вызывает угнетение роста рассады, выражающееся в ослаблении роста корневой системы, укорачивании междоузлий и уменьшении площади ассимиляционного аппарата листьев. Угнетение роста рассады при повышенных концентрациях элементов объясняется прежде всего повышением осмотического давления раствора, при котором замедляется поглощение растениями воды и элементов минерального питания. При более слабых концентрациях раствора (0,5-1 г/л солей) поглощение элементов питания замедляется, а рост и развитие рассады ухудшаются.
С повышением концентрации питательного раствора в пластинках листьев увеличивается содержание нитратного азота, фосфора и калия. Повышенное содержание этих элементов в тканях растений при высоких концентрациях раствора обусловлено не потребностью растений в них, а избытком их в питательной смеси. Оптимальное содержание минеральных элементов в тканях растений наблюдается при концентрации раствора 1,6 г/л.
Содержание кальция и магния в тканях растений увеличивается при повышении концентрации раствора до 2,1 г/л. При дальнейшем повышении ее содержание этих элементов резко снижается из-за антагонизма их с калием и аммонием.
При изучении оптимального соотношения между фосфором, азотом и кальцием на одинаковом фоне остальных элементов питания в основу взят тимирязевский принцип «учиться у растений», что в данном случае означает - учиться, как растение в соответствии со своей природой и в единстве с окружающей средой формирует свой организм.
Огурец лучше растет и развивается при концентрации фосфора 70, кальция 161 мг/л и общей концентрации раствора 1,6 г солей на 1 л. Повышение концентрации фосфора до 80 и кальция до 240 мг/л оказывает угнетающее действие на рост растений, вследствие чего качество рассады ухудшается.
Для рассады томата концентрация фосфора в питательном растворе должна составлять 80 и кальция 198 мг/л при общей концентрации раствора 1,6 г солей на 1 л. С улучшением фосфорного питания усиливается рост не только корневой системы, но и надземных органов. При этом надземные органы растут относительно быстрее, чем корни. Поэтому с повышением концентрации фосфора в питательной смеси увеличивается отношение массы надземной части рассады к массе корней.
Кальций способствует синтезу белковых веществ и нейтрализует токсическое действие избытка аммония в тканях растений. Это особенно важно учитывать в том случае, когда рассаду выращивают при недостатке света, вследствие чего в ней подавляется синтетическая деятельность.
С повышением концентрации фосфора в питательном растворе снижается содержание нитратного азота, калия и магния в растениях огурца.
Питательные растворы для выращивания рассады должны иметь более низкую концентрацию, чем для взрослых растений. На умеренном фоне азотно-калийного питания она должна составлять, как отмечалось выше, 1,6 г/л. Применение питательных растворов более высокой концентрации (3-4 г/л) не только повышает осмотическое давление раствора, но в силу антагонизма ионов ухудшает поглощение растениями отдельных элементов питания.
Таким образом, для рассады огурца лучшим является раствор, в котором азота содержится 120 мг/л, фосфора - 70, калия - 165, кальция - 161 и магния - 30 мг/л, а для рассады томата - соответственно 120, 80, 165, 198 и 30 мг/л.
Питательные растворы для огурца
При выращивании огурца питательные вещества используются очень интенсивно, поскольку урожайность его с единицы площади очень высокая (30-35 кг/м2). Поэтому в течение вегетации растения должны быть обеспечены достаточным их количеством для формирования урожая. Временный недостаток элементов питания в растворах немедленно приводит к ослаблению процессов роста, развития растений и опаданию завязей.
Потребление питательных веществ огурцом изменяется в зависимости от периодов роста и развития растений. До образования первого настоящего листа надземная часть его растет относительно медленно, зато быстро формируется корневая система и закладываются зачатки генеративных органов. Чем сильнее у молодых растений разовьются корни, тем большие предпосылки для дальнейшего роста и развития растений. В этот период растения больше нуждаются в фосфорном питании и меньше в азотном и калийном с преобладанием в питательном растворе нитратной формы азота (N-NH4 : N-NО3 = 1 : 3).
Периоды усиленного роста ассимиляционной поверхности и фаза цветения сопровождаются дальнейшим повышением напряженности процессов обмена веществ. У огурца в это время начинается формирование зеленцов на нижних ярусах и одновременно идет нарастание вегетативных органов растения. Следовательно, усиливается потребность его в азотном и калийном питании. В это время содержание азота в питательной смеси должно быть в пределах 150-160 мг/л, при этом нормы внесения калия должны составлять не менее 1,5 части на одну часть азота.
Еще больше повышается потребность в азотном и калийном питании в период плодоношения. В это время содержание азота в питательной смеси в зависимости от интенсивности плодоношения и условий освещения должно быть в пределах 180-190 мг/л. При этом в питательный раствор можно внести 30-40 мг/л азота в аммиачной (N-NH4), 30 - в амидной (N-NH2) и 120 мг в нитратной форме (N-NО3).
Амидный азот синтетической мочевины может непосредственно включаться в процессы азотного обмена аналогично аспарагину и глютамину, минуя стадию предварительного превращения мочевины в аммиак.
В период плодоношения на одну часть азота необходимо вносить 1,7 части калия, особенно при значительном содержании в растворах аммиачных форм азота и пониженной интенсивности освещения.
Для успешного использования растениями аммиачного и нитратного азота необходимы различные соотношения фосфора и калия в растворах. При аммиачном источнике азота особенно необходим повышенный уровень снабжения растений калием, а при нитратном - фосфором.
Поглощение питательных веществ зависит от урожайности. Чем она выше, тем интенсивнее поглощаются питательные элементы. При этом большая часть образованного сырого вещества приходится на плоды (75-81% сырой массы), в которых содержится и большая часть питательных веществ, в особенности азота, фосфора и калия, тогда как кальций и магний концентрируются в основном в листьях.
У огурца интенсивность поглощения питательных веществ на разных стадиях развития неодинакова. До начала цветения он поглощает не более 10 % от общего потребления. Основная масса их используется в период плодоношения. Поглощение питательных элементов зависит от интенсивности роста и условий внешней среды. В среднем оно составляет 0,2-0,3 г азота, 0,3-0,4 - калия на растение в день. Другие питательные элементы поглощаются значительно меньше.
Регулированием минерального питания можно задержать или ускорить старение растений. Увеличение доз нитратного азота в питательных растворах тормозит физиологическое старение огурца. Аммиачные формы, хотя и ускоряют поступление урожая в ранние сроки, но не обеспечивают длительного плодоношения. Поэтому до плодоношения растений на одну часть аммиачного азота должно приходиться 2-3 части нитратного, после начала плодоношения - 3-4. Повышенные дозы фосфорных удобрений в конце вегетации также ускоряют старение растений и сокращают период их плодоношения. Поэтому в конце вегетации содержание этого элемента должно быть в пределах 40-50 мг/л.
Общеизвестно, что при избытке азота замедляется включение его в органические соединения, в тканях накапливаются минеральные формы азота в виде нитратов и нитритов. При этом повышенное содержание их в вегетативных органах не влияет отрицательно на жизнедеятельность растений, но снижает питательную ценность плодов. Нитраты и нитриты токсично действуют на человеческий организм.
При оптимальных соотношениях N:Р:К, равных 1:0,5:1,8, содержание нитратов и нитритов не превышает 10-12 мг на 1 кг продукции. В случае одностороннего преобладания в питательных растворах азотно-фосфорного питания и недостатке калия или же азотно-калийного питания при недостатке фосфора увеличивается содержание нитритов в плодах. Внесение в питательный раствор молибдена снижает содержание нитратов в продукции, так как процесс восстановления их в аммиак регулируется ферментом нитратредуктазой, в состав которой входит молибден.
Дифференцированное питание растений значительно повышает урожайность огурца. На дифференцированных растворах он начинает плодоношение на 2-3 дня раньше, чем при использовании питательного раствора стабильного состава.
Биохимический анализ плодов также подтверждает преимущество дифференцирования концентрации основных питательных элементов по периодам роста и развития. Плоды, выращенные на растворах дифференцированного состава, почти при одинаковом содержании воды и сухих веществ содержат сахара 1,96 %, аскорбиновой кислоты 21,3 мг %, а на стабильных растворах - соответственно 1,94 % и 15,8 мг%.
Питательные растворы для томата
Томат отличается повышенным выносом питательных элементов по сравнению с культурой огурца в пересчете на единицу продукции.
Примерно 75 % сырой массы в томатах приходится на плоды, в которых, исключая кальций и магний, содержится больше половины поглощенных питательных веществ. Следовательно, основная масса их используется растениями в период плодоношения.
У томата, так же как и у огурца, в первых фазах роста возрастает потребность в фосфорном питании на умеренном фоне азотного и калийного. В этот период в питательном растворе достаточно 120-130 мг/л азота и 240-260 - калия при содержании 70 мг/л фосфора. Соотношение аммиачной формы азота к нитратной должно составлять 1:3.
Периоды усиленного роста, массового цветения и завязывания плодов у томата сопровождаются дальнейшим усилением ростовых процессов. В это время начинается формирование плодов на нижних кистях и одновременно идет нарастание вегетативных органов. Следовательно, в указанные периоды возрастает потребность растений в азотно-калийном питании. Поэтому в питательных растворах содержание азота должно быть в пределах 150-160 и калия 300-320 мг/л.
Во время плодоношения темпы вегетативного роста растений снижаются. Для продолжения их роста и плодоношения уровень снабжения растений азотом и калием нельзя снижать. Содержание азота в питательных растворах доводят до 170-180 мг/л.
Особое внимание при составлении питательных растворов необходимо обращать на соотношение между азотом и калием. Слишком высокое содержание азота, особенно в начале вегетации, вызывает бурный рост растений, что замедляет формирование и созревание плодов, в результате повышается восприимчивость растений к болезням. До завязывания плодов на нижних 3-4 кистях соотношение азота и калия должно составлять 1:2, а в период плодоношения - 1 : 1,6-1,7, т. е. содержание азота в растворе можно увеличивать. Повышенное калийное питание увеличивает содержание органических кислот в плодах, улучшает вкус и способствует равномерному окрашиванию плодов.
Одновременно с увеличением количества поглощаемого азота и калия в период плодоношения усиливается поглощение и других элементов. В соответствии с возрастанием в растворе доз азота и калия для поддержания нужного соотношения питательных элементов следует изменять и содержание фосфора. В этот период оно должно быть не ниже 80 мг/л.
Томат очень требователен к фосфорному питанию. Потребность в фосфоре возрастает в периоды налива плодов и плодоношения.
Томату нужно относительно много магния, особенно в период налива плодов. Содержание магния и кальция в питательном растворе определяется не только потребностью растений в них для построения органического вещества растений, но и для создания питательной среды, обеспечивающей хороший рост корневой системы. Соотношение Са : Mg должно быть равным 1:4. Концентрация магния в питательных растворах в период усиленного вегетативного роста должна составлять 50 мг/л, а в периоды налива плодов - 60 мг/л, кальция - соответственно 200 и 240 мг/л.
Поглощение питательных веществ растениями зависит от внешних факторов, прежде всего от интенсивности освещения. Поэтому при возделывании томата в осенне-зимний период в условиях снижающегося освещения питательные растворы необходимо составлять с учетом этого фактора. При корректировке содержания основных элементов (N, Р, К, Са и Mg) должно учитываться и соотношение аммиачного и нитратного азота в зависимости от периодов роста растений и интенсивности солнечной радиации. В первых фазах роста и развития растений при высокой освещенности теплиц (июль - август) в питательный раствор без опасения можно вносить значительное количество аммиачных форм азота при соотношении N-NH4 : N-NО3=1:2. В сентябре и октябре оно должно составлять 1:3 и более. В ноябре - декабре аммиачные формы азота полностью исключают из раствора. Как известно, при слабой ассимиляции и недостатке углеводов накопившийся в растениях аммиак может вызвать их отравление. Чтобы предупредить это, в осенне-зимний период необходимо увеличивать концентрацию нитратного азота и калия.
Если после посадки растений соотношение азота и калия составляет 1 : 1,2-1,5, то в период плодоношения - 1:2,5, а в конце плодоношения - 1:3 и более. При недостатке освещения потребность растений в калии возрастает. Дифференцированное питание повышает урожайность томата на 20-23 % по сравнению с применением питательных растворов стабильного состава.
Контроль за составом питательного раствора и корректирование содержания в нем основных элементов питания
В процессе многократного использования изменяется состав питательного раствора, его концентрация и кислотность, нарушается соотношение элементов питания за счет неодинакового поглощения из него анионов и катионов.
В период массового цветения и завязывания плодов томата при объеме раствора 40 л на 1 м2 субстрата содержание аммиачного азота за пять дней уменьшается на 90 %, нитратного - на 62, фосфора - на 75 и магния на 44 %.
Изменение состава питательного раствора зависит прежде всего от количества его на одно растение или на единицу площади субстрата. Чем больше объем раствора, тем меньше колебание в нем содержания питательных элементов. Проведенные исследования показали, что когда на одно растение приходится 1 л питательного раствора, за пять дней оно поглощает 193 мг N, Р и К, а при 0,36 л - 114 мг. В последнем случае питательный раствор истощался сильнее и растения не были полностью обеспечены питательными элементами.
В установках, имеющих вместимость резервуара, обеспечивающую до 60-80 л раствора на 1 м2 субстрата, корректировать его на основании химического анализа следует через 8-10 дней, а 30-40 л - через 5-6 дней.
Кислотность питательного раствора проверяют через каждые 2-3 дня, при необходимости его корректируют. Пробу раствора на анализ берут утром, до начала работы установки, когда он весь соберется в резервуаре после последнего увлажнения субстрата. В растворе определяют концентрацию аммиачного и нитратного азота, фосфора, калия, кальция, магния, а также рН.
Корректирование питательного раствора на основании химических анализов сводится к следующему. В растворе, который применяется в данный период роста, определяют содержание питательных элементов в миллиграммах на 1 л воды или в граммах на 1000 л воды и внесением солей и удобрений приводят его к исходному уровню.
Предположим, что в 1 л питательного раствора при выращивании огурца содержится 160 мг общего азота (в том числе 120 - нитратного и 40 аммиачного), 70 - фосфора, 220 - калия, 280 - кальция и 30 мг магния при вместимости резервуара 120 м3. При анализе питательного раствора оказалось, что общего азота содержится 60 мг (в том числе аммиачного - 0, нитратного - 60), калия - 150, фосфора - 28, кальция - 92 и магния - 19 мг/л. Недостающее количество питательных элементов находим путем вычитания результатов анализа от исходного количества.
Чтобы получить 1 г аммиачного азота, необходимо взять (согласно данным, приведенным в таблице 21) 5,7 г аммиачной селитры, а для получения 40 г аммиачного азота - 228 г (5,7X40) аммиачной селитры. Это удобрение содержит одинаковое количество как аммиачного, так и нитратного азота. С внесением 228 г аммиачной селитры будет внесено также 40 г нитратного. Остальное количество нитратного азота, равное 20 (60-40), можно внести с кальциевой селитрой, которой надо взять 132 г (20X6,6). Вместе с этим количеством кальциевой селитры в раствор вносится 33 г (132 : 4,1) кальция.
Для получения 42 г фосфора (70-28) берут 512 г простого суперфосфата, в котором содержится 155 г кальция. В общей сложности недостаток кальция 188 г покрывается с внесением суперфосфата и кальциевой селитры (155+33). Чтобы обеспечить раствор калием, вносят 154 г сульфата калия. Недостающее количество магния покрывается внесением 110 г (30-19X10,1) сульфата магния.
Таким образом, при корректировке необходимо внести 228 г аммиачной селитры, 132 - кальциевой селитры, 512 - простого суперфосфата, 154 - сульфата калия и 110 г сульфата магния на 1 м3 раствора. Полученные данные умножаются на вместимость резервуара (в данном случае 120 м3).
Контроль питания растений по химическому составу листьев
Определение недостатка или избытка элементов питания в растениях по внешним признакам недостоверно, так как признаки голодания растений нередко бывают сходны с признаками отравления минеральными веществами. Симптомы недостатка разных элементов очень сходны. Например, недостаток азота, серы и фосфора характеризуется одинаковыми признаками: общим пожелтением листьев, отмиранием прироста. В таких случаях для правильного диагноза необходим еще анализ листьев, потому что при недостатке серы листья содержат много азота, а при недостатке азота в них много серы. Аналогичная зависимость существует между азотом и фосфором. Если пожелтение и отмирание побегов происходят вследствие недостатка азота, в листьях бывает много фосфора и мало азота. Наоборот, если ухудшение роста вызвано недостатком фосфора, то в листьях накапливается много азота и мало фосфора.
Обесцвечивание (хлороз) листьев или же мелколистье может быть вызвано не нарушением минерального питания растений, а некоторыми вирусными болезнями, повреждением корней или же низкой температурой субстрата и питательного раствора. Анализ листьев в подобных случаях позволяет точно установить причину хлороза.
Химический анализ растений для диагностики условий минерального питания основывается главным образом на том, что между выносом питательных элементов растениями и их урожайностью существует тесная связь. Высокий урожай возделываемых культур получают только при оптимальной концентрации клеточного сока растений. Казалось бы, что использование результатов химического анализа листьев - простая задача, заключающаяся в сравнении данных анализа с полученными ранее стандартными показателями. Однако оценка результатов этого анализа значительно усложняется тем, что на химический состав растений, кроме содержания питательных элементов в питательной смеси, влияют многочисленные факторы, в частности вид культуры, онтогенетический и филогенетический возрасты растений, а также условия внешней среды.
Факторы внешней среды в ряде случаев оказывают сильное влияние на питание растений некоторыми элементами. Так, при пониженной температуре субстрата (10-12 °С) резко ослабляется поступление в растения азота, магния и особенно фосфора. Повреждение корней, а также антагонизм отдельных анионов и катионов в растворе могут понизить поглотительную способность корневой системы. Кроме того, наличие в субстрате карбонатных включений приводит к осаждению фосфатов. При изменении рН питательного раствора в сторону щелочной реакции могут наблюдаться признаки недостатка железа, так как при высоких значениях рН оно выпадает в осадок. Все это приводит к нарушению нормального поглощения элементов питания даже в том случае, если раствор имеет оптимальный состав.
Метод химического анализа листьев приобрел особое значение при беспочвенной культуре, где можно легко контролировать и корректировать питание растений. Химический анализ листьев отражает сложный процесс питания и характеризует степень обеспеченности растений тем или иным элементом питания в конкретных условиях. Обычно результаты химического анализа листьев оценивают по критическому уровню питания растений, т. е. по той нижней границе нормального состава или минимальной концентрации питательных веществ в растениях, которая обеспечивает получение высокого урожая.
Установление критического уровня питания растений строится на основе опытов и представляет определенные трудности. Наиболее сложно установить оптимальную концентрацию неорганических форм питательных элементов в тканях растений в различные периоды роста и развития, тем более, что нормальный состав питательных элементов в растении колеблется в значительных пределах. Не всегда высокому урожаю соответствует повышенное содержание элементов питания.
Повышенное содержание какого-либо элемента в листьях или черешках может быть обусловлено не потребностью в нем растений, а избыточным количеством его в питательном растворе, и наоборот, несколько пониженное содержание того или иного элемента может быть следствием сильного роста растения и интенсивного использования данного элемента для переработки его в органические формы. Поэтому путем исследований важно установить минимальную концентрацию питательных веществ в растениях по периодам роста, которая обеспечивала бы получение высокого урожая возделываемых культур.
Обобщение результатов многочисленных анализов растений, проведенных в условиях беспочвенной культуры, позволило установить примерные концентрации питательных элементов в тканях томата и огурца по периодам роста. При уравновешенных питательных растворах и других благоприятных условиях роста урожай томатов за шесть месяцев зимне-весеннего оборота составил 16-18 кг и огурца 24-26 кг/м2.
Приведенные уровни содержания неорганических форм питательных элементов можно рассматривать как ориентировочные, которые следует уточнять по мере пополнения знаний о взаимосвязях между химическим составом листьев и урожаем.
При химическом анализе тканей растений определяют валовое содержание элементов минерального питания или содержание неорганических их соединений.
Для определения содержания калия метод анализа не имеет значения, так как он находится в растении в виде ионов или непрочно связан с органическими веществами, в связи с чем результаты анализа валового его содержания и неорганических форм одинаковые.
Неорганические формы азота и фосфора составляют небольшую часть общего количества их в растениях. При валовом определении этих элементов количественное различие их в листьях растений, хорошо и плохо обеспеченных питанием, бывает очень незначительным, тогда как различие в содержании неорганических соединений этих элементов бывает очень большим и более точно отображает характер питания растений в исследуемый период.
Для диагностики минерального питания тепличных культур первостепенное значение имеет выбор органа или части растения для анализа. Поскольку в тканях определяют количество растворимых неорганических форм соединений, то для анализа следует брать те части или органы растений, где они содержатся в большем количестве. При определении содержания нитратного азота, калия и натрия более четкие результаты даст анализ черешков листьев, неорганического фосфора, кальция и магния - анализ листовых пластинок.
У томата и огурца нитратным азотом богаты черешки листьев и стебли. В черешках листьев содержание этого элемента в 2-3 раза выше, чем в их пластинках. В этих культурах наблюдается закономерность в содержании нитратного азота по ярусам растения; в листьях нижнего яруса его больше, чем в листьях верхнего. Наиболее резкие различия в содержании нитратов у растений при разном уровне их питания наблюдаются в черешках листьев нижнего яруса.
Неорганического фосфора больше всего в пластинках листьев. По ярусам растений он распределен сравнительно равномерно. Различие в содержании фосфора у этих культур при неодинаковом обеспечении их питательными веществами резче проявляется в пластинках листьев нижнего яруса.
Калием богаты черешки листьев среднего и верхнего ярусов. При недостаточном обеспечении растений калием этот элемент перемещается из нижних листьев в верхние и в точки роста. Различия в содержании калия у растений при разном уровне их питания более четко выражены в черешках листьев нижнего яруса.
Кальция в пластинках листьев огурца и томата содержится примерно в три раза больше, чем в черешках и жилках листьев. Этим элементом богаты листья нижнего яруса.
Магния больше всего имеется в листовых пластинках. При недостаточном содержании он перемещается из нижних листьев в верхние и к точкам роста. Обеспеченность растений этим элементом четче выражена в пластинках листьев нижнего и среднего ярусов.
Таким образом, на основе результатов исследований можно сделать вывод, что определение потребности огурца в азоте, фосфоре, калии, магнии и кальции следует проводить по черешкам и листовым пластинкам листьев нижнего яруса, закончивших рост, но физиологически активных, т. е. таких, в которых содержание питательных веществ «не разбавляется» приростом их массы. У томата для анализа следует брать листья, закончившие рост до бутонизации, т. е. второй-третий, а во время цветения и позже - третий-четвертый лист снизу.
Отбирать листья для анализа необходимо очень тщательно, так как химический состав их зависит от времени отбора, внешних условий, положения листьев на растении, их возраста. Только вовремя и правильно отобранные образцы могут достоверно характеризовать состояние питания растений.
Взаимосвязи ионов в питательном растворе
Анализ листьев на содержание в них минеральных элементов позволяет не только контролировать питание растений, но и объяснить сложную взаимосвязь между ионами и общий ход поглощения элементов минерального питания.
Взаимосвязи между элементами питания растений многообразны. Они возникают как между макроэлементами, так и между микроэлементами, а также между первыми и вторыми.
Если в растворе преобладает какой-нибудь ион, поглощение другого, не сходного с ним иона, может резко ослабляться из-за антагонизма ионов, благодаря которому растения избавляются от отрицательного влияния каждого иона в отдельности. Отсюда, по определению шведского физиолога Г. Люндегарда (1937), уравновешенным будет такой питательный раствор, в котором все составляющие его ионы взаимно ограничивают поступление их в растение. В неуравновешенных растворах, где нарушены концентрация и соотношение питательных элементов, наблюдается одностороннее накопление ионов.
Проявление защитного действия при антагонизме ионов имеет, безусловно, положительное влияние на растительный организм, по оно возможно лишь при некотором превосходстве в содержании защитного иона над вредным.
Имеется большое количество экспериментальных данных об антагонизме ионов в питательных растворах. Классическим примером является взаимодействие между катионами калия и кальция: чем больше поглощается из питательного раствора калия, тем меньше поступает в растение кальция, и наоборот.
Калий подавляюще влияет на поглощение растениями магния. При внесении высоких норм калийных удобрений в них содержится недостаточное количество магния. Азотные удобрения способствуют повышению содержания магния в растениях.
Антагонизм катионов установлен также между следующими элементами: магнием и натрием, магнием и ионом аммония, магнием и марганцем, калием и натрием, кальцием и натрием, кальцием и магнием, марганцем и железом.
Нередко наблюдается антагонизм анионов (например, С1 и NО3; SО4 и С1) при их поглощении.
Между одними и теми же ионами в зависимости от концентрации их в питательном растворе и соотношения между ними могут возникнуть как явления антагонизма, так и синергизма.
В качестве примера можно привести данные, полученные в гидропонных теплицах с культурой огурца. Повышение концентрации раствора до умеренных пределов увеличивало поглощение растениями калия, кальция и магния, т. е. наблюдалось явление синергизма. При дальнейшем повышении концентрации раствора растения поглощали много калия, однако поглощение кальция и магния резко уменьшалось, т. е. наблюдалось явление антагонизма.
Наибольшая урожайность огурцов (30,8 кг/м2) получена на растворе с концентрацией 2,2 г/л, а наименьшая (19,5 кг/м2) на растворе с двойной концентрацией - 4,5 г/л. На растворе с половинной концентрацией (1,1 г/л) она составила 27,2 кг/м2.
Важное значение для диагностики питания растений имеет учет явлений, происходящих в результате взаимодействия ионов в питательных смесях. Если низкое содержание одного из элементов в тканях растений обусловлено не малым количеством его в питательном растворе, а антагонистическим действием другого элемента, тогда целесообразно уменьшить концентрацию ингибирующего элемента в питательном растворе, а не вносить дополнительное количество недостающего элемента. Если же высокое содержание какого-либо элемента в тканях растений является результатом обратного процесса - синергического действия ионов, то уменьшать концентрацию этого элемента в растворе не следует.
Калий при определенной концентрации благоприятно влияет на поступление азота в растения. Однако при дальнейшем повышении концентрации этого элемента содержание азота в листьях заметно уменьшается (рис. 9). Следовательно, калий отрицательно коррелирует с кальцием, магнием, натрием, а при высоких концентрациях и с азотом. Наибольшая урожайность томата (27,6 кг/м2 полезной площади) получена при концентрации калия 167 мг/л, а наименьшая (19,4 кг) - при концентрации этого элемента 412 мг/л.
С увеличением концентрации аммиачного азота в питательной среде резко снижается накопление калия в листьях томата но сравнению с его количеством в растениях, получавших нитратный азот. При увеличении концентрации нитратного азота уменьшается содержание неорганического фосфора в листьях.
Следовательно, для успешного использования аммиачного и нитратного азота необходимы различные соотношения фосфора и калия в питательных смесях. При повышенном содержании аммиачных форм азота в питательных смесях, как было сказано выше, необходим высокий уровень снабжения растений калием, а при нитратном - фосфором.
По мере увеличения отношения аммиачного азота к нитратному увеличивается содержание нитратного азота в тканях растений.
Значительные изменения в содержании неорганических форм питательных элементов в тканях растений наблюдаются при выращивании их на питательных растворах с различным соотношением кальция и магния. Увеличение концентрации кальция в питательном растворе приводит к снижению содержания магния в листьях растений, а повышение концентрации магния - к снижению содержания кальция в тканях растений.
Возникает вопрос, в какой концентрации тот или иной ион начинает воздействовать на другой. Некоторые исследователи считают, что при отношении К : Са больше 1 изменение концентрации калия слабо влияет на его поглощение, тогда как дополнительное внесение этого элемента понижает содержание в растении кальция. Если же отношение К : Са меньше 1, тогда роль регулятора переходит к кальцию, который ограничивает поглощение калия. Дополнительное внесение калия понижает содержание в растениях кальция.
Количественное выражение взаимодействия ионов зависит от многих условий. Соответственно взаимодействующие пары ионов редко находятся в состоянии электролитического равновесия. Другими словами, весовой эквивалент одного иона не всегда компенсирует весовой эквивалент другого. В растении взаимодействует не пара, а множество ионов. Первоначальное изменение концентрации одного иона изменяет содержание всех без исключения других ионов. Следовательно, реакцию взаимосвязей ионов в питательных растворах следует изучать во всей полноте ее электронных связей.
Таким образом, анализ ткани дает возможность в определенной степени понять сложность взаимосвязи элементов в питательных растворах и создать оптимальные смеси для беспочвенных культур.