Питательные вещества

Режим питания посевов и отдельных растений аналогичен. Чем больше вносится определенного питательного вещества, тем выше урожай, если только используемая концентрация не токсична, не влияет на поглощение других элементов, не столь высока, чтобы вызывать вредные осмотические эффекты из-за накопления солей в почве, и другие питательные вещества не лимитируют рост. Однако по мере увеличения доз вносимых минеральных веществ усиление роста, достигаемое каждой дополнительной прибавкой дозы, уменьшается. Поскольку стоимость удобрений остается постоянной, дальнейшее повышение урожаев путем дополнительного увеличения доз в конце концов перестает оправдываться; в этот момент достигается оптимальная урожайность с точки зрения стоимости единицы продукции.

Для достижения оптимальной продуктивности и экономии удобрений лучше равномерно вносить их в течение всего вегетационного периода, чем внести всю дозу за один раз. В последнем случае некоторые элементы, поглощаемые растением не сразу, могут быть адсорбированы глинистыми коллоидами и органическим веществом почвы и будут потребляться растением в течение вегетационного периода; однако большинство почв имеет ограниченную адсорбционную емкость, и избыточное количество внесенного удобрения может быть смыто до водного зеркала, а впоследствии - в реки и озера. Это вызывает эвтрофикацию - усиленный рост водорослей и других растений в озерах, до этого бывших чистыми из-за дефицита питательных веществ. Разработка удобрений с ограниченной растворимостью, таких как формальдегид с мочевиной, медленно высвобождающих питательные вещества, снизила подобные потери минеральных элементов. Это новшество представляет собой, по существу, возврат к одному из желательных свойств некоторых первоначальных органических удобрений вроде, например, костяной муки. Но современные удобрения такого рода лучше тем, что обеспечивают нужные вещества в контролируемом количестве и более доступны для потребителей.

Главные питательные вещества, используемые в сельском хозяйстве, - это азот, фосфор и калий (N, P и K). Большинство удобрений содержат один или больше этих элементов, и процентное содержание питательных веществ по закону должно быть указано на упаковке. Так, в удобрении с пометкой 5:10:5 содержится 5% (от общей массы) азота, 10% окислов фосфора и 5% окислов калия. Наиболее ценно то удобрение, в котором содержится больше питательных веществ не на общую массу, а на единицу цены, причем эти вещества находятся в медленно высвобождающейся форме. Дозы вносимых удобрений зависят от культуры и от естественного плодородия почвы. Более высокое содержание N в сравнении с P и K благоприятствует росту стеблей и листьев в ущерб репродуктивной активности. Поэтому под культуры, выращиваемые ради листовой массы, обычно вносят удобрения с более высоким содержанием азота, чем под другие культуры.

Рис. 14.1. Доступность для растения того или иного питательного вещества непосредственно связана с его растворимостью, зависящей в свою очередь от pH почвы. Ширина горизонтальной полоски на графике показывает растворимость каждого элемента при разных значениях pH. Некоторые элементы (например, железо) становятся токсичными при тех значениях pH, при которых они очень хорошо растворимы. (Pratt. 1970. Plant Agriculture, W. H. Freeman and Company, San Francisco.)

Другие питательные вещества (помимо N, P и K) обычно не включаются в удобрения, так как почва обычно содержит их в достаточных количествах. Но если обнаружится дефицит микроэлементов, в почву можно внести необходимый элемент. Если в почве достаточно питательных веществ, но они недоступны из-за того, что почвенные условия делают их нерастворимыми, то можно изменить эти условия или опрыскать листья разбавленным раствором нужной соли. Листья способны поглотить достаточно солей для удовлетворения своих потребностей, если соответствующий элемент необходим лишь в малых количествах.

Одной из главных причин гибели или плохого роста растений бывает неподходящее значение pH почвы (рис. 14.1). В большинстве случаев затруднения возникают при кислых гючвах. Обычно сельскохозяйственные культуры начинают страдать при pH ниже 5,5-6,0, а при pH ниже 5,0 повреждаются более серьезно. Основная причина повреждения растений на почвах с сильной кислотностью - часто не само по себе высокое содержание ионов H⁺, а избыточная доступность железа (на тропических почвах также и алюминия). Когда из-за высокой кислотности эти элементы в больших количествах переходят в растворенное состояние, они становятся токсичными (рис. 14.1).

В то же время низкое значение pH лимитирует поступление некоторых элементов, например фосфора. Обычно кислотность почвы можно устранить путем добавления извести в виде карбоната или гидроокиси кальция. Щелочные почвы обычно встречаются реже и представляют для сельского хозяйства меньшую проблему, чем кислые. Однако высокая щелочность (pH>8) может делать железо и фосфор относительно нерастворимыми и таким образом ограничивать рост растений. Нормализация режима питания включает доведение pH почвы до 6,0-8,0 с последующим внесением дефицитных элементов в количествах, равных их ежегодному выносу с урожаем. Потребность в добавочных веществах можно установить путем анализа почвы или листьев либо визуально по симптомам дефицита у растений.

Гидропоника и метод питательной пленки

Когда-то гидропонику (выращивание растений на питательном растворе) предлагали как метод решения сельскохозяйственных и садоводческих проблем в зонах, где нет хороших почв; однако в прошедшие с тех пор годы надежды на этот метод не оправдались. Хотя гидропоника эффективна в лаборатории или экспериментальной теплице, осуществлять ее в коммерческих масштабах труднее - в основном потому, что для хорошего роста необходима интенсивная аэрация корней; кроме того, растениям в растворе необходима опора. Тем не менее был разработан способ, который оказался весьма эффективным в интенсивном садоводстве, так как обеспечивал очень быстрый рост растений и большие урожаи. Он был назван методом питательной пленки, и в близком будущем, по-видимому, можно ожидать его широкого практического использования.

Суть этого метода состоит в основном в выращивании растений с корнями, погруженными на небольшую глубину в проточный питательный раствор (рис. 14.2). Путем загибания краев длинных полос черного полиэтиленового листа изготавливаются длинные желоба. Их устанавливают с небольшим наклоном, так что питательный раствор, поступая с одного конца, стекает вниз по желобу в резервуар, расположенный у его нижнего конца. Отсюда раствор откачивается к верхнему концу желоба, и таким образом раствор все время циркулирует. Растения размещают в верхней щели желоба в сосудах с непочвенной средой (торф с перлитом) и отверстиями в дне или же в блоках какого-либо материала вроде полиуретанового пенопласта, через которые могут проникать корни. Корни прорастают из своих сосудов или поддерживающих блоков в слой питательного раствора. Так как слой жидкости очень тонок и непрерывно течет, он содержит достаточное количество кислорода для корней. В этих условиях происходит очень быстрый рост. Поскольку растения никогда не страдают от нехватки воды, они растут непрерывно. Кислотность питательного раствора (оптимум pH 6-7) и количества воды и питательных веществ можно определять и корректировать. В крупномасштабных коммерческих системах это производится непрерывно путем автоматического контроля; измерительные приборы соединены с устройством для автоматического добавления по мере надобности воды, питательного раствора или фосфорной кислоты (для снижения pH).

Рис. 14.2. Схема метода питательной пленки (Cooper A. Nutrient Film Technique of Growing Crops, London, Grower Books, 1976)

Поскольку раствор питательных веществ течет по закрытым пластмассовым канавкам, потеря воды здесь исключена; поэтому систему можно использовать в аридных зонах. В настоящее время она применяется главным образом в теплицах или питомниках; этот метод особо ценен для использования в питомнике, так как растения для продажи можно легко извлекать из субстрата, не повреждая корней. В будущем при увеличении стоимости транспорта эту систему можно использовать в сочетании с искусственным освещением для выращивания растений зимой в высоких широтах. Такая система позволяет полностью избавляться от вредителей и болезней, что исключает необходимость дорогостоящей (а иногда и опасной) борьбы с вредителями. Однако значительным недостатком такой системы была бы необходимость затрат на освещение и обогрев.