Рациональное использование земельных ресурсов Беларуси – Роль кальция и магния в жизни растений

Роль кальция и магния в жизни растений

Кальций оказывает многостороннее положительное действие на растение. В природе растения редко испытывают недостаток в этом элементе. Он необходим на сильнокислых и солонцовых почвах, что объясняется насыщенностью поглощающего комплекса в первом случае водородом, во втором — натрием.

Кальций содержится во всех растительных органах; больше его в стареющих клетках в виде щавелевокислого кальция, а иногда в форме солей пектиновой, фосфорной и серной кислот. В растениях 20 – 65 % соединений кальция растворимы в воде, остальное количество может быть извлечено слабыми растворами уксусной и соляной кислот.

Недостаток кальция прежде всего сказывается на развитии корневой системы. На корнях перестают образовываться корневые волоски, через которые в растение из почвы поступает основная масса питательных веществ и воды. При отсутствии кальция корни ослизняются и загнивают, наружные клетки их разрушаются, так как пропитывающие клеточные стенки пектиновые вещества и липоиды без кальция растворяются; ткань превращается в слизистую бесструктурную массу. Это может быть и при недостатке кальция и преобладании в питательном растворе одновалентных катионов (водорода, натрия, калия), что приводит к нарушению физиологической уравновешенности питательного раствора. Введение в питательный раствор кальция восстанавливает физиологическую уравновешенность раствора.

 Являясь сильным антагонистом других катионов, кальций препятствует избыточному их поступлению в растение. Положительное действие  оказывает кальций  и на рост надземных органов растений. При резком его недостатке появляется хлоротичность листьев, отмирает верхушечная почка и прекращается рост стебля. Определенную роль, по-видимому, кальций играет в процессе фотосинтеза, так как в зеленых листьях растений этого вещества содержится  больше.

Кальций усиливает обмен веществ в растениях, играет важную роль в передвижении углеродов. Он оказывает влияние на превращение азотистых веществ, ускоряет расход запасных белков семени при прорастании. Одной из важных функций этого элемента является его влияние на физико- химическое состояние протоплазмы — ее вязкость, проницаемость и другие свойства, от которых зависит нормальное протекание биохимических процессов. Соединения кальция с пектиновыми веществами склеивают между собой стенки отдельных клеток.

Влияет кальций  и на активность ферментов. Например, под влиянием извести усиливается активность инвертазы в растениях овса и возрастает активность каталазы.

Больше всего кальция потребляют капуста, люцерна, клевер, которые отличаются высокой чувствительностью к повышенной кислотности почвы.

Т а б л и ц а 4. 4. Вынос кальция и магния с урожаем сельскохозяйственных культур в пересчете на СаСО ₃  ( кг на 10 ц продукции)

Культура	СаСО3	MgСО3	Сумма ** карбонатов
Озимая рожь *	8,8	6,0	14,8
Озимая пшеница*	6,3	6,5	12,8
Яровая пшеница*	5,6	7,8	13,4
Ячмень яровой*	7,7	6,3	14,0
Овес*	9,7	7,2	16,9
Гречиха*	18,0	8,5	26,5
Горох*	31,5	10,0	41,5
Лен-долгунец*	17,1	16,4	33,5
Сахарная свекла (корни)	2,9	1,3	4,3
Картофель (клубни)	0,5	1,5	2,0
Кормовые корнеплоды	0,5	1,0	1,5
Кормовой люпин (зеленая масса)	2,9	1,5	4,4
Клевер красный (сено)	42,2	19,0	1,2
Люцерна	45,5	7,8	53,3
Многолетние травы (сено)	27,0	12,5	39,5
Однолетние травы (сено)	30,0	10,6	40,6
Капуста	1,3	0,8	2,1
Луговые бобово-злаковые травы (сено)	17,1	10,2	27,3
Луговые злаковые травы (сено)	7,2	5,0	12,2
* Зерно+ солома.
** Из произвесткованных почв вынос кальция и магния выше на 10 – 20 %

Наличие в почве высокой концентрации других катионов (Н⁺, Nа⁺, К⁺ и др.) препятствует поступлению кальция в растение, что объясняется антагонизмом катионов. Наличие в растворе нитратного азота усиливает, а аммиачного — снижает  поступление кальция в ткани растений. На кислых песчаных и супесчаных почвах при внесении извести улучшаются не только физико-химические свойства почвы вследствие нейтрализации избыточной кислотности, но и питание растений кальцием. Это особенно важно учитывать при возделывании культур, выносящих с урожаем большое количество кальция (табл.4.4).

Кальция больше содержится в вегетативных частях растений. Например, в клубнях картофеля содержится около 7% этого катиона, а в листьях и стеблях — 93 %; в семенах кукурузы содержится 3,4% кальция, а в других частях растений — 96,6 %. Поэтому большая часть кальция в отличие от других питательных веществ не отчуждается с сельскохозяйственной продукцией, а возвращается на поля.

Валовое содержание кальция определяется прежде всего типом почвы. Например, его содержание ( % от сухого вещества) на подзолистых почвах составляет 0,73, на серых лесных — 0,90, на черноземах — 1,44.

Убыль кальция из почвы происходит не столько в результате выноса его с урожаем  сельскохозяйственных культур, сколько вследствие выщелачивания из почвы. Эти потери достигают значительных величин. По данным И.А. Шильникова (1984), соотношение между потерями кальция с инфильтрационными водами и выносом урожаем растений в среднем составило 4:1. Потери же кальция из почв различного генетического типа и гранулометрического состава были следующими (кг/га): из дерново-подзолистой суглинистой почвы — 151 – 162, из супесчаной — 198 – 207,  из торфяной — 196. При известковании миграция этого элемента за пределы пахотного слоя возрастала на 5 – 7 %. Внесение удобрений ускоряет потерю кальция из почвы. Например, аммоний удобрений вытесняет кальций из поглощающего комплекса, который теряется с просачивающимися водами. Внесение  1ц сульфата аммония влечет за собой потерю кальция, эквивалентную примерно 1 ц карбоната кальция.

Дополнительными источниками, положительно влияющими на изменение кислотности почвы, могут быть также органические удобрения (содержание кальция в пересчете на СаСО₃ составляет 0,32 – 0,40 %) и фосфоритная мука (нейтрализующая способность около  22 % СаСО₃ ). Кроме того, кальций может поступать в почву с атмосферными осадками (около 6 – 8 кг СаО), но его роль во влиянии на кислотность ничтожна и при расчете баланса не учитывается. Содержащийся в суперфосфате кальций также не влияет существенно на реакцию почвы.

Баланс кальция на основе лизиметрических опытов показывает, что на кислых почвах отмечается постоянный дефицит кальция — этого                      «стража»  плодородия почвы, т.е. идет систематическое обеднение пахотного слоя почвы кальцием. Поэтому известкование следует рассматривать как важное средство охраны и повышения плодородия кислых почв.

Магний входит в состав хлорофилла, фитина, пектиновых веществ; содержится он в растениях и в минеральной форме. В хлорофилле сосредоточено около 10 % всего магния, усвояемого растениями. Больше его в семенах и молодых растущих частях растений, а в зерне он локализуется главным образом в зародыше. Исключением являются корне- и клубнеплоды, большая часть бобовых культур, у которых магния больше в листьях. Магний играет важную физиологическую роль в процессе фотосинтеза. Он влияет также на окислительно-восстановительные процессы в растениях.

При недостатке магния увеличивается активность пероксидазы, усиливаются процессы окисления в растениях, а содержание аскорбиновой кислоты и инвертного сахара снижается. Хорошее же обеспечение растений магнием способствует усилению в них восстановительных процессов и приводит к большему накоплению восстановленных органических соединений — эфирных масел, жиров и др. Магний активизирует многие ферментативные процессы, особенно фосфорилирование и регулирование коллоидно-химического состояния протоплазмы клеток.

Недостаток магния тормозит синтез азотсодержащих соединений, особенно хлорофилла. Внешним признаком недостаточности этого элемента является хлороз листьев. У хлебных злаков недостаток магния вызывает мраморность и полосчатость листьев, у двудольных растений желтеют участки листа между жилками. Постепенно пожелтевшая часть листьев буреет и отмирает. Признаки магниевого голодания проявляются прежде всего на старых листьях растений.

Среднее содержание магния выражается следующими величинами     ( в % MgО к воздушно-сухому веществу): в зерне озимой пшеницы — 0,14, гороха — 0,13, гречихи — 0,15, клубнях картофеля — 0,06, в соломе — соответственно 0,11; 0,27; 0,19, ботве картофеля — 0,21.

Содержание магния в почве может колебаться от десятых долей до 1 – 1,5%. Мало магния содержится в песчаных и супесчаных почвах.

При определении потребности в магниевых удобрениях необходимо прежде всего учитывать наличие магния в почвенно-поглощающем комплексе в обменном состоянии.

Сумма кальция от всей емкости поглощения ориентировочно составляет на торфяно-подзолистых почвах 57 %, на дерново-подзолистых – 53, лесостепных – 80, обыкновенных черноземах – 85, мощных черноземах – 90 , на каштановых почвах – 92 и в сероземах – 93 %. Из общего количества кальция и магния в поглощающем комплексе почвы на долю магния приходится 20%, а на легких дерново-подзолистых почвах —  меньше.

Недостаток магния наблюдается в том случае, когда в почве обменного магния содержится 60 мг/кг почвы и меньше. Он проявляется прежде всего на дерново-подзолистых кислых почвах легкого гранулометрического состава. Чем легче почвы по гранулометрическому составу и чем они кислее, тем меньше содержат магния и тем острее необходимость во внесении магниевых удобрений. Группировка почв по содержанию обменного магния приведена в табл. 4.5.

Т а б л и ц а 4.5. Градации по содержанию обменного магния в почвах Беларуси, мг/кг

Поглощение магния растениями зависит не только от содержания его в доступной форме в почве; на нем сказывается и антагонизм катионов, присутствующих в почвенном растворе. Например, аммиачные формы азотных удобрений, а также калийные удобрения ухудшают поглощение магния растениями, а нитратные – улучшают.

Вынос магния с урожаем зависит от культуры, урожая, типа почвы и других условий  (см. табл. 4.4).  При высоких урожаях сельскохозяйственными культурами выносится 10 – 70 кг MgО с 1 га. Наибольшее количество магния поглощают картофель, сахарная и кормовая свекла, табак, зерно-бобовые и бобовые травы. Чувствительны к недостатку этого элемента конопля, просо, сорго, кукуруза.

Потери магния из почвы в результате вымывания составляют примерно 10 – 20 кг MgО с 1 га. Более высокими они бывают во влажные годы и на легких почвах, а также при внесении сопутствующих минеральных удобрений. Например, при внесении хлористого калия усиливаются потери магния с дренажными водами. Несколько меньше теряется его при внесении сульфата калия и простого суперфосфата. Резко уменьшается вымывание магния при замене простого суперфосфата двойным, что связано с отсутствием в последнем гипса.

Для поддержания положительного баланса магния в почве требуется ежегодное его внесение в количестве 30 – 40 кг на 1 га. Магний вносят в почву с известковыми материалами, калийными удобрениями, содержащими этот элемент, с навозом и т.д. В 30 т полуперепревшего навоза содержится 30 – 40 кг MgО.