Składniki odżywcze roślin w glebie

Siedemnaście pierwiastków lub składników odżywczych jest niezbędnych do wzrostu i reprodukcji roślin. Są to węgiel (C), wodór (H), tlen (O), azot (N), fosfor (P), potas (K), siarka (S), wapń (Ca), magnez (Mg), żelazo (Fe ), bor (B), mangan (Mn), miedź (Cu), cynk (Zn), molibden (Mo), nikiel (Ni) i chlor (Cl). Składniki odżywcze potrzebne roślinom do zakończenia ich cyklu życiowego są uważane za niezbędne składniki odżywcze . Składniki odżywcze, które poprawiają wzrost roślin, ale nie są niezbędne do zakończenia cyklu życiowego rośliny, są uważane za nieistotne. Z wyjątkiem węgla, wodoru i tlenu, które są dostarczane z dwutlenkiem węgla i wodą oraz azotu, dostarczanego przez wiązanie azotu , składniki odżywcze pochodzą pierwotnie z mineralnego składnika gleby. Prawo minimum wyraża, że ​​gdy dostępna forma składnika odżywczego nie jest w wystarczającej proporcji w roztworze glebowym, wówczas inne składniki odżywcze nie mogą być pobierane przez roślinę w optymalnym tempie. Określony stosunek składników odżywczych w roztworze glebowym jest zatem obowiązkowy dla optymalizacji wzrostu roślin, wartość, która może różnić się od współczynników składników odżywczych obliczonych na podstawie składu roślin.

Pobieranie składników odżywczych przez rośliny może zachodzić tylko wtedy, gdy są one obecne w postaci dostępnej dla roślin. W większości sytuacji składniki odżywcze są wchłaniane w formie jonowej z wody glebowej (lub razem z nią). Chociaż minerały są źródłem większości składników odżywczych, a większość pierwiastków odżywczych w glebie jest utrzymywana w postaci krystalicznej w minerałach pierwotnych i wtórnych, wietrzeją one zbyt wolno, aby wspierać szybki wzrost roślin. Na przykład aplikacja drobno zmielonych minerałów, skalenia i apatytu , do gleby rzadko dostarcza niezbędnych ilości potasu i fosforu w ilości wystarczającej do prawidłowego wzrostu roślin, ponieważ większość składników pokarmowych pozostaje związana w kryształach tych minerałów.

Składniki pokarmowe zaadsorbowane na powierzchni koloidów ilastych i materii organicznej gleby stanowią bardziej dostępny rezerwuar wielu składników pokarmowych roślin (np. K, Ca, Mg, P, Zn). Ponieważ rośliny absorbują składniki odżywcze z wody glebowej, rozpuszczalna pula jest uzupełniana z puli związanej z powierzchnią. Rozkład materii organicznej gleby przez mikroorganizmy to kolejny mechanizm, dzięki któremu uzupełniana jest rozpuszczalna pula składników pokarmowych – jest to ważne dla dostarczania roślinom N, S, P i B dostępnych dla roślin z gleby.

Gram na gram, zdolność próchnicy do zatrzymywania składników odżywczych i wody jest znacznie większa niż w przypadku minerałów ilastych, a większość zdolności do wymiany kationów w glebie wynika z naładowanych grup karboksylowych w materii organicznej. Jednak pomimo dużej zdolności humusu do zatrzymywania wody po nasiąknięciu, jego wysoka hydrofobowość zmniejsza jego zwilżalność . Ogólnie rzecz biorąc, niewielkie ilości próchnicy mogą znacznie zwiększyć zdolność gleby do promowania wzrostu roślin.

Składniki odżywcze roślin, ich symbole chemiczne i formy jonowe powszechnie występujące w glebie i dostępne dla roślin
Element Symbol Jon lub cząsteczka
Węgiel C CO 2 (głównie przez liście)
Wodór H H + , HOH (woda)
Tlen O O 2- , OH - , CO 3 2- , SO 4 2- , CO 2
Fosfor P H 2 PO 4 − , HPO 4 2 − (fosforany)
Potas k K +
Azot N NH 4 + , NO 3 − (amon, azotan)
Siarka S SO 4 2-
Wapń ok około 2+
Żelazo Fe Fe 2+ , Fe 3+ (żelazo, żelazo)
Magnez Mg Mg 2+
Bor B H 3 BO 3 , H 2 BO 3 - , B (OH) 4 -
Mangan Mn Mn2 +
Miedź Cu Cu 2+
Cynk zn Zn2 +
molibden pn MoO 4 2- (molibdenian)
Chlor Kl Cl - (chlorek)

Procesy pobierania

Składniki odżywcze w glebie są pobierane przez roślinę przez korzenie, aw szczególności przez włośniki . Aby został pobrany przez roślinę, składnik odżywczy musi znajdować się blisko powierzchni korzenia; jednak zapas składników pokarmowych w kontakcie z korzeniem szybko się wyczerpuje w odległości ok. 2 mm. Istnieją trzy podstawowe mechanizmy, dzięki którym jony odżywcze rozpuszczone w roztworze glebowym wchodzą w kontakt z korzeniami roślin:

  1. Przepływ masowy wody
  2. Dyfuzja w wodzie
  3. Przechwytywanie przez wzrost korzeni

Wszystkie trzy mechanizmy działają jednocześnie, ale jeden lub inny mechanizm może być najważniejszy dla określonego składnika odżywczego. Na przykład w przypadku wapnia, którego na ogół jest dużo w roztworze glebowym, z wyjątkiem sytuacji, gdy aluminium konkuruje z wapniem w wymianie kationowej miejscach w bardzo kwaśnych glebach (pH poniżej 4), sam przepływ masowy może zwykle dostarczyć wystarczające ilości na powierzchnię korzeni. Jednak w przypadku fosforu potrzebna jest dyfuzja, aby uzupełnić przepływ masowy. W większości jony składników odżywczych muszą pokonać pewną odległość w roztworze glebowym, aby dotrzeć do powierzchni korzeni. Ten ruch może odbywać się poprzez przepływ masowy, na przykład gdy rozpuszczone składniki odżywcze są przenoszone wraz z wodą glebową przepływającą w kierunku korzenia, który aktywnie pobiera wodę z gleby. W tego rodzaju ruchu jony składników odżywczych są nieco analogiczne do liści płynących w dół strumienia. Ponadto jony składników odżywczych nieustannie przemieszczają się poprzez dyfuzję z obszarów o większym stężeniu w kierunku obszarów zubożonych w składniki odżywcze o niższym stężeniu wokół powierzchni korzenia. Proces ten jest spowodowany ruchem losowym, tzw Ruchy Browna cząsteczek w gradiencie malejącego stężenia. W ten sposób rośliny mogą nadal pobierać składniki odżywcze nawet w nocy, kiedy woda jest powoli wchłaniana do korzeni, ponieważ transpiracja prawie ustała po zamknięciu aparatów szparkowych . Wreszcie, w grę wchodzi przechwytywanie korzeni, ponieważ korzenie nieustannie wrastają w nową, niezużytą glebę. W ten sposób korzenie są również w stanie wchłonąć nanomateriały , takie jak nanocząsteczkowa materia organiczna.

Szacunkowe względne znaczenie przepływu masowego, dyfuzji i przechwytywania korzeni jako mechanizmów dostarczania składników pokarmowych roślin do korzeni roślin kukurydzy w glebie
Odżywka Przybliżony procent dostarczony przez:
Przepływ masy Przechwycenie roota Dyfuzja
Azot 98,8 1.2 0
Fosfor 6.3 2.8 90,9
Potas 20.0 2.3 77,7
Wapń 71,4 28.6 0
Siarka 95,0 5.0 0
molibden 95,2 4.8 0

W powyższej tabeli składniki odżywcze fosforu i potasu przemieszczają się bardziej przez dyfuzję niż przez przepływ masowy w roztworze wodnym gleby, ponieważ są one szybko pobierane przez korzenie, tworząc stężenie prawie zerowe w pobliżu korzeni (rośliny nie są w stanie przetranspirować wystarczającej ilości wody aby wyciągnąć więcej tych składników odżywczych w pobliżu korzeni). Bardzo stromy gradient stężeń ma większy wpływ na ruch tych jonów niż ruch masowy. Ruch w wyniku przepływu masowego wymaga transpiracji wody z rośliny, co powoduje, że woda i jony roztworu również przemieszczają się w kierunku korzeni. Ruch przez przechwycenie korzeni jest najwolniejszy, ponieważ rośliny muszą rozszerzać swoje korzenie.

Rośliny usuwają jony z korzeni, próbując przenieść składniki odżywcze z gleby, proces wymiany, który zachodzi w apoplastach korzeni . Wodór H + jest wymieniany na inne kationy, a aniony węglanowe (HCO 3 − ) i wodorotlenkowe (OH − ) są wymieniane na aniony składników odżywczych. Ponieważ korzenie roślin usuwają składniki odżywcze z roztworu wodnego gleby, są one uzupełniane, gdy inne jony usuwają się z gliny i próchnicy (na drodze wymiany jonowej lub desorpcji ), są dodawane w wyniku wietrzenia minerałów glebowych i są uwalniane przez rozkład materii organicznej gleby . Jednak tempo, w jakim korzenie roślin usuwają składniki odżywcze, może nie nadążać za tempem, w jakim są one uzupełniane w roztworze glebowym, co wynika z ograniczenia wzrostu roślin w składnikach odżywczych. Rośliny czerpią dużą część swoich anionowych składników odżywczych z rozkładającej się materii organicznej, która zazwyczaj zawiera około 95 procent azotu w glebie, od 5 do 60 procent fosforu w glebie i około 80 procent siarki w glebie. Tam, gdzie uprawiane są rośliny, uzupełnianie składników odżywczych w glebie musi być zwykle zwiększone przez dodanie nawozów lub materii organicznej.

Ponieważ pobieranie składników odżywczych jest aktywnym procesem metabolicznym, warunki, które hamują metabolizm korzeni, mogą również hamować pobieranie składników odżywczych. Przykłady takich warunków obejmują nasiąkanie wodą lub zagęszczenie gleby skutkujące słabym napowietrzeniem gleby , nadmiernie wysoką lub niską temperaturą gleby oraz warunki nadziemne, które skutkują niskim przemieszczaniem cukrów do korzeni roślin.

Węgiel

Pomiar oddychania gleby w terenie za pomocą systemu SRS2000.

Rośliny pozyskują węgiel z atmosferycznego dwutlenku węgla poprzez karboksylację fotosyntetyczną , do której należy dodać pobieranie rozpuszczonego węgla z roztworu glebowego i przenoszenie węgla przez sieci mikoryzowe . Około 45% suchej masy rośliny to węgiel; pozostałości roślinne zazwyczaj mają stosunek węgla do azotu (C/N) między 13:1 a 100:1. Ponieważ materiał organiczny gleby jest trawiony przez mikroorganizmy i saprofagiczną faunę glebową , C/N spada, gdy materiał węglowy jest metabolizowany i dwutlenek węgla (CO 2 ) jest uwalniany jako produkt uboczny, który następnie przedostaje się z gleby do atmosfery. Obrót azotu (głównie biorący udział w obrocie białkami ) jest mniejszy niż węgla (głównie biorącego udział w oddychaniu ) w żywej, a następnie martwej materii rozkładających się , które zawsze są bogatsze w azot niż ściółka roślinna , a więc gromadzi się w glebie. Normalne stężenie CO 2 w atmosferze wynosi 0,03%, może to być czynnik ograniczający wzrost roślin. Na polu kukurydzy w bezwietrzny dzień w warunkach dużego oświetlenia w sezonie wegetacyjnym stężenie CO 2 stężenie spada bardzo nisko, ale w takich warunkach uprawa może zużyć nawet 20-krotność normalnego stężenia. Wdychanie CO 2 przez mikroorganizmy glebowe rozkładające glebową materię organiczną oraz CO 2 wdychane przez korzenie dostarczają roślinom fotosyntetyzującym znaczną ilość CO 2 , do której należy dodać CO 2 wdychane przez nadziemne tkanki roślinne. Wdychany przez korzenie CO 2 może być akumulowany przez noc w wydrążonych łodygach roślin, aby być dalej wykorzystywany do fotosyntezy w ciągu dnia. W glebie CO 2 stężenie jest od 10 do 100 razy większe niż w atmosferze, ale może wzrosnąć do poziomu toksycznego, jeśli porowatość gleby jest niska lub jeśli dyfuzja jest utrudniona przez powódź.

Azot

Dalsze informacje: cykl azotowy
Uogólnienie procentu azotu glebowego według kolejności gleby

Azot jest najbardziej krytycznym pierwiastkiem pozyskiwanym przez rośliny z gleby, z wyjątkiem wilgotnych lasów tropikalnych, gdzie fosfor jest ograniczającym składnikiem odżywczym gleby , a niedobór azotu często ogranicza wzrost roślin. Rośliny mogą wykorzystywać azot jako amonowy (NH 4 + ) lub azotan anionowy (NO 3 - ). Rośliny są powszechnie klasyfikowane jako rośliny amonowe lub azotanowe zgodnie z ich preferencyjnym odżywianiem azotem. Zwykle większość azotu w glebie jest związana ze związkami organicznymi, które tworzą materię organiczną gleby i musi zostać zmineralizowana do postaci amonowej lub azotanowej, zanim będzie mogła zostać pobrana przez większość roślin. Jednak symbioza z grzybami mikoryzowymi umożliwia roślinom dostęp do puli azotu organicznego, gdzie i kiedy mineralne formy azotu są słabo dostępne. Całkowita zawartość azotu zależy w dużej mierze od zawartości materii organicznej w glebie, która z kolei zależy od tekstury, klimatu, roślinności, topografii, wieku i zarządzanie glebą . Azot w glebie zazwyczaj spada o 0,2 do 0,3% przy każdym wzroście temperatury o 10°C. Zwykle gleby użytków zielonych zawierają więcej azotu glebowego niż gleby leśne, ze względu na wyższy wskaźnik obrotu materii organicznej użytków zielonych. Uprawa zmniejsza azot w glebie, narażając materię organiczną gleby na rozkład przez mikroorganizmy, przy czym większość strat jest spowodowana denitryfikacją , a gleby bez uprawy utrzymują więcej azotu w glebie niż gleby uprawiane.

Niektóre mikroorganizmy są w stanie metabolizować materię organiczną i uwalniać amon w procesie zwanym mineralizacją . Inne, zwane nitryfikatorami , pobierają wolny amon lub azotyn jako etap pośredni w procesie nitryfikacji i utleniają go do azotanu . Bakterie wiążące azot są zdolne do metabolizowania N 2 do postaci amoniaku lub pokrewnych związków azotu w procesie zwanym wiązaniem azotu . Zarówno amon, jak i azotany mogą zostać unieruchomione przez włączenie ich do żywych komórek drobnoustrojów, gdzie są tymczasowo sekwestrowane w postaci aminokwasów i białek . Azotany mogą być tracone z gleby do atmosfery, gdy bakterie metabolizują je do gazów NH 3 , N 2 i N 2 O w procesie zwanym denitryfikacją . Azot może być również wypłukiwany ze strefy wadozy , jeśli występuje w postaci azotanu, działając jako zanieczyszczenie, jeśli dotrze do wód gruntowych lub przepływów po lądzie , w szczególności na glebach rolniczych, na których występuje duże wykorzystanie nawozów odżywczych. Amon może być również sekwestrowany w minerałach ilastych 2:1 . Niewielkie ilości azotu są dodawane do gleby w wyniku opadów deszczu , z wyjątkiem rozległych obszarów Ameryki Północnej i Europy Zachodniej, gdzie nadmierne stosowanie nawozów azotowych i obornika spowodowało zanieczyszczenie atmosfery emisją amoniaku, powodując zakwaszenie gleby i eutrofizację gleb oraz ekosystemy wodne .

Zyski

W procesie mineralizacji drobnoustroje odżywiają się materią organiczną, uwalniając amoniak (NH 3 ), amon (NH 4 + ), azotany (NO 3 − ) i inne składniki pokarmowe. Dopóki stosunek węgla do azotu (C/N) świeżych resztek w glebie będzie przekraczał 30:1, azot będzie niedostateczny dla bogatej w azot biomasy mikroorganizmów (niedobór azotu), a inne bakterie będą pobierać amon i w mniejszym stopniu azotanów i włączają je do swoich komórek w procesie immobilizacji . Mówi się, że w tej formie jest azot unieruchomiony . Później, gdy takie bakterie umierają, one również ulegają mineralizacji i część azotu jest uwalniana w postaci amoniaku i azotanów. Drapieżnictwo bakterii przez faunę glebową, w szczególności pierwotniaki i nicienie odgrywają decydującą rolę w powrocie immobilizowanego azotu do form mineralnych. Jeśli C/N świeżych pozostałości jest mniejsze niż 15, azot mineralny jest uwalniany do gleby i bezpośrednio dostępny dla roślin. Bakterie mogą dodać średnio 25 funtów (11 kg) azotu na akr, a na nienawożonym polu jest to najważniejsze źródło użytecznego azotu. W glebie zawierającej 5% materii organicznej około 2 do 5% z tego jest uwalniane do gleby w wyniku takiego rozkładu. Najszybciej występuje w glebie ciepłej, wilgotnej, dobrze napowietrzonej. Mineralizacja 3% materiału organicznego w glebie, która łącznie zawiera 4% materii organicznej, uwolniłaby 120 funtów (54 kg) azotu w postaci amoniaku na akr.

Stosunek węgla do azotu w różnych materiałach organicznych
Materiał organiczny Stosunek C:N
Lucerna 13
Bakteria 4
Koniczyna, zielony słodki 16
Koniczyna, dojrzała słodycz 23
Grzyby 9
Ściółka leśna 30
Humus w ciepłych glebach uprawnych 11
Siano z traw strączkowych 25
Rośliny strączkowe (lucerna lub koniczyna), dojrzałe 20
Obornik, krowa 18
Obornik, koń 16–45
Obornik, człowiek 10
Owsianej słomy 80
Słoma, łodygi kukurydzy 90
Trociny 250

Podczas wiązania azotu bakterie ryzobium przekształcają N 2 w amoniak (NH 3 ), który jest szybko przekształcany w aminokwasy , których część jest wykorzystywana przez ryzobia do syntezy własnych białek biomasy, podczas gdy inne części są transportowane do ksylemu roślina żywicielska. Rhizobium łączy symbiotyczny związek z roślinami żywicielskimi, ponieważ ryzobium zaopatruje żywiciela w azot, a żywiciel zapewnia ryzobiom inne składniki odżywcze i bezpieczne środowisko. Szacuje się, że takie bakterie symbiotyczne w brodawkach korzeniowych roślin strączkowych dodają od 45 do 250 funtów azotu na akr rocznie, co może być wystarczające dla upraw. Inne, swobodnie żyjące bakterie diazotroficzne i archeony wiążące azot żyją niezależnie w glebie i uwalniają mineralne formy azotu, gdy ich martwe ciała są przekształcane w drodze mineralizacji .

Pewna ilość użytecznego azotu jest wiązana przez wyładowania atmosferyczne w postaci tlenku azotu (NO) i dwutlenku azotu (NO 2 − ). Dwutlenek azotu rozpuszcza się w wodzie tworząc kwas azotowy (HNO 3 ) dysocjujący na H + i NO 3 − . Amoniak, NH 3 , wcześniej emitowany z gleby, może spaść wraz z opadami atmosferycznymi w postaci kwasu azotowego w ilości około pięciu funtów azotu na akr rocznie.

Sekwestr

Kiedy bakterie żywią się rozpuszczalnymi formami azotu (amonem i azotanami), tymczasowo zatrzymują ten azot w swoich ciałach w procesie zwanym unieruchomieniem . W późniejszym czasie, gdy te bakterie obumierają, ich azot może zostać uwolniony w postaci amoniaku w procesie mineralizacji, przyspieszonym przez drapieżną faunę.

Materiał białkowy łatwo ulega rozkładowi, ale tempo jego rozkładu jest spowolnione przez jego przyczepienie do krystalicznej struktury gliny oraz uwięzienie między warstwami gliny lub przyczepienie do szorstkich powierzchni gliny. Warstwy są na tyle małe, że bakterie nie mogą się przedostać. Niektóre organizmy mogą wydzielać zewnątrzkomórkowe enzymy, które mogą oddziaływać na sekwestrowane białka. Jednak te enzymy również mogą zostać uwięzione na kryształach gliny, co skutkuje złożoną interakcją między białkami, enzymami drobnoustrojów i powierzchniami mineralnymi.

Wiązanie amoniaku zachodzi głównie pomiędzy warstwami minerałów ilastych typu 2:1, takich jak illit , wermikulit czy montmorylonit , wraz z jonami o podobnym promieniu jonowym i niskiej energii hydratacji, takimi jak potas , ale niewielka część amoniaku jest również związana we frakcji mułowej . Tylko niewielka część azotu glebowego jest zatrzymywana w ten sposób.

Straty

Użyteczny azot może zostać utracony z gleby, gdy jest w postaci azotanu , ponieważ jest łatwo wypłukiwany , w przeciwieństwie do amoniaku , który łatwo się wiąże. Dalsze straty azotu zachodzą w wyniku denitryfikacji , procesu, w którym bakterie glebowe przekształcają azotany (NO 3 − ) w gazowy azot, N 2 lub N 2 O. Dzieje się tak, gdy słabe napowietrzenie gleby ogranicza wolny tlen, zmuszając bakterie do wykorzystywania tlenu zawartego w azotanach do procesu oddychania. Denitryfikacja wzrasta, gdy dostępny jest utlenialny materiał organiczny, jak w rolnictwie ekologicznym oraz gdy gleby są ciepłe i lekko kwaśne, jak to ma miejsce obecnie na obszarach tropikalnych. Denitryfikacja może zmieniać się w glebie, ponieważ napowietrzanie zmienia się w zależności od miejsca. Denitryfikacja może spowodować utratę od 10 do 20 procent dostępnych azotanów w ciągu doby, a przy sprzyjających warunkach do tego procesu może dojść do strat nawet do 60 procent azotanów zastosowanych jako nawóz.

Ulatnianie się amoniaku następuje, gdy amon reaguje chemicznie z zasadową glebą , przekształcając NH4 + w NH3 . Stosowanie nawozu amonowego na takim polu może skutkować stratami ulatniającymi się nawet do 30 proc.

Wszystkie rodzaje strat azotu, czy to w wyniku wypłukiwania, czy ulatniania się, są odpowiedzialne za znaczną część zanieczyszczenia warstw wodonośnych i zanieczyszczenia powietrza , przy jednoczesnym wpływie na zakwaszenie i eutrofizację gleby , nową kombinację zagrożeń środowiskowych (kwasowość i nadmiar azotu), na które istniejące organizmy są źle przystosowane, co powoduje poważne straty różnorodności biologicznej w naturalnych ekosystemach.

Fosfor

Po azocie, fosfor jest prawdopodobnie pierwiastkiem, którego najbardziej brakuje w glebie, choć często okazuje się, że najbardziej brakuje go w glebach tropikalnych, gdzie pula minerałów wyczerpuje się w wyniku intensywnego wypłukiwania i wietrzenia minerałów, podczas gdy , w przeciwieństwie do azotu, rezerwy fosforu nie mogą być uzupełniane z innych źródeł. Mineralny apatyt glebowy jest najpowszechniejszym mineralnym źródłem fosforu, z którego można go wydobywać za pomocą wydzielin drobnoustrojów i korzeni, z istotnym udziałem arbuskularnych grzybów mikoryzowych . Najbardziej rozpowszechnioną formą fosforanu organicznego jest fitynian , główna forma magazynowania fosforu w wielu tkankach roślinnych. Chociaż w glebie znajduje się średnio 1000 funtów na akr (1120 kg na hektar) fosforu, jest on na ogół w postaci ortofosforanu o niskiej rozpuszczalności, z wyjątkiem przypadków związanych z amonem lub wapniem, stąd użycie fosforanu dwuamonowego lub fosforan jednowapniowy jako nawozy. Fosfor całkowity stanowi około 0,1 procent masy gleby, ale tylko jeden procent z tego jest bezpośrednio dostępny dla roślin. Z dostępnej części ponad połowa pochodzi z mineralizacji materii organicznej. Pola uprawne mogą wymagać nawożenia w celu uzupełnienia fosforu usuniętego z upraw.

Kiedy fosfor tworzy rozpuszczone jony H 2 PO 4 − , to jeśli nie jest pobierany przez korzenie roślin, szybko tworzy nierozpuszczalne fosforany wapnia lub uwodnione tlenki żelaza i glinu. Fosfor jest w dużej mierze nieruchomy w glebie i nie jest wypłukiwany, ale w rzeczywistości gromadzi się w warstwie powierzchniowej, jeśli nie jest przycinany. Doglebowe stosowanie nawozów rozpuszczalnych może spowodować niedobory cynku w postaci fosforanów cynku formy, ale poziom pH gleby, częściowo zależny od formy fosforu w nawozie, silnie oddziałuje z tym efektem, co w niektórych przypadkach skutkuje zwiększoną dostępnością cynku. Brak fosforu może zakłócać normalne otwieranie aparatów szparkowych liści roślin , zmniejszone przewodnictwo aparatów szparkowych powoduje zmniejszenie szybkości fotosyntezy i oddychania, podczas gdy zmniejszona transpiracja zwiększa temperaturę rośliny. Fosfor jest najbardziej dostępny, gdy pH gleby wynosi 6,5 w glebach mineralnych i 5,5 w glebach organicznych.

Potas

Ilość potasu w glebie może wynosić nawet 80 000 funtów na akr-stopę, z czego tylko 150 funtów jest dostępne dla wzrostu roślin. Powszechnymi źródłami mineralnymi potasu są biotyt miki i skaleń potasowy , KAlSi 3 O 8 . Bakterie ryzosfery , zwane także ryzobakteriami , przyczyniają się do produkcji kwasów organicznych do jego rozpuszczania. Po rozpuszczeniu połowa będzie utrzymywana jako wymienne kationy na glinie, podczas gdy druga połowa będzie znajdować się w roztworze wodnym gleby. Wiązanie potasu często występuje, gdy gleba wysycha, a potas jest związany między warstwami ekspansywnych minerałów ilastych w stosunku 2:1 , takich jak illit , wermikulit lub montmorylonit . W pewnych warunkach, w zależności od tekstury gleby, intensywności suszenia i początkowej ilości potasu wymiennego, ustalony procent może osiągnąć nawet 90 procent w ciągu dziesięciu minut. Potas może być wypłukiwany z gleb ubogich w glinę.

Wapń

Wapń stanowi jeden procent wagowy gleby i jest ogólnie dostępny, ale może być niski, ponieważ jest rozpuszczalny i może być wypłukiwany. Jest więc mało w glebach piaszczystych i silnie wyługowanych lub silnie kwaśnych glebach mineralnych, co skutkuje nadmiernym stężeniem wolnych jonów wodorowych w roztworze glebowym, dlatego gleby te wymagają wapnowania. Wapń dostarczany jest do rośliny w postaci wymiennych jonów oraz średnio rozpuszczalnych składników mineralnych. W glebie występują cztery formy wapnia. Wapń glebowy może występować w postaci nierozpuszczalnej, takiej jak kalcyt lub dolomit , w roztworze glebowym w postaci kationu dwuwartościowego lub zatrzymywane w postaci wymiennej na powierzchni cząstek mineralnych. Inną formą jest, gdy wapń tworzy kompleksy z materią organiczną, tworząc wiązania kowalencyjne między związkami organicznymi , które przyczyniają się do stabilności strukturalnej . Wapń jest bardziej dostępny w koloidach glebowych niż potas, ponieważ powszechny minerał kalcyt , CaCO 3 , jest lepiej rozpuszczalny niż minerały zawierające potas, takie jak skaleń .

Pobieranie wapnia przez korzenie jest niezbędne dla odżywiania roślin , wbrew staremu poglądowi, że jest to konsumpcja luksusowa . Wapń jest uważany za niezbędny składnik błon komórkowych roślin , przeciwjon dla anionów nieorganicznych i organicznych w wakuoli oraz przekaźnik wewnątrzkomórkowy w cytozolu , odgrywający rolę w procesie uczenia się i pamięci komórkowej .

Magnez

Magnez jest jednym z dominujących kationów wymiennych w większości gleb (po wapniu i potasie). Magnez jest pierwiastkiem niezbędnym dla roślin, drobnoustrojów i zwierząt, biorąc udział w wielu reakcjach katalitycznych oraz w syntezie chlorofilu . Podstawowe minerały, które pod wpływem warunków atmosferycznych uwalniają magnez, to hornblenda , biotyt i wermikulit . Stężenia magnezu w glebie są na ogół wystarczające do optymalnego wzrostu roślin, ale gleby silnie zwietrzałe i piaszczyste mogą wykazywać niedobór magnezu z powodu wymywania przez obfite opady atmosferyczne.

Siarka

Większość siarki jest udostępniana roślinom, podobnie jak fosfor, poprzez jej uwalnianie z rozkładającej się materii organicznej. Na niektórych glebach (zwłaszcza piaszczystych) mogą występować niedobory, aw przypadku upraw należy dodać siarkę. Zastosowanie dużych ilości azotu na polach o znikomej zawartości siarki może spowodować niedobór siarki poprzez efekt rozcieńczenia gdy stymulacja wzrostu roślin azotem zwiększa zapotrzebowanie roślin na siarkę. 15-tonowa uprawa cebuli zużywa do 19 funtów siarki, a 4 tony lucerny zużywa 15 funtów na akr. Obfitość siarki zmienia się wraz z głębokością. W próbce gleby w Ohio w Stanach Zjednoczonych obfitość siarki zmieniała się w zależności od głębokości, 0–6 cali, 6–12 cali, 12–18 cali, 18–24 cali w ilościach: 1056, 830, 686, 528 funtów na akrów odpowiednio.

Mikroelementy

Mikroelementy niezbędne dla życia roślin, w kolejności ich ważności, obejmują żelazo , mangan , cynk , miedź , bor , chlor i molibden . Termin ten odnosi się do potrzeb roślin, a nie do ich obfitości w glebie. Są wymagane w bardzo małych ilościach, ale są niezbędne dla zdrowia roślin , ponieważ większość z nich jest wymaganymi częściami układów enzymatycznych zaangażowanych w metabolizm roślin . Są one ogólnie dostępne w składniku mineralnym gleby, ale intensywne stosowanie fosforanów może powodować niedobór cynku i żelaza poprzez tworzenie nierozpuszczalnych fosforanów cynku i żelaza. Niedobór żelaza, wynikający z chlorozy roślin i zakwaszenia ryzosfery , może również wynikać z nadmiernej ilości metali ciężkich lub minerałów wapniowych (wapna) w glebie. Nadmiar rozpuszczalnego boru, molibdenu i chlorków jest toksyczny.

Nieistotne składniki odżywcze

Do składników odżywczych poprawiających zdrowie, których niedobór nie zatrzymuje cyklu życiowego roślin należą: kobalt , stront , wanad , krzem i nikiel . W miarę oceny ich znaczenia można je dodać do listy niezbędnych składników pokarmowych roślin, tak jak ma to miejsce w przypadku krzemu.

Zobacz też

Bibliografia

Pobrane z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Plant_nutrients_in_soil&oldid=1129791739 ”