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)

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.