Фосфор в растениях

Фосфор играет исключительно важную роль в жизни растений. Большинство процессов обмена веществ осуществляется только при его участии. Он практически всегда находится во втором минимуме (после азота).

Физиологическая роль фосфора (С 3). Он входит в состав важнейших органических соединений, активно участвующих в метаболизме растений: нуклеиновых кислот (ДНК и РНК), нуклеопротеидов, фосфопротеидов, фосфатидов (фосфолипидов), макроэргических соединений (АТФ и др.), сахарофосфатов, фитина, витаминов и др. Содержание фосфора (Р2О5) в растениях и вынос урожаями сельскохозяйственных культур Содержание в среднем составляет 0,5 % сухого вещества, изменяясь от 0,1 до 1,5 %, и зависит от биологических особенностей культур, возраста растений и их органов, условий фосфорного питания и т.д. Так, в зерне зернобобовых культур содержится 1-1,5 % Р2О5, злаковых – 0,8-1 %. Солома тех и других культур содержит меньше фосфора по сравнению с семенами – 0,2-0,4 %.

Фосфор в растениях распределяется аналогично азоту, является его спутником. В среднем содержание фосфора в органах растений составляет 30 % от количества азота (С 17). Больше фосфора содержится в молодых и жизнедеятельных органах, листья содержат больше фосфора, чем стебли.

Вынос фосфора урожаями в среднем составляет 15-50 кг/га, изменяясь в зависимости от биологических особенностей культур и уровня урожайности.

Источники фосфора для растений. Основными источниками являются соли ортофосфорной кислоты (С 19), которая, являясь трёхосновной, способна образовывать три вида анионов – Н2РО4–, НРО42–, РО43– (С 20) и, следовательно, три вида солей – одно-, дву- и трёхзамещённые фосфаты, растворимость которых и доступность для растений изменяется в зависимости от катионов.

Источниками фосфора могут также быть соли метафосфорной и полифосфорных (пиро-, триполифосфорной и т.д.) кислот, непосредственно растениями не усваивающиеся, но гидролизующиеся в почве до ортофосфатов (С 21-24).

Кроме того, корни некоторых растений (горох, бобы, кукуруза и др.) выделяют фермент фосфатазу, который отщепляет анион фосфорной кислоты от простых органических соединений. Как следствие, источником фосфора для названных растений могут служить его органические соединения.

Превращения фосфора в растениях. Поступивший в растения фосфор очень быстро переходит в состав органических соединений. Тем не менее, фосфор находится в них непосредственно в виде остатка фосфорной кислоты. Таким образом, 85-95 % фосфора находится в органической форме (С 26). Минеральных фосфатов – фосфатов кальция, калия, магния и аммония – значительно меньше (5-15 %), но они имеют большое значение, являясь запасной и транспортной формами фосфора. Например, фосфор органических соединений корней может передвигаться в надземную часть только после трансформации в минеральные фосфаты.

Динамика потребления фосфора во время вегетации. Критический период по отношению к фосфору у всех культур отмечается в фазу всходов. Недостаток фосфора в этот период резко снижает урожайность, независимо от дальнейшей обеспеченности растений. Вместе с тем, корневая система в начальные фазы роста развита слабо и часто не может в достаточных количествах усваивать фосфор почвы и внесённых до посева удобрений. Поэтому широко рекомендуется припосевное внесение фосфора.

Периоды максимального потребления фосфора различными культурами не совпадают. Например, яровая пшеница потребляет весь необходимый ей фосфор к концу фазы колошения, в то время как лён даже к периоду полного цветения поглощает лишь 58 %, а хлопчатник в фазу полного цветения усваивает только 10 % от максимального содержания фосфора в растениях Таким образом, период максимального поглощения фосфора у пшеницы наблюдается в фазы выхода в трубку и колошения, у льна – в фазы цветения и созревания, у хлопчатника – в период формирования волокна.

Признаки недостатка фосфора для растений. Замедляется рост и развитие растений, уменьшается размер листьев, задерживается цветение и созревание урожая (С 31-33). Фосфор реутилизируется, поэтому его недостаток сначала проявляется на нижних листьях, которые становятся тёмно-зелёными, грязно-зелёными, а затем красно-фиолетовыми, пурпурными или лиловыми

Фосфор в почвах.Содержание и запасы фосфора в почвах. Общее содержание варьирует от 0,01 до 0,3 % и зависит, прежде всего, от минералогического состава материнских пород. Кроме того, больше фосфора содержат богатые гумусом почвы (в гумусе 1-2 % Р2О5). Таким образом, минимальное содержание фосфора в дерново-подзолистых песчаных, максимальное – в чернозёмных почвах. Жизнедеятельность растений вызывает биологическую аккумуляцию фосфора в верхних горизонтах почв

Общий запас фосфора в пахотном слое на 1 га варьирует от 0,3 т в лёгких дерново-подзолистых почвах до 9 т в чернозёмах

Формы фосфора в почвах и его превращения Фосфор в почвах находится в органической и минеральной формах Органического фосфора меньше, он входит в состав неспецифической части гумуса, а также неразложившихся остатков растений и микроорганизмов.

Преобладает минеральный фосфор, которого в дерново-подзолистых, каштановых почвах и серозёмах 70-90 % общего содержания, а в почвах с высоким содержанием гумуса (следовательно, органического фосфора) – серых лесных почвах и чернозёмах – 55-65 % (С 44). Минеральный фосфор в основном находится в форме первичных минералов и, прежде всего, фторапатита [Са3(РО4)2]3·CaF2 и гидроксилапатита [Са3(РО4)2]3·Ca(ОН)2.

Фосфор органических соединений и первичных минералов растениями непосредственно не усваивается. В результате выветривания первичных минералов образуются вторичные, представляющие собой разнообразные соли ортофосфорной кислоты. Фосфаты образуются и при минерализации органического фосфора под влиянием фосфоробактерий.

Соли фосфорной кислоты характеризуются различной растворимостью и, следовательно, доступностью для растений.

Водорастворимыми являются фосфаты одновалентных катионов [КН2РО4, (NH4)2НРО4, Na3РО4], а также однозамещённые соли двухвалентных катионов [Са(Н2РО4)2, Mg(Н2РО4)2]. Они хорошо доступны для растений.

Кислоторастворимыми называют двузамещённые фосфаты кальция и магния (СаНРО4, MgНРО4) и свежеосаждённые, находящиеся в аморфном состоянии трёхзамещённые фосфаты [Са3(РО4)2, Mg3(РО4)2], которые нерастворимы в воде, но растворяются в слабых кислотах (органических, угольной). Эти соединения под действием кислых корневых выделений, а также органических и минеральных кислот, продуцируемых микробами, постепенно растворяются и становятся доступными для растений.

Не растворяются в воде и слабых кислотах, как следствие, практически недоступны растениям кристаллические формы трёхзамещённых фосфатов кальция и магния. Но некоторые растения – люпин, гречиха, горчица, в меньшей степени горох, донник, эспарцет и конопля – обладают способностью усваивать фосфор из трёхзамещённых фосфатов. Наименее доступны растениям фосфаты железа и алюминия (AlPO4, FePO4) Важную роль в формировании условий фосфорного питания играет химическое поглощение водорастворимых фосфатов (ретроградация фосфора), протекающее в почвах при любой реакции среды.

В нейтральных, насыщенных основаниями почвах (чернозёмах, каштановых) образуются дву- и трёхзамещённые фосфаты кальция и магния:

Са(Н2РО4)2 + Са(НСО3)2 → 2СаНРО4↓ + 2Н2СО3;

ППК)Са2+ + Са(Н2РО4)2 → ППК)2Н+ + Са3(РО4)2↓.

В кислых почвах, характеризующихся повышенным содержанием алюминия и железа (дерново-подзолистых, краснозёмах), выпадают в осадок фосфаты этих элементов:

Са(Н2РО4)2 + 2Fe3+ → 2FePO4↓ + Са2+ + 4Н+;

ППК)Al3+ + К3РО4 → ППК)3К+ + AlPO4↓.

Вследствие ретроградации водорастворимые фосфаты содержатся в почвах в незначительных количествах (как правило, не более 1 мг/кг почвы).

Анионы фосфорной кислоты в почве могут обменно поглощаться, закрепляясь на поверхности положительно заряженных коллоидных частиц гидроксидов алюминия и железа В большей степени обменное поглощение фосфатов выражено при кислой реакции среды. Процесс обменного поглощения обратим, то есть фосфат-ионы способны и вытесняться из ППК в раствор другими анионами. Как следствие, обменно-поглощённые анионы фосфорной кислоты хорошо доступны для растений.

Растворимые соли фосфора потребляются не только растениями, но и микроорганизмами, превращаясь в органические фосфорсодержащие соединения. После отмирания микробов основное количество биологически поглощенного фосфора вновь становится доступным растениям за исключением небольшой части, перешедшей в состав гумуса.

Для дерново-подзолистых и серых лесных почв стандартизирован метод Кирсанова: вытяжка производится 0,2 н. HCl, в раствор при этом переходят водорастворимые и кислоторастворимые соли фосфорной кислоты.

В некарбонатных чернозёмах содержание подвижного фосфора определяется по Чирикову: почва обрабатывается 0,5 н. СН3СООН.

На карбонатных почвах кислоты не применяют, так как слабокислотные вытяжки расходуются на разложение карбонатов, а более концентрированные могут растворять недоступные для растений фосфаты. Поэтому содержание подвижного фосфора в карбонатных чернозёмах определяют по Мачигину с помощью 1 % (NH4)2CO3, имеющего щелочную реакцию.

Абсолютные результаты, полученные любым методом, неинформативны, так как постоянное воздействие корней растений на почву в течение вегетации далеко не равнозначно растворяющей способности какого-либо реактива. Например, при взаимодействии раствора с почвой устанавливается равновесие, а в присутствии растений, потребляющих фосфор, его концентрация в жидкой фазе почвы постоянно уменьшается, стимулируя переход в раствор новых количеств фосфатов.

Однако, сравнивая урожайность культур в полевых опытах, проводимых на почвах с разным содержанием подвижного фосфора, можно сделать заключение о том, насколько хорошо обеспечена та или иная почва фосфором, и выразить полученную закономерность в виде группировки, имеющей практическое значение.

Фосфору принадлежит особая роль среди элементов питания растений. Он выполняет энергетическую и конституционную функции в растениях и других организмах. Фосфор входит в состав многих жизненно важных фосфорорганических соединений, среди которых наибольшее значение имеют АТФ и нуклеиновые кислоты, участвующие практически во всех биохимических процессах энергетического обмена в клетке, передаче наследственной информации, синтезе ферментов, белков, углеводов и других веществ. Макроэргические связи АТФ являются главным акцептором энергии, образующейся при фотосинтезе и в процессе дыхания клетки, а также основным поставщиком энергии, необходимой для осуществления синтеза белков, жиров, углеводов и активного поступления элементов питания в растения. Важная роль фосфора в составе фосфатидов - образование липидных цитоплазматических мембран, контролирующих поступление питательных веществ в растения.

Поскольку фосфор «контролирует» практически все биохимические процессы жизнедеятельности растений, своевременное обеспечение их питания фосфором имеет первостепенное значение для формирования высоких урожаев сельскохозяйственных культур.

Установлено, что недостаточная обеспеченность растений фосфором в первые 12-15 дней после появления всходов негативно сказывается на росте и развитии растений в течение всего периода вегетации, а следовательно, и на урожайности, даже если в дальнейшем растения были хорошо обеспечены фосфором. Первые две недели после всходов являются критическим периодом растений в отношении фосфорного питания. Фосфорное голодание в этот период приводит к нарушению обмена веществ в растениях и снижению их продуктивности.

Результаты длительных опытов показывают, что на дерново-подзолистых почвах с низким содержанием подвижных фосфатов (40- 70 мг Р 2 0 5 на 1 кг почв) продуктивность севооборотов составляет менее 2,0 т з.е./га. При содержании Р 2 0 5 120-140 мг/кг она увеличивается до 3,5-4,0 т з.е./га, а при высоком содержании Р 2 0 5 (250- 300 мг/кг) продуктивность возрастает до 5-6 т з.е./га и выше. По мере увеличения содержания подвижных фосфатов в почве значительно уменьшается зависимость урожайности сельскохозяйственных культур от неблагоприятных погодных условий.

Фосфор (от греч. phosphoros - светоносный) имеет один устойчивый нуклид 31 Р (атомная масса 30,974). В агрохимических исследованиях также нашли широкое применение искусственные радиоактивные изотопы 32 Р и 33 Р, обладающие соответственно высокой и мягкой энергией (3-излучения с периодом полураспада 14,3 и 25,3 суток. Фосфор открыл Н. Брандт в 1669 г. Первоначально его получали из мочи животных. В 1771 г. К. Шееле предложил способ получения фосфора из костяной золы.

Среди химических элементов земной коры (литосферы) фосфор занимает 13-е место. Среднее содержание фосфора в земной коре - 0,12%. Благодаря высокой реакционной способности фосфор в свободном состоянии в природе не встречается. Все фосфорсодержащие минералы являются солями ортофосфорной кислоты. Они распространены среди магматических и осадочных пород. В метеоритах фосфор найден также в виде фосфидов железа, никеля и кобальта; поэтому можно полагать, что до появления кислорода на Земле фосфор входил в состав фосфидов металлов.

В соответствии с электронной структурой атома фосфора lS 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3 степень его окисления может меняться от 3 _ до 5 + , однако в наиболее устойчивых его соединениях он проявляет валентность 5 + , 3 + и 3".

Известно большое количество минералов, имеющих в своем составе фосфор. Среди них наиболее распространены апатиты. В торфяниках и болотистых местах довольно часто локально встречается вивианит Fe 3 (P0 4) 2 - 8Н 2 0. Значительно реже почвообразующие породы содержат фосфорсодержащие минералы - торбернит Cu(U0 2) 2 (P0 4) 2 12Н 2 0, трифилит Li(Fe,Mn)P0 4 , амблигонит LaAl(P0 4)F.

«Фосфор - “элемент жизни и мысли” - будет нужен человечеству всегда, и это необходимо иметь в виду как сегодня, так и в будущем» (Ферсман, 1983).

Стремление сторонников биологического земледелия обеспечить растения фосфором без применения фосфорных удобрений не имеет реальной основы. Фосфор не случайно назвали «ключом жизни», так как в природе нет таких жизненно важных биохимических процессов, в которых бы он не принимал непосредственного участия. По своей значимости в питании растений, повышении урожайности сельскохозяйственных культур и качества продукции растениеводства фосфор идет следом за азотом, а на торфянистых почвах и черноземах фосфору принадлежит ведущее место.

Важным показателем возрастающей значимости фосфора для человечества может служить его промышленное потребление.

С 1985 по 2005 г. было добыто и использовано 29 млрд т фосфатов, тогда как за предшествующие им 80 лет -около 24 млрд т.

Следует отметить, что в отличие от азота, содержание которого в почве в естественных условиях постоянно пополняется за счет атмосферных осадков и азотфиксирующих микроорганизмов, единственным источником фосфора в почвах являются почвообразующие горные породы. Ведущим фактором, определяющим запасы фосфора в почве, является его содержание в материнской породе.

Фосфор входит в состав минеральных, органических и органоминеральных соединений почвы. Условно почвенный фосфор можно разделить на четыре группы: 1) фосфор, содержащийся в почвенном растворе, - фосфат-ионы и растворимые органические фосфорсодержащие соединения; 2) фосфаты, адсорбированные на поверхности почвенных коллоидов; 3) фосфорсодержащие аморфные и кристаллические минералы; 4) фосфор, входящий в состав органического вещества почвы.

С поливалентными металлами фосфат-ионы образуют широкий спектр слаборастворимых и нерастворимых фосфатов, которые прочно удерживаются в почве на месте их образования и становятся слабо доступными растениям. Формами этих соединений могут быть обменно поглощенные фосфат-ионы, фосфаты, химически прочно связанные на поверхности минеральных и органических коллоидов, аморфные и кристаллические фосфаты (минералы) Са, Al, Fe, Mg, Ti, Pb и др. Непосредственным резервом для растений являются фосфаты, находящиеся в адсорбированном состоянии.

Обменная адсорбция фосфат-ионов происходит на поверхности вторичных глинистых минералов, оксидов железа и алюминия:

Восполнение равновесной концентрации фосфора в почвенном растворе (фосфатная буферность почвы) происходит постоянно за счет как минерализации органического вещества, так и перехода в раствор обменно адсорбированных фосфат-ионов и фосфорных соединений аморфных и кристаллических минералов.

Известно, что ионы Н 2 РО“ и Н РО^ - перемещаются к корням растений в основном в результате диффузии с массовым потоком воды, расходуемой на транспирацию. При низкой влажности почвы передвижение фосфора к корням протекает особенно медленно и может лимитировать потребление его растениями. Поэтому слаборастворимые фосфорные удобрения для повышения их доступности растениям должны быть равномерно распределены во влажном слое почве.

Фосфор, содержащийся в органическом веществе почвы, может быть доступен растениям только после ферментативного гидролиза его микроорганизмами, а так как значительная часть фосфора входит в органические соединения, для его минерализации необходимо полное разложение фосфорсодержащего органического вещества. Процесс этот не специфичен и может осуществляться многими видами микроорганизмов.

Органическое вещество почвы оказывает также большое косвенное влияние на доступность фосфора растениям благодаря способности гуминовых и фульвокислот образовывать недиссоциируемые комплексы (хелаты) с катионами двух- и трехвалентных металлов: Al 3+ , Fe 2>3+ , Са 2+ , Mg 2+ , Mn 2+ , Ti 23+ , РЬ 2+ и др. В результате хелатирования катионов поливалентных металлов их концентрация в почвенном растворе снижается и параллельно уменьшается образование нерастворимых соединений фосфора с металлами. Кроме того, кислоты, высвобождающиеся при разложении органического вещества почвы и растительных остатков, заметно повышают растворимость фосфатов кальция. Во всех почвах без исключения с увеличением содержания органического вещества существенно возрастает доступность фосфора растениям. Поэтому, чтобы фосфор нерастворимых удобрений сделать более доступным, их вносят в почву вместе с органическими удобрениями.

Фосфор - важнейший биогенный элемент, который необходим для жизнедеятельности всех организмов. Соединения фосфора с кислородом (фосфорные кислоты и фосфаты), являясь самыми распространенными в природе, имеют исключительно важное значение для существования и развития растительного и животного мира. Без фосфорной кислоты не может существовать ни одна живая клетка. В связи с этим фосфор назван ключом жизни.
Фосфор содержится в растениях в органических и минеральных соединениях. Обычно большая часть фосфора, содержащаяся в растениях (до 90 %), представлена различными органическими соединениями. В репродуктивных органах фосфор концентрируется в наибольшей степени. Семена должны содержать фосфора в количестве, достаточном до начала его поглощения из почвы сформировавшимися корнями.
Фосфор содержится в клеточной протоплазме, входит в состав хромосом, нуклеиновых кислот, нуклеотидов, фосфопротеидов, некоторых витаминов, ферментов, эфиров, фитина, других органических соединений. Фосфор является обязательным компонентом ряда коферментных систем, катализирующих ряд реакций азотного обмена.
Важными органическими фосфорсодержащими соединениями в растениях являются нуклеиновые кислоты, играющие важную роль в наследственных функциях организма. В растениях на долю нуклеиновых кислот приходится от 0,1 до 1%. Содержание фосфора в нуклеиновых кислотах в пересчете на Р2О5 составляет около 20%. Нуклеопротеиды, представляющие собой соединения белков с нуклеиновыми кислотами, являются важнейшим веществом клеточных ядер.
Фосфор входит также в состав фитина, лецитина, сахарофосфатов и других органических соединений. Фитин является запасным веществом, и фосфорная кислота, входящая в его состав, используется при прорастании семян. Лецитин - представитель группы фосфатидов, накапливается преимущественно в семенах. Ключевая позиция в обмене веществ принадлежит макроэргическим соединениям, содержащим фосфор. В настоящее время известно большое число макроэргических соединений, в состав большинства из которых входит фосфор. Однако основная роль среди них принадлежит аденозинтрифосфорной кислоте (АТФ). Это своеобразный хранитель и носитель энергии во многих синтетических процессах. При гидролизе АТФ, входящей в состав РНК, высвобождается около 55 КДж/моль. В то же время свободная энергия гидролиза обычных связей составляет только 8 - 12 КДж/моль. Макроэргические фосфатные связи принимают участие в процессах фотосинтеза, дыхания, биосинтеза белков, жиров, крахмала, сахарозы, ряда аминокислот и других соединений.
При участии фосфора осуществляется углеводный обмен в растениях. Фосфорная кислота принимает активное участие в биосинтезе сахарозы, ферментативных превращениях форм углеводов, в их передвижении, оттоке в клубни картофеля, корнеплоды сахарной свеклы и т.д. В связи с этим фосфорные удобрения положительно влияют на накопление в растениях крахмала, сахаров, других углеводов, улучшают качество льна и конопли. Фосфор также благоприятствует накоплению в плодах красящих и ароматических веществ.
Особенно чувствительны к недостатку фосфора растения в начальных фазах роста и развития, когда их корневая система обладает слабой усвояющей способностью. Замечено, что в начальные стадии развития сельскохозяйственные культуры интенсивнее поглощают фосфаты, чем в последующие периоды роста. Оптимальное фосфорное питание в начальный период роста и развития растений способствует развитию корневой системы - она глубже проникает в почву и лучше ветвится, что улучшает снабжение растений влагой и питательными элементами. Фосфор способствует более экономному расходованию влаги. Это имеет особенно большое значение в засушливые периоды.
В связи с таким большим значением фосфора в первые периоды роста и развития растений припосевное внесение в рядки небольших доз фосфорных удобрений обеспечивает значительные прибавки урожая самых различных культур. Наибольшее потребление фосфора зерновыми культурами наблюдается в фазы выхода в трубку и колошения.
В минеральной форме фосфор находится в растениях в виде солей ортофосфорной кислоты с кальцием, магнием, калием, аммонием и другими катионами. Минеральный фосфор является не только запасающим веществом, резервом для синтеза органических фосфорсодержащих соединений, но и повышает буферность клеточного сока, поддерживает тургор клетки, другие жизненно важные процессы в ней. В связи с тем, что фосфор усиливает способность растительных клеток удерживать воду, он повышает устойчивость растений к засухам и низким температурам. Хорошее фосфорное питание улучшает перезимовку озимых культур благодаря остаточному накоплению сахаров в узлах кущения с осени.
При пониженных температурах (10 - 11 0С) затрудняется использование растениями фосфора. Исследованиями установлено, что понижение температуры до 5 - 7 0 С мало влияло на поступление калия в растения, но резко уменьшало поглощение ими азота и фосфора. Увеличением доз фосфорных удобрений можно усилить поглощение фосфора и снизить отрицательное влияние холодов на растения.
У молодых растений фосфор концентрируется преимущественно в меристематической ткани. Он легко передвигается внутри растений и перемещается из старых тканей в более молодые, т.е. реутилизируется (используется повторно). По мере созревания культур большая часть усвоенного растениями фосфора сосредотачивается в семенах и плодах (в семенах злаков до 50%).
Из внешних признаков при недостатке фосфора наблюдается скручивание краев листовой пластинки, грязно-зеленая, более темная окраска листьев. При недостатке фосфора кроме более темной окраски листьев вследствие образования антоциана нередко появляются еще красноватые и фиолетовые тона, в особенности у основания стеблей, на влагалищах листьев и черешках. От недостатка фосфора больше страдают более старые - нижние листья.
При нехватке фосфора в растениях больше накапливается нитратов, что связано с важным значением соединений типа НАД и НАДФ при восстановлении нитратов.
Фосфор снижает токсичность алюминия, марганца и железа. Благодаря тому, что фосфор связывает подвижный алюминий почвы, фиксирует его в корневой системе, улучшается углеводный и азотный обмен в растениях.
При высоком содержании в почве меди снижается потребление растениями фосфора и увеличивается эффективность фосфорных удобрений. Применение цинковых удобрений снижает поступление в растения фосфора.
Фосфор является спутником азота и белковых соединений. Фосфора содержится в растениях в 2 - 3 раза меньше, чем азота. При недостатке фосфора замедляется синтез белков и уменьшается их содержание. Поэтому дозы азотных и фосфорных удобрений должны быть сбалансированными.

Исследования, проведенные в США, показали, что небольшое количество азота, входящее в состав фосфорного удобрения, делает его более эффективным.
Избыток фосфора также неблагоприятно влияет на растения. В этом случае много фосфатов находится в растениях в минеральной форме, особенно в вегетативных органах. В случае избыточного поступления фосфора растения преждевременно созревают и не успевают синтезировать хороший урожай. При избытке фосфора ухудшается питание цинком, что приводит к заболеванию плодовых культур розеточностью.
Большое значение имеет фосфор в жизни человека и сельскохозяйственных животных. Он входит в состав костной ткани и играет незаменимую роль в процессах, от которых зависят основные жизненные функции организма (обмен веществ, размножение и т.д.). При недостатке фосфора у человека и животных развивается остеоспороз и другие заболевания костей. Суточная потребность в фосфоре - 1,0 - 1,5 г. Отмечается достоверная связь между содержанием фосфора в кормах и продуктивностью животных. Оптимальное содержание фосфора в кормах - 0,35 - 0,5% сухого вещества.
Обеспеченность растений фосфором во многом зависит от запасов его в почве, степени подвижности, гранулометрического состава и ряда других условий, влияющих на использование фосфора из почвы и удобрений. Все формы фосфора в почве, возможные вариации их воздействия можно изобразить в цепочке: валовой - органический - минеральные соединения Р2О5 - потенциально доступный Р2О5 - непосредственно доступный Р2О5.
Важным показателем потенциального плодородия почв является содержание валового фосфора. Он состоит из органических и минеральных соединений. Общее содержание фосфора может колебаться в зависимости от гранулометрического состава почвы, степени ее окультуренности, от особенности материнской породы, генезиса.
По данным Т.Н. Кулаковской, (1990); И.Р. Вильдфлуша и др. (1999), содержание валового фосфора в дерново-подзолистых глеевато-легко- и среднесуглинистых почвах составляет 0,14 - 0,16%; в легкосуглинистых, развивающихся на моренном суглинке - 0,09 - 0,12, супесчаных, подстилаемых моренным суглинком, - 0,07 - 0,12, песчаных - 0,06 - 0,08%.
Верхние горизонты, как правило, независимо от типа почвы и гранулометрического состава, больше содержат общего фосфора, чем нижележащие. Это связано с биологическим фактором и деятельностью человека. Развитие почвообразовательного процесса связано с постепенным переносом фосфатов корневой системой растений из нижележащих горизонтов в верхние.
Органические и минеральные фосфаты находятся в состоянии взаимопревращений. Соотношение между этими формами фосфора определяется направленностью почвообразования. В дерново-подзолистых почвах минеральные фосфаты преобладают над органическими. Содержание органического фосфора в этих почвах составляет 16 - 48% от общего и в тяжелых почвах выше, чем в легких. В отличие от дерново-подзолистых почв в торфяно-болотных почвах, наоборот, содержание органических фосфатов преобладает над минеральными и достигает 70%.
Минеральные фосфаты в почвах по степени участия в фосфорном питании растений можно в упрощенной схеме разделить на следующие три группы, находящиеся в постоянном обмене и динамическом равновесии:
Ортофосфаты почвенного раствора (фактор интенсивности)
Лабильные фосфаты Стабильные фосфаты.
Первая группа - ортофосфаты почвенного раствора, полностью доступные растениям. Это однозамещенные водорастворимые фосфаты кальция и магния, фосфорнокислые соли одновалентных катионов калия, натрия, аммония и др. Эта фракция интенсивно используется растениями в начальный период роста и развития растений. О степени подвижности фосфатов в почвах (фактор “интенсивности”) можно судить по способности твердых фаз почвы отдавать в раствор ионы фосфора. Мерилом этой способности является установление содержания фосфора в почвенном растворе.
Однако выделение почвенного раствора очень сложно, поэтому исследователями предложены водные слабосолевые вытяжки при узком соотношении почвы к раствору, что позволяет получать данные, близкие к концентрации фосфора в почвенном растворе. Наибольшее распространение из этой группы методов получил метод Скофилда – определение фосфора в 0,01М СаС12 вытяжке.
В Беларуси принята следующая градация почв по методу Скофилда (мг Р2О5 на 1 л): 1) низкое - менее 0,1; 2) среднее - 0,1-0,2; 3) повышенное - 0,21 - 0,60; 4) высокое - 0,61 - 2,0; 5) очень высокое - более 2,0.
Лабильные фосфаты - это фосфаты, осевшие или адсорбированные на поверхности твердых частиц почвы, почвенно-поглощающего комплекса, оксидах железа и алюминия, а также вторичные, которые образовались после формирования почвы. Ученые считают, что 4 - 10% всего почвенного фосфора связано адсорбционно. В отличие от первичных минералов вторичные фосфаты являются активной мобильной составной частью почвы. В отличие от первичных минералов вторичные фосфаты являются активной мобильной составной частью почвы. К ним относятся дегидрокальцийфосфат (СаНРО4 х 2Н2О), октакальцийфосфат (Са4Н(РО4)3), одно- и двухзамещенные фосфаты железа. При нарушении фосфорного равновесия твердой и жидкой частей почвы эти фосфаты могут переходить в почвенный раствор. Фосфаты второй группы характеризуют запасы подвижного фосфора - фосфатную “емкость” почвы и являются резервом для последующего снабжения растений фосфором. Для определения величины запаса подвижных фосфатов используют (в зависимости от типа и состава почв) кислотные, щелочные, буферные растворители, анионно-обменные смолы, радиоизотопный метод и другие.
Стандартным методом для определения подвижного фосфора и обменного калия в дерново-подзолистых почвах является метод А.Г. Кирсанова, который основан на извлечении фосфора и калия из почвы 0,2 м раствором НСl при соотношении почвы к раствору 1:5 для минеральных почв и 1:50 для торфяно-болотных почв с последующим фотоколориметрическим определением фосфора в виде синего фосфорно-молибденового комплекса на фотоэлекроколориметре и калия на пламенном фотометре. Индексы обеспеченности почвы подвижными формами фосфора и калия приведены в табл. 6.12.
Стабильные фосфаты - труднорастворимые соединения, заключенные в почве в первичных и вторичных минералах (окклюдированные гидратами полутораоксидов, карбонатами и другими). Наиболее устойчивой формой, медленно поддающейся химическому и биологическому воздействию, является фосфор в составе кристаллической решетки первичных минералов почвы: апатитов, фосфоритов, варисцитов, стренгитов, вивианитов. Фосфаты третьей группы почти недоступны для растений. Однако в процессе выветривания они могут становиться более доступными и служить источником фосфорного питания.
Органические фосфаты в почве представлены различными по природе группами соединений: индивидуальной природы (неспецифиче-

ские органофосфаты) и гумусообразования (специфические соединения). Неспецифические органофосфаты относят к трем основным классам соединений: фосфолипиды, нуклеиновые кислоты и инозитолфосфаты. При этом кальциевые и магниевые соли инозитолфосфорной кислоты содержатся в нейтральных почвах, а фитаты железа и алюминия - в кислых. Вниз по профилю почвы содержание органических фосфатов снижается, они распределяются в почве примерно так же, как и гумус. Фосфолипиды составляют менее 1% всего органического фосфора, нуклеиновые кислоты - до 10% и инозитолфосфаты - 30 - 60%. Обнаружены также в небольших количествах фосфоропротеины, сахарофосфаты, глицерофосфаты, нуклеотидные коферменты, соединения фосфатов с аминокислотами и другими соединениями.
По новейшим данным многих авторов, больше половины фосфорорганических соединений представлены новообразованными специфическими фосфогумусными соединениями. Формы этих соединений пока неясны, хотя некоторые данные позволяют считать, что фосфор в них связан с гумусовыми кислотами через ион металла.
Исследования кафедры агрохимии БГСХА показали, что в гумусе дерново-подзолистых почв содержится 0,8 - 3,5 % Р2О5 к его массе. Причем, как правило, чем меньше гумуса в почве, тем выше его насыщенность органическим фосфором.
Природные фосфорорганические соединения претерпевают в почвах физико-химические изменения в результате реакций хелатообразования, сорбции, химического гидролиза, ферментативных превращений и окислительно-восстановительных реакций. В результате этих процессов значительная часть органических фосфатов минерализуется и пополняет запасы потенциально доступных минеральных форм.
Длительное внесение удобрений, особенно органических, увеличивает содержание органических фосфатов, но в меньшей степени, чем минеральных. Особенностью процесса минерализации органических фосфатов почвы является достаточно высокая подвижность ее продуктов, которые мало переходят в труднорастворимые соединения.
Процессы превращения недоступных для растений минеральных и органических соединений фосфора в усвояемую форму протекают очень медленно. Несмотря на большие общие запасы фосфора в почве, его доступных соединений содержится обычно мало и, чтобы получать высокие устойчивые урожаи сельскохозяйственных культур, необходимо применять фосфорные удобрения.

Фосфорные удобрения относятся к категории минеральных удобрений. Их внесение необходимо для правильного роста и полноценного развития растений. Фосфорсодержащие комплексы могут быть представлены разными составами, оказывающими различное воздействие на культуры.

Значение фосфорных удобрений для развития растений

Фосфор относится к категории составляющих компонентов сложных белковых соединений , имеющих очень важное значение в жизнедеятельности различных садово-огородных растений, а также декоративных и кормовых культур. В результате воздействия таких белковых комплексов экономится расход влаги и повышается устойчивость растений к низкотемпературным режимам.

Применение обязательно предполагает правильное определение нормы внесения удобрений, так как дефицит или избыточное внесение фосфора вредны для растительности.

Кроме всего прочего основополагающие факторы, влияющие на определение необходимости вносить фосфор, следующие:

• важное значение имеет глубина заделки активных компонентов. Особенностью фосфорной кислоты является способность перемещаться. Верхние почвенные слои очень часто быстро пересыхают, поэтому недостаточно глубокое внесение не позволяет корневой системе растений полноценно поглощать компоненты;
• внесение азотно-фосфорных комплексов в почву позволяет очень существенно улучшить ее биологические характеристики и физические показатели, что благоприятно сказывается на ростовых процессах и формировании урожая выращиваемых культур;
• фосфор активно участвует в бактериальных и коллоидно-химических процессах, поэтому способствует повышению уровня прочности структурных характеристик грунта. Почвы, отличающиеся достаточным количеством этого элемента, имеют хорошую структуру и характеризуются повышенной активностью всех биологических процессов.

Основной фосфорных удобрений являются апатитовые руды, содержащиеся в фосфорных ископаемых. На сегодняшний день используется пара способов производства фосфорсодержащих подкормок. В первом случае изготовленные комплексы полностью готовы к использованию.

Второй вариант отличается образованием промежуточной продукции в виде элементарного фосфора и фосфорной кислоты, которые применяются в производстве удобрений.

Фосфорные удобрения: особенности применения (видео)

Внешние признаки и причины недостатка фосфора

Дефицит тех или иных элементовхорошо заметен. Фосфорное голодание заметить сложнее, чем азотное, но вполне возможно самостоятельно определить по следующим, очень характерным внешним признакам:

• при недостатке элемента окрашивание листьев огородных растений и листвы садовых культур имеет слишком темное зеленое или голубоватое окрашивание;
• при незначительном недостатке листья становятся блеклыми и тусклыми;
• выраженная нехватка элемента чаще всего сопровождается не только изменением интенсивности окрашивания листьев и черешков, но и появлением пурпурного или достаточно выраженного фиолетового оттенка;
• при отмирании листовых тканей наблюдается появление темных, а иногда и черных многочисленных пятен;
• вся засыхающая листва обладает темным, практически черным, нехарактерным для вида и сорта окрашиванием, а периоды цветения и вызревания урожая сильно затормаживаются;
• первые признаки фосфорной недостаточности проявляются изначально на более старой или нижней листве.

Следует отметить, что недостаток фосфора может проявляться на любых типах почвы, но наиболее часто он наблюдается на слишком кислых грунтах, которые богаты повышенным содержанием подвижных форм алюминия и железа, а также на дерново-подзолистой земле и красноземах.

Природные способы восполнения недостатка фосфора у овощных и садовых культур

В условиях современного приусадебного садоводства и огородничества чаще всего применяется припосевной способ обогащения грунта фосфором. С этой цельюиспользуются уже готовые виды фосфорсодержащих удобрений, которые делают улучшение почвы не только быстрым, но и максимально эффективным. Вносимые близко к семенам в малой дозе элементы усиливают стартовый рост и ускоряют появление всходов, а также очень ощутимо повышают продуктивность. Рядковое внесение таких компонентов позволяет повысить устойчивость к основным неблагоприятным внешним факторам.

Целью основного внесения является устранение дефицита фосфора в процессе питания растений в вегетационный период . Нормы такого внесения варьируются в зависимости от показателей плодородия грунта и ботанических особенностей выращиваемых культур. Повышенная норма необходима плодовым и техническим культурам, средняя норма требуется кукурузе, картофелю, овощным и кормовым культурам.

Минимальное количество подходит для выращивания зерновых и зернобобовых культур. Повысить эффективность таких подкормок удаётся при использовании элементов каждые три-четыре года. Внекорневые подкормки обладают вспомогательным значением и хорошо восполняют недостаток элемента, который обнаружен при визуальном осмотре растений.

Следует отметить, что атмосферу нельзя рассматривать в качестве фосфорного резервуара, а основным природным источником являются горные породы и многовековые геологические отложения. Горные породы содержат минеральный вид фосфора , который из гидросферы в процессе гипергенеза, оседает на мелководье или составляет глубоководный ил. Поступающий в почву элемент – этоостатки растительного и животного происхождения, а также почвообразующая порода. Незначительная часть поступает вместе с атмосферными осадками и пылью, а также техногенным способом.

Нормы внесения удобрений (видео)

Виды и особенности применения фосфорных удобрений

• растворимые составы в виде суперфосфата вносятся в грунт в весенний и осенний период, и отлично сочетаются с другими видами минеральных удобрений;
• малорастворимыми составами в виде фосфоритной и костной муки, которые вносятся исключительно в осенний период;
• нерастворимыми составами в виде преципитата и томасшлака, предназначенными исключительно для слишком кислых грунтов и применяемыми под перекопку или предпосадочную и предпосевную подготовку почвы. Томасшлак нельзя смешивать с любыми аммиачными удобрениями.

Широкое распространение в условиях приусадебного садоводства и огородничества получили также простой и двойной суперфосфат, который выпускается в виде удобных мелких гранул, применяемых при необходимости выполнить обогащение почвы или произвести внекорневую подкормку. Простой или двойной суперфосфаты рекомендуется использовать совместно с перегноем.

Также очень популярна у отечественных садоводов-огородников и цветоводов фосфоритная мука , применяемая отдельно от таких компонентов, как известь, кальций и древесная зола. Фосфоритная мука вносится в кислые почвы. В грунтах, имеющих нейтральную и щелочную реакцию, фосфорсодержащие удобрения очень плохо растворяются и практически не усваиваются.

Вид удобрения	Норма внесения
Простой суперфосфат на посадку	посадка плодовых деревьев - 800-1200г на растение посадка картофеля - 6-8г на растение
Простой суперфосфат на подкормку	подкормка плодовых деревьев - 80-12г на кв. метр подкорма овощных культур - 30-40г на кв. метр
Двойной суперфосфат на подкормку	подкормка молодых яблонь - 60-75г на растение подкормка взрослых яблонь - 170-220г на растение подкормка косточковых - 50-70г на растение подкормка крыжовника и смородины - 35-50г на куст подкормка малины - 20г на кв. метр.
Фосфоритная мука	80г на каждый квадратный метр
Аммоний фосфорнокислый	подкормка картофеля - 2г на лунку подкормка свеклы - 5г на погонный метр
Гидрофосфат аммония	под перекопку гряд - 20-30г на кв. метр подкормка деревьев - 15-25г посадке картофеля - чайная ложка в лунку подкормка земляники - 5-6г на погонный метр перекопка тепличных гряд - 30-40г на кв. метр
Монокалийфосфат	10-15г на каждый квадратный метр
Трехкальциевый фосфат	посадка овощных культур - 2-3 ст. ложки в лунку подкормка плодовых культур - 200г на кв. метр посадка плодовых культур - 50-70г на яму посадка ягодников - 70-110г на яму

Интенсивность агротехники и длительное выращивание садово-огородных или декоративных растений на одном месте способствуют обеднению почвы. Своевременное внесение правильно подобранных минеральных фосфорсодержащих удобрений позволяет получать высокий урожай вне зависимости от типа грунта.

Виды удобрений (видео)

Фосфор - один из трех основных элементов питания. По объемам использования фосфорные удобрения занимают второе место после азота.

Растения усваивают фосфора значительно меньше, чем азота, но он играет крайне важную роль в их жизни. Содержание его в растениях составляет 0,5-1% сухого вещества, в частности на минеральные соединения приходится около 10-15%, на органические - 85-90%. Соотношение минеральных и органических соединений фосфора зависит от возраста растений и общего обеспечения их фосфором. В молодых растениях доля органического фосфора значительно больше, чем в старых.

Минеральные соединения фосфора в растениях представлены фосфатами кальция, магния, калия, аммония и др. Накопление их в стеблях растений является признаком высокой обеспеченности растений фосфором.

Органические соединения фосфора - это эфиры фосфорной кислоты. К ним относятся фосфатиды, фосфопротеиды, фитин, цукрофосфаты, нуклеиновые кислоты, нуклеопротеиды, макроэргические и другие соединения.

Максимальное количество фосфора содержится в репродуктивных органах, где его в 3-6 раз больше содержится чем в вегетативных и молодых частях растений, способствует интенсивному течению процессов синтеза органических веществ. В семенные должен быть достаточный запас фосфора для формирования корневой системы, которая начнет поглощать его из почвы. Фосфор способствует также быстрому образованию корневой системы растений. При этом растения лучше усваивают воду и питательные вещества из почвы, скорее формируют надземную массу. Основную часть фосфора растения используют в первые фазы роста и развития, создавая соответствующие его запасы. Затем фосфор легко перемещается из старых тканей у молодежи, то есть происходит его реутилизацию.

Фосфорное голодание растений в ранний период роста оказывает настолько депрессивный эффект, который невозможно устранить следующим оптимальным фосфорным питанием.

В случае подкормки растений раствором солей фосфора через листья перемещения его в другие органы происходит довольно медленно и в небольшом количестве. Оптимальный синтез фосфорорганических соединений в растении происходит лишь при условии усвоения соединений фосфора через корневую систему. Если же раствором фосфорных удобрений обрабатывают вегетативные органы, то даже при безвредных (безопикових) концентраций растения начинают отставать в росте от растений с корневым питанием фосфором. Листья отмирают раньше и содержат много фосфора, тогда как за корневого питания его содержание незначительный: он перемещается в другие органы, преимущественно в генеративные. Поэтому фосфорное питание растений должно обеспечиваться через корневую систему. Этим и объясняется необходимость внесения в строки 10-15 кг / га д. Г.. Легкорастворимых фосфорных удобрений. Негативное воздействие недостатка фосфора в ранний период сказывается на всем дальнейшем развитии растений. Они остаются низкорослыми, подавленными, позже цветут, позже созревают плоды. Это связано с тем, что вследствие недостатка фосфора или других элементов питания не происходит деление клеток для образования дополнительного ядра. Итак, в отличие от растений, которые испытывают недостаток азота и имеют поэтому сокращенный цикл развития, растения при недостатке фосфора физиологически моложе. Фосфор улучшает их водный режим и значительно смягчает воздействие на них засухи в результате накопления в узлах кущения большего количества сахаров, способствует перезимовки озимых культур и многолетних трав, повышает устойчивость растений к болезням, уравновешивает действие азотных удобрений.

Оптимальное фосфорное питание растений стимулирует все процессы, связанные с оплодотворением цветков, завязыванием, формированием и созреванием плодов. Чрезмерная обеспеченность фосфором приводит к преждевременному развитию и отмирания листового аппарата, раннего созревания плодов, вследствие чего растения не успевают сформировать надлежащий урожай.

Недостаток фосфора проявляется в задержании роста и развития растений - образуются мелкие листья, опаздывают цветения и созревания плодов. Нижние листья приобретают тьмьяно-серого или темно-зеленого оттенка. Со временем они скручиваются и преждевременно отмирают. Это связано с тем, что листья растут при недостатке хлорофилла. Однако при избытке азота листья растений также имеют темно-зеленую окраску вследствие высокого содержания хлорофилла. Кроме того, при недостатке фосфора вследствие образования антоциана нередко оказываются красные и фиолетовые оттенки, прежде всего на основных стеблях, в пазухах листьев, на черешках. Четкие признаки недостатка фосфора наблюдаются на старых и нижних листьях. Однако следует помнить, что антоцианове окраска листьев является наследственным признаком, например у некоторых сортов и гибридов кукурузы. К тому же подобный окрас, например у капусты, появляется после холодной и затяжной весны, которое со временем исчезает.

В условиях значительного фосфорного дефицита часто наблюдаются признаки азотного голодания, что объясняется уменьшением использования азота для синтеза органических соединений вследствие недостатка фосфора. Поэтому признаки азотного и фосфорного голодания достаточно часто совпадают.

Основным источником питания растений фосфором является анионы ортофосфорной кислоты - Н2РО4-, НРО4 ", РО43-, однако растения могут частично усваивать поли- и метафосфаты и некоторые органические соединения фосфора. Лучше они усваивают анионы Н2РО4-, хуже - анионы НРО42-. Для растений анионы РО4- малодоступны, их используют только бобовые, гречка и некоторые другие культуры. Уровень усвоения растениями фосфора зависит не только от содержания его в почве, но и от обеспеченности другими элементами питания. Так, при недостатке цинка снижается поступление и использование растениями фосфора, а за высокого обеспечения медью, наоборот, потребность в нем снижается.

Фосфор ослабляет вредное воздействие на растения на кислых почвах алюминия вследствие связывания его подвижных форм, фиксирует его в корневой системе, тем самым улучшает углеводный и азотный обмены в растениях.

Существует тесная связь между азотным и фосфорным питанием. Фосфор играет роль спутника азота и белковых соединений. В растениях его в 2-3 раза меньше, чем азота. При недостатке фосфора замедляется синтез белков и накапливается больше нитратов. Поэтому нормы азотных и фосфорных удобрений должны быть сбалансированы, в частности при внесении высоких норм азота.

Фосфор, поступающий в корне растений вследствие гликолиза и преобразования в цикле Кребса переносится на АДФ с образованием АТФ. Это основной процесс аккумуляции энергии в клетке. Затем макроэргические фосфатные остатки используют АТФ для замещения атомов водорода в молекуле неорганических и органических соединений - процесс фосфорилирования. По этой схеме образуются необходимые для живого организма фосфорсодержащие соединения.

Поступление фосфора в растения зависит от их биологических особенностей, фаз роста и развития, уровня фосфорного питания и тому подобное. Больше всего фосфор нужен для растений в первые фазы развития. Большинство культур (свекла, картофель, капуста и др.) Использует фосфор равномерно в течение всей вегетации. Лен всего усваивает фосфора в период цветения, зерновые колосовые - в фазы выхода в трубку и колошения. Для всех культур характерно интенсивное перемещение фосфора из вегетативных к генеративных органов, особенно в период их созревания. Фосфор нужен для полного усвоения из почвы азота. При дефиците фосфора корневые системы развиваются хуже, что подчеркивает значение оптимального обеспечения растений фосфором для корневого питания. Имеющийся в почве фосфор способствует росту корней в направлении его размещения, а также экономному использованию влаги, приобретает большое значение в засушливых условиях. При оптимальном фосфорного питания повышается устойчивость растений к некоторым грибным болезням, прежде всего мучнистой росы и корневых гнилей.

Фосфор положительно влияет на повышение урожайности сельскохозяйственных культур. Кроме того, он способствует формированию высоких пищевых и технологических качеств продукции. Оптимальное фосфорное питание растений увеличивает долю товарной продукции в биологическом урожае (зерна относительно соломы в зерновых, корнеплодов относительно ботвы в свекле и т.п.). Одновременно повышается содержание крахмала в картофеле, сахаров в корнеплодах, овощах и фруктах, масла - в масличных культурах. В прядильных культур увеличивается выход длинного волокна, растет его прочность. Однако избыток фосфора также неблагоприятный для развития растений. Так, они содержат много минеральных фосфатов, в частности в вегетативных органах, ускоряется их вегетация, не успевает сформироваться высокий урожай. При избытке фосфора ухудшается питание растений цинком, что приводит к заболеванию плодовых на розетковисть. При использовании цинковых удобрений также следует учитывать его антагонизм с фосфором, так как через них усвоение растениями фосфора ограничивается. Определенные антагонистические взаимодействия возникают между фосфором и медью. Например, за высокого содержания меди в почве усвоения растениями фосфора снижается, в результате чего внесения фосфора удобрений становится эффективным.

Большое значение фосфор имеет в жизни людей и животных. Он входит в состав костей и не может быть заменен при обмене веществ, способствует процессу размножения, участвует в жизненно важных функциях. При недостатке фосфора развиваются болезни костей. Суточная потребность человека в фосфоре составляет 1,5 г.

Продуктивность животных в значительной степени зависит от содержания фосфора в кормах, его дефицит нельзя полностью компенсировать введением в рацион кормовых фосфатов. Фосфор должно содержаться в достаточном количестве (0,35-0,50% на сухое вещество) в натуральных кормах, следовательно, и в почве под посевами кормовых культур.