ФосфорФосфор

За словами А. Е. Ферсмана, фосфор є «елементом життя і думки». Він є основним передавачем спадкових властивостей, регулятором енергетичного балансу та впливає на синтез білків. Найважливіша роль фосфору полягає у тому, що він бере участь у процесах обміну речовин, які проходять у організмі рослин, зокрема дихання і фотосинтез. Мінеральну форму цього елемента представляють солі ортофосфорної кислоти з кальцієм, калієм, магнієм, амонієм та іншими катіонами. Їх вміст хоч і не великий, але вкрай важливий для утворення багатьох фосфоровмісних органічних сполук, таких як: нуклеїнові кислоти, нуклеопротеїди, фосфопротеїди, фосфатиди, фітин та інші сполуки, які дуже потрібні для рослинних клітин.

Дефіцит фосфору обумовлює різного роду порушення процесів життєдіяльності рослин, зокрема:

• морфологічні: порушення співвідношення підземної і надземної частин та аномального росту кореневої системи;

• фізіологічні: послаблюється фотосинтез, дихання, транспірація, фіксація азоту, вміст фотосинтетичних пігментів, порушення розподілу фосфору у донорно-акцепторній системі рослини, виділення органічних кислот через кореневу систему. Гальмує синтез білків,у тканинах рослин підвищується вміст нітратного азоту. Останнє, як правило, відбувається при передозуванні азотом, хоча мають місце випадки протилежного. Погана забезпеченість фосфором погіршує вуглеводний обмін, знижує накопичення цукрів, знижуючи тим самим морозостійкість і зимостійкість

• біохімічні: деактивація ферментів, пов’язаних з фосфорним метаболізмом, зміни у фосфорилюванні білків, утворення антоціанів. Так, при дефіциті фосфору листя кукурудзи набуває фіолетового відтінку, листки цукрових буряків стають насичено рожевими, краї листків картоплі закручуються догори і забарвлюються у темний колір, листки томатів на нижній стороні стають багряними;

• генетичні: пере модифікація генів які визначають морфологію, фізіологію і метаболізм рослин.

Рівень вмісту фосфору у ґрунті визначається його окультуреністю. Як правило, валовий вміст цього елемента живлення у ґрунті становить 1,2-6 т/га. Цей показник залежить від вмісту гумусу та механічного складу ґрунту. У ґрунті фосфор перебуває у органічній та мінеральній формах. Мінеральні фосфати знаходяться, зазвичай, у формі гідроксил- або фторапатитів, ди- та трикальційфосфатів. На нейтральних та карбонатних ґрунтах переважають фосфати кальцію та магнію, у кислих – алюмінію та заліза. Фосфор у органічній формі накопичується як наслідок діяльності тварин та мікроорганізмів, вищих і нижчих рослин. Його вміст на різних ґрунтах становить 14-44% від загального. Він знаходиться у плазмі мікроорганізмів та фітатах, а також у гумусі. Магнієві та кальцієві солі фітину знаходять у нейтральних ґрунтах, а фітати Fe та Al – у кислих.

Для фосфору характерна низька рухомість. У результаті хімічного зв’язування його з магнієм, алюмінієм та кальцієм відбувається фіксація фосфору. Глинисті мінерали поглинають іони Н2Р04 й заміщують ОН-іони гібситового шару. Спочатку цей процес має обмінний характер, згодом переходить у хімічний й утворюється AlР04. Неповне використання фосфору з добрив пов’язане з хімічною адсорбцією.

Поглинання і рух в рослинах. Різні рослини у різні періоди життя поглинають не однакову кількість фосфору. Найбільша його потреба у ранні періоди онтогенезу. Якщо ж у цей час фосфору не вистачає, його дефіцит не можливо буде компенсувати внесенням фосфоровмісних добрив у наступні періоди. Зернові найбільше фосфору поглинають під час колосіння і трубкування, льон – під час цвітіння, коренеплоди, капуста й картопля споживають приблизно однакову кількість цього макроелемента протягом усього вегетаційного періоду.

У рослинних органах фосфор зосереджується в органічній і мінеральній формі, його вміст становить близько 1/3 від вмісту азоту.

Більший відсоток фосфору міститься у молодих і репродуктивних органах рослин, де активно відбуваються процеси синтезу органічних речовин. Він здатен до реутилізації: може переміщатися від старих до молодих частин рослини і використовуватись повторно.

За доступністю для живлення рослин усі мінеральні сполуки фосфору поділяють на три групи:

  • солі, розчинні у воді – однозаміщені фосфати магнію, кальцію й інших одновалентних катіонів: Ca(H2PO4)2, Mg(H2PO4)2, KH2PO4, NH4H2PO4;
  • солі, розчинні у слабких кислотах – двозаміщені: CaPO4, MgHPO4;
  • солі фосфатної кислоти, розчинні у мінеральних кислотах – тризаміщені:Ca3(PO4) 2,Mg3(PO4) 2.

Сполуки першої групи повністю доступні для живлення рослин, другої – частково доступні, третьої – частково можуть використовуватися культурами, коренева система яких може виділяти слабкі органічні кислоти (горох, гречка, гірчиця та ін.).

Якщо при аміачному живленні рослини потребують значно більше калію, аніж при нітратному, то за умов нітратного живлення гостріше постає потреба у фосфорі. Тому при оптимальних дозах фосфору і калію дія азоту залежить від форми азотного добрива, що застосовується. Це дуже важливо враховувати при формуванні системи удобрення.

Біохімічні функції. Дуже важлива роль фосфору у метаболічних процесах. Цей елемент живлення задіяний у синтезі білків, репродуктивному процесі, енергетичному обміні, створенні клітинних мембран та передачі генетичної інформації. Вкрай важливий фосфордля процесів фотосинтезу та аеробного дихання, особливо у реакціях окисного та фотосинтетичного фосфорилювання. Ці процеси забезпечують загальну обмінну активність у організмі рослин та сприяють синтезу білка.

Фосфор є складовою складних органічних сполук: нуклеопротеїдів (продукти взаємодії нуклеїнових кислот з білками), нуклеїнових кислот, нуклеозидполіфосфатів (АМФ, АДФ і АТФ), фітину та ацилфосфатів. Він є також обов’язковим елементом низки коферментів (НАД, НАДФ, ФАД). Нуклеїнові кислоти задіяні у синтезі білків, а фосфор присутній у цих сполуках лише в окисній формі. Цей процес проходить за участі рибонуклеїнової кислоти (РНК), що визначає природу усіх синтезованих амінокислот та напрям синтезу.

Фосфор значно прискорює ріст рослин. Він пришвидшує процеси розпаду білків і перехід продуктів розпаду в репродуктивні органи. Фосфор сприяє більш економічному витрачанню води, покращуючи таким чином водний режим рослин. Так, фосфоровмісні добрива забезпечують покращення рівня врожайності навіть при відносній нестачі вологи. Також достатнє живлення фосфором покращує перезимівлю культур, забезпечуючи кращий синтез вуглеводів. Фосфор сприяє розвитку кореневої системи, пришвидшенню зростання на початку вегетації: прискорює гідроліз речовин у насінні й транспорт продуктів розпаду в зростаючі частини рослини.

Особлива роль належить фосфору в енергетиці клітини. Саме завдяки фосфору основна молекула, що є носієм енергії в клітині, накопичує і передає енергію. Також він є складником деяких білків та нуклеїнових кислот. Також фосфор входить у молекулу ліпідів у формі додаткової групи й забезпечує надійне з’єднання жирів та білків у мембранах клітини.Фосфор є стимулятором цвітіння рослин.

Взаємодія з іншими елементами. Існує тісна взаємодія між фосфорним і азотним живленням. При дефіциті фосфору в рослині вповільнюється синтез білків і накопичується нітратний азот.

Взаємодія Al з P пов’язана з утворенням у ґрунті слаборозчинних фосфатів Al, з іншими реакціями адсорбції чи осадження Al і P, а також з негативним впливом Al на метаболізм P, головним чином у тканинах коренів. Тому отруєння алюмінієм часто проявляється як дефіцит фосфору. Тоді як фосфор – ефективний засіб для зниження токсичної дії надлишку алюмінію.

Механізм поглинання рослинами B і P доволі схожий. Поглинання і транспортування Pзалежить від концентрації B, оскільки B знижує рухомість P в коренях. Взаємодії P і B у ґрунтах заважає вплив фосфатних іонів на міграцію B.

Взаємодія фосфору і заліза зазвичай відбувається в ґрунтах. Через спорідненість іонів Fe3+і Н2Р04 при сприятливих умовах може утворитися FeP04х2H20. Більш того, аніони фосфору конкурують з рослинами за залізо, тому фосфор заважає поглинанню та руху заліза в рослинах. Відповідна пропорція фосфору і заліза в рослинах є основою для їх нормального розвитку.

Взаємодія фосфору і марганцю може бути опосередковано пов’язаною з антагонізмом Fe-P2O5, а також з варіаціями розчинності фосфатів Mn в ґрунтах і з впливом Mn на метаболічні реакції фосфору. Наприклад, в залежності від ґрунтових умов фосфорні добрива можуть сприяти як посиленню дефіциту марганцю, так і збільшенню поглинанняMn рослинами. Це явище тісно пов’язане з рівнем pH ґрунтів та їх сорбційною здатністю.

Антагонізм між P2Oі Сu існує в кореневій системі, оскільки фосфати мають високу здатність до адсорбції Сu. Високий рівень вмісту фосфатів у ґрунтах також знижує абсорбцію Сu мікоризою. Надлишок міді, навпаки, інгібує активність фосфатази, внаслідок чого зменшується доступність P2O5 для рослин.

Взаємодія Р і Мо часто проявляється в кислих ґрунтах і виражається в позитивному впливіP на доступність Мо для рослин. Це обумовлено не тільки більш високою розчинністю фосфоро-молібдатного комплексу, але і підвищеною мобільністю молібдену в тканинах рослин. Однак, звичайний S042-, що містить суперфосфат, знижує темпи поглинання молібдену рослинами, а концентрований суперфосфат, навпаки, збільшує їх. Таким чином, взаємодія між Р і Мо великою мірою залежить від різних ґрунтових факторів, крім того, вона пов’язана з метаболічними процесами Р в рослинах.

Взаємозв’язок РZn, що виникає при інтенсивному накопиченні фосфору, викликає дефіцит цинку. Цей антагонізм, заснований на хімічних реакціях в середовищі, що оточує коріння. Проте антагонізм РZn не може бути пояснений тільки взаємним обмеженням міграційної здатності. Ця взаємодія є головним чином фізіологічною властивістю. Зазвичай, антагоністична дія Р на концентрацію Zn більш виражена, ніж Zn на Р.

Ефективність застосування фосфорних добрив. Коефіцієнт використання поживи з добрив знаходиться у межах 5-35%, у середньому – 20%. Цей показник є меншим на кислих ґрунтах та залежить від культури, під яку вноситься добриво. Так, кукурудза використовує 7% фосфору, просо – 11%, люпин – 15%, ячмінь – 20, а картопля – 35%. На луках застосування фосфору може сягнути 40%.

Якщо з основним внесенням було використано замало фосфорних добрив, виявлену нестачу можна компенсувати додатковим локальним внесенням або позакореневим підживленням. Метод локалізації ще застосовують, якщо треба збільшити коефіцієнт використання добрив з метою скорочення часу контакту добрив з ґрунтом.

Залишковий фосфор добрив доступніший, аніж ґрунтовий та має сильнішу післядію, хоча велика кількість фосфору стає малодоступною для рослин. Коефіцієнт використання фосфору з ґрунту і добрив можна збільшити завдяки вапнуванню. У зонах, де недостатнє зволоження, важливе значення має глибина загортання добрив. Ефективність фосфоритного борошна вища за умови підвищеної температури, коли інтенсивніше протікають процеси нітрифікації. Азотну кислоту може нейтралізувати фосфор, бікарбонат кальцію та інші його сполуки.

Ефективність фосфору нижча при листкових підкормках, аніж через кореневе живлення. Листя має малу здатність перетворювати поглинений фосфор, тому він залишається у неорганічній формі. Транспортування фосфору з листя проходить в обмежених кількостях, а у коренях при некореневому підживленні збільшується фосфорне голодування. Дефіцит фосфору у прикореневій зоні призводить до зниження вмісту органічного фосфору у листках навіть при позакореневому підживленні.

Для оптимізації фосфорного живлення рослин пропонується кілька підходів, в тому числі й класичних, основою яких є підвищення концентрації P2O5 в прикореневій зоні:

• обробка насіння доступними формами фосфору і сполуками, що підвищують ефективність поглинання фосфору рослинами;

• позакоренева обробка добривами, що містять водорозчинний фосфор;

• локальне внесення фосфорних добрив.

У цей час розробляються нові та удосконалюються існуючі перспективні методи, такі, як передпосівна обробка насіння препаратами мікоризних грибів, фосфатмобілізуючих бактерій, комплексними бактеріальними препаратами.