Влияние свойств почвы на жизнедеятельность корней и их функциии.

Почва является  для растений не только источником питания,а и  основной средой обитания. Корневая системы находится  постоянно в почве и  поэтому свойства почвенного раствора, окружающего корневую системы  оказывает большое влияние на жизнь и функции всего растения. Растения приспособились к определенным условиям различных почв и растут  нормально лишь там где свойства почвы являются для них оптимальными. К таким свойствам относятся :  

1) минерализация почвы (содержание солей);                                            

2. уравновешенность почвенного раствора;                                                  

3) реакция почвенного раствора;                                                                   

4) буферность почвы;                                                                                     

5 Плодородие.                                                                                           Минерализация – это  естественно сложившиеся условия, связанные с тем, что каждый тип почвы произошел от той материнской породы, на которой она формировалась в результате  физического, химического и биологического выветривания, Однако нередко складываются природно-климатические или даже  условия хозяйственной деятельности человека, когда происходит избыточное накопление каких то солей ( вторичное засоление), которое оказывает  отрицательное действие на произрастание растений. Так накопление в избытке солей Na₂CO₃, NaCl, MgCl₂  является ядовитым для растений. Однако, не всякое накопление солей вредно. Так на почвах с избытком  CaCO₃, CaSO₄ , MgCO₃ растения растут  успешно, без каких либо нарушений, так как эти соли  не растворимы.                                                                                                                    По видам накопления солей различают засоление сульфатное ( Na₂SO₃ ), хлоридное ( NaCl)  содовое  (NaHCO₃). По характеру засоления различают 2 типа засоления: 1) солончаки –  почва засолена по всему пахотному горизонту и 2) солонцы – с отмытым верхним горизонтом. Рассоление особенно  хорошо проявляется после зимне-весенних осадков, такие почвы успешно используются для выращивания с.х. растений.                                                                                   Избыточное содержание солей в почве, засоление, является  одной из причин снижении продуктивности растений.25% мировых  сельскохозяйственных угодий засолены Около 100 000 га, что составляет 10%  почв страрн  СНГ.также избыточно засолены, а в Астраханской области они достигают 94%.                                                                                                                                   По отношению к засолению почв растения разделяются на галофиты, устойчивые к засолению и выдерживают без особого ущерба  до 2-3% содержания солей, и глюкофиты, для них уже содержание  солей выше 0,5% является вредным, при котором у них нарушаются процессы жизнедеятельности и резкое снижение продуктивности. Первая группа характеризуется  наследственной, генетически закрепленной солеустойчивостью, с различным признаками приспособления к высоки концентрациям солей. Они обладают высоким осмотическим давление клеточного сока, превышающего почвенного, легкой переносимостью к накоплению  солей  и накапливающих их в растении – эвгалофиты, настоящие галофиты ( солерос, сведа) или выделение солей листьями – криптогалофиты, выделяющие соли, хотя их цитоплазма  не устойчива и повреждается солями. К ним относятся, произрастающие на среднезасоленных почвах тамарикс, кермек, лох. Некоторые растения приспособились не поглощать  соли, а  повышение осмотического давления в клетках тканей связано с накоплением растворимых  углеводов, органических кислот – гликогалофиты , соленепроницаемые ( полыни, кохия, лебеда).                                                                                   Из культурных растений к солеустойчивым растениям относя тся хлопчатник,  сахарная свекла, , ячмень, люцерна. Однако в онтогенезе при выращивании ряда растений не галофитов  они по-разному реагирую  на засоление почвы и повышают по мере роста  солеустойчивость, которые  растут превосходно и на незасоленных и при слабом засолении почвах. Это томаты, и уже названные  сахарная свекла, хлопчатник, люцерна, что позволяет отнести такие растения к факультативным  галофитам. Есть и растения  практические неустойчивые даже к слабому засолению как лен, гречиха, овес                                      Засоление является вредным для не галофитов, вызывая у них целый ряд  физиологических и метаболических нарушений:                                                   1) Уменьшается поступление воды в растения; 2)  проявляется  токсическое действие на цитоплазму избытка солей; 3) нарушение обмена веществ под действием избытка ионов и накопление в растении вредных веществ;  4) нарушение азотного обмена, синтеза белков, накопление аммиака , вызывающего отравление , накопление сульфоксидов; 5) нарушенре  структуры органелл клетки ; 6) засоление вызывает дисбаланс между поглощением  Na , K  и Mg, избыток  Na  препятствует поглощению  К и Mg..                                                   У растений, у которых эти  отрицательные явления  проявляются меньше они являются солеустойчивыми. Причем как уже было сказано, солеустойчивость может меняться в онтогенезе  растений, т.е. с возрастом повышаться.                 Достоверно установлено, что устойчивость к засолению  проявляется    у растений способных синтезировать и накапливать пролин, входящего в состав  стрессового адаптивного  белка экстенсина. Его накопление усиливает солеустойчивость, и этот признак настолько  стабилен, что может служить   тестом для растений  при селекции их на солеустойчивость. В основе солеустойчивости растений лежат физиологические механизмы, имеющих два основных направления ( Б.П. Строганов). Один из направлений механизм     связан с запуском реакции обмена веществ, нейтрализующих неблагоприятное действие солей. Например, окислительное разрушение соединений серы и её производных (при сульфатном засолении), или накопление веществ, оказывающих защитное действие, например, пролина, или регулирующих осмотические свойства клеток (Н.И. Шевякова). На приспособление растений к засолению играют роль накапливаемые полиамины: путресцин, спермидин и др,  оказывающих защитное действие, по-видимому, стабилизирующих структуру нуклеиновых кислот. Второе направление имеют механизмы, регулирующие транспорт ионов из среды в клетку, связанного с защитным функциями мембран ( Б.П. Строганов). Для устранения вредного действия солей проводят  разлиые мероприятия. Наиболее важные и радикальные – мелиоративные , связанные с обессоливание почв;: укладка дренажа, промывка; при натриевом засолении: гипсование, при котором Са  вытесняет  Nа, и он вымывается. П.А. Генкель предложил простой, но очень эффективный метод закаливания  к засолению, замачиванием набухших семян в растворе 3%-го NaCl  в течение часа  с последующей промывкой. Тот же эффект достигается на сульфатном засолении при  замачивании  семян в течение суток  0,25  MgSO₄  или 0,25% Na₂SO_4., и хотя у таких растений несколько понижается обмен веществ, но зато они более устойчивы к засолении. Предпосевное замачивание семян в расторах циокинина, витаминов, также с способствует повышению солеустойчивости томатов, кукурузы (наши и др. оыты)            

Эффективна и фитомелиорация. Выращивание растений амаранта и люцерны, поглощающих NaCl  из почвы, улучшает их режим.                                                                         Уравнвешенность  почвенного раствора. Многочисленные опыты показал, что растворы чистых солей, даже необходимых для растений в количествах оптимальных для роста растений проявляют токсичное действие на рост корней. В растворах СаСl₂  или NaCl₂   у проростков пшеницы развивались только короткие корешки. В растворе состоящем из этих двух солей, наблюдалось улучшение  развития, а при добавлении третьей соли КCl  развивались   совершенно нормальные корни ( рис.   ). Такое явление  устранения токсического действия одних ионов  другими, получило название антагонизма ионов. Растворы   в  которых проявляется антагонизм максимально, и растворы не обладают  токсическим действием, называют уравновешенными         Антагонизм проявляется  как   между ионами разных валентностей (К⁺  и  Са²⁺), так и  одинаковой ( Na⁺  и  К⁺). В первом случае антагонизм сильнее. К естественным идеально уравновешенным растворам  относятся морская вода, у животных плазма крови, тканевая жидкость, почвенный  раствор черноземземной почвы. Поэтому, чтобы  растения хорошо росли, почвенный и искусственные питательные смеси, используемые для выращивания растений,  должны быть уравновешенными. Почвенный раствор обычно является уравновешенным и при внесении удобрений об этом надо помнить, чтобы не нарушит его уравновешенность.                                                                                                              Реакция почвенной среды. Значение имеет не обшая кислотность, которую определяют титрованием, а концентрация водородных ионов (Н⁺), называемой актуальной. Актуальная кислотность влияет на растворимость солей и на их доступность для растений. В случае изменения рН почвенного раствора в сильно-кислую или сильно-щелочную сторону  способность  растений  усваивать определенные элементы резко снижается. Так при возрастании щелочной реакции почвенного раствора легкодоступный одновалентный ион Н₂РО переходит в менее доступные  дву- и трехвалентные формы в кислой среде наоборот.  В то же время в кислой среде сильно возрастает растворимость солей железа, в результате чего они  становятся токсичным для растений. От актуальной кислотности почвенного раствора зависит способность клеточных стенок корневых волосков адсорбировать или десорбировать определенные ионы. В  связи с этим для каждого вида растений существует определенный диапазон рН, при котором они лучше всего поглощают элементы. Например, люпин, рожь, и ячмень лучше растут при рН 4,0-7,0; овес, картофель – 4,0-8.0, горох и пшеница 5.0-8.0, секла и люцерна – при 6.0-8.0.  Если рН среды не совпадают с требованиями растений, они будут страдать.                                                                                 Буферность почвы – это способность почвенного раствора противостоять сдвигу рН среды после увлажнения, добавления кислых или щелочных солей. Почва способна противостоять резкой смене рН, т.е. обладает определенной буферностью. Это обусловливается  присутствием в ней одновременно кислых и щелочных солей ( например, КН₂РО₄ и К₂НРО₄), кислотные остатки которых дисоциируют или ассоциируют и тем самым препятствуют сдвигу рН в ту или иную сторону. Благодаря буферности почвенного раствора сдвиги его рН, которые возникают в результате выделений микроорганизмов, корней, и внесению удобрений, обычно уравниваются. Однако буферная емкость почвы не  безгранична и если в него вносят много физиологически кислых или физиологически щелочных солей, то рН в конце концов изменяется на столько, что многие элементы питания становятся недоступными.                                               Поступление ионов в корень зависит также от их концентрации. При умеренной концентрации солей ионы поглощаются избирательно. Когда же концентрация сильно возрастает, ионы   начинают бесконтрольно поступать в корень и в неограниченных количествах, не успевают связываться тканями и проявляют токсическое действие на клетки. Это не обходимо всегда иметь в виду при внесении минеральных веществ в почву, чтобы не вызвать их передозировку.                                                                                                                          Плодородие почв.  Это более  широкое понятие, включающее в себя помимо состава почвы, обеспечивающего оптимальные условия для роста и развития, а следовательно и продуктивности растении , но и их доступность для растений, содержание гумуса , активность  почвенных микроорганизмов минерализующие  органические остатки и обеспечивающие доступность к усвоению гумуса.                                                                                                                    Роль почвенных микроорганизмов в почвенном питании растений         Важное значение в почвенном  питании           растений играют почвенные микроорганизмы.        Так как растения могут усваивать         из почвы пищу только в виде минеральных растворимых солей то все органические вещества должны прежде минерализоваться. Эту работу выполняют почвенные микроорганизмы бактерии, грибы и др. Они   усваивая органические вещества в качестве  питательных или энергетических веществ, разлагают их или окисляют. Это  гнилостные, нитрифицирующие бактерии, серобактерии, железобактерии,  бактерии брожения клетчатки и пектиновых веществ и др. Вносимый  в почву навоз, проявит  питательную ценность только после того , как его органические вещества будут минерализованы. Также и почвенный гумус будет доступным для растений, когда он  будет минерализован с помощью специфических почвенных микроорганизмов. Почва является богатейшим источником микроорганизмов. В 1 грамме почвы от 300 000 до 3 000 000 бактерий. На 1 га они составляют 6-7 тон живой цитоплазмы. Вкруг корня, в так называемой ризосфере их в 10-100 раз больше. Кроме разложения и минерализации существуют  микроорганизмы азотфиксаторы симбиотические и свободноживущие в почве, которые фиксируют молекулярный азот воздуха, превращая его в аммиак,  накапливая в почве до 200 кг связанного азота, доступного для растений. Бактериальные организмы  выделяют и накапливают в почве БАВ ( биологически активные вещества), стимулирующие рост растений (фитогормоны, ферменты, витамины и др. вещества).