Минеральное питание растений
Живой организм содержит все химические элементы, но для питания растений необходимы только некоторые из них. Растения способны активно извлекать нужные им вещества из внешней среды. Гидрофиты больше зависят от окружающей среды, чем наземные растения, получающие основную часть питания из грунта, так как в отличие от них усваивают питательные вещества всей своей поверхностью.
Кроме углекислого газа и кислорода, обеспечивающих жизнедеятельность растений, они нуждаются в таком веществе, как азот, обеспечивающем синтез белков. В сравнительно большом количестве растениям необходимы сера, фосфор, хлор, кремний, калий, натрий, кальций, магний. Для питания растений также необходимы бор, цинк, медь, марганец, железо, молибден, кобальт и др. Эти вещества используются растениями в очень незначительном количестве, Поэтому они получили название микроэлементов.
Концентрация питательных веществ в воде может колебаться в довольно широких пределах. Организм растения, извлекая эти вещества из внешней среды, создает в тканях их необходимую концентрацию. Если этих веществ в воде и грунте достаточно, растение развивается правильно, быстро растет, цветет и плодоносит. При недостатке одного или нескольких необходимых веществ отмечается отставание в росте, изменение формы растения, прекращается размножение. Иногда наблюдается избыток в воде тех или иных химических элементов, что также может вызвать нарушение развития растений.
Верхушки побега и корня, взаимодействуя между собой и с другими органами и тканями с помощью трофических, гормональных и электрофизиологических факторов, выполняют в растительном организме функцию центрального поста управления. На внутриклеточном уровне регулируется активность ферментов, генных и мембранных систем, на межклеточном — пищевая, гормональная и электрофизиологическая. Потребление света в красной части спектра у растений составляет 100%, в желтой — 60% и синей — около 40%.
А их физиологическая радиация находится в пределах от 300 до 800 нм, т. е. помимо видимой части спектра захватываются еще незначительный ультрафиолетовый и инфракрасный диапазоны. Освещенность в тропиках составляет от 20 до 60 тыс. лк. Нижнюю границу ее желательно воспроизводить в аквариуме.
В этой главе мы поговорим о влиянии различных химических веществ, на рост растений и коснемся вопроса об искусственной подкормке.
Соединения, которые могут быть использованы в качестве микроудобрений для растений.
Влияния на рост растений макроэлементов
Азот
Начнем с такого чрезвычайно важного для жизни растений вещества, как азот. Этот элемент является основой для создания белков растений, необходимых для их роста и размножения. В аквариум азот обычно попадает в составе органических соединений, содержащихся в корме для рыб. При разложении органических веществ, которые в исходном состоянии растения усвоить не могут, образуются аминокислоты, но их усвоение растениями также очень затруднено. Тогда в дело вступают бактерии, обитающие в придонном слое воды и преимущественно в грунте. Они перерабатывают органические вещества в амины, нитриты и нитраты. Эти соединения растения легко извлекают из воды и грунта и усваивают. Но так как процесс разложения белков долог, на определенном этапе, особенно в новом аквариуме, растения, могут голодать до тех пор, пока донная микрофлора не справится с переработкой накапливающейся органики и растения не будут снабжаться необходимым количеством азота. В старом аквариуме с богатой растительностью, так же как и в новом аквариуме, можно наблюдать признаки азотного голодания преждевременное отмирание старых листьев, пожелтение краев и кончиков листьев, распространяющееся постепенно на всю листовую пластинку, замедление роста. Это связано с тем, что донная микрофлора не справляется с переработкой органических соединений, не успевает их перевести в форму, пригодную для усвоения растениями. В этом случае можно вносить в аквариум небольшие добавки азотных удобрений в виде нитратов (соединений NO 3 ) или производных аммиака (NH3).
Какие же из этих соединений лучше использовать Выбор зависит от активной реакции среды, т. е. значения рН. В аквариум с выраженной кислой средой — рН ниже 6,5 — лучше вносить нитраты. Опыты показали, что в кислой воде они лучше усваиваются растениями, чем соли аммиака. Напротив, в нейтральной и слабощелочной воде значительно лучше усваивается азот аммиака. В этом случае предпочтительно воспользоваться мочевиной, или карбамидом.
Если в аквариум добавляются только азотные удобрения, лучше это делать ежедневно или, в крайнем случае, через день. Тогда не будет наблюдаться резкого изменения содержания азота в воде, который в больших концентрациях отрицательно влияет, на рыб. Равномерное добавление азотных удобрений в небольшом количестве на животных — обитателей аквариума — не повлияет, так как растения будут успевать усваивать все нитросоединения.
При создании нового аквариума можно одномоментно внести 25 мг мочевины, на литр воды. В новом аквариуме вода имеет нейтральную реакцию, и мочевина будет легко усваиваться растениями из воды и грунта. По мере старения воды часть мочевины, не усвоенная растениями, будет окислена микрофлорой до нитритов и нитратов и также будет использована высшими растениями.
После появления признаков роста у растений, посаженных в новый аквариум, можно начать добавлять азотные удобрения в очень малых дозах. Мочевину дозировать очень легко, так как она выпускается в виде гранул. В первое время нужно ежедневно добавлять по 3 — 4 гранулы на 100 л воды.
При появлении признаков азотного голодания в старом аквариуме можно также добавлять в воду мочевину, которая будет частично усвоена в неизменном виде, а частично окислена грунтовыми бактериями до нитритов и нитратов и также использована растениями. Начинать добавки надо с очень незначительной дозы — примерно 2 гранулы на 100 л воды ежедневно для аквариума, густо засаженного растениями. Через каждые 3 — 4 дня дозу можно увеличивать, доведя ее до 10 — 12 гранул на 100 л ежедневно. Так же следует вносить удобрение и в новый аквариум, но начальная доза, как уже было сказано, может быть больше. Добавлять мочевину нужно только после появления признаков роста гидрофитов. Максимальная же одноразовая доза также не должна превышать 10 — 12 гранул.
Фосфор
Важнейшим из макроэлементов, который нужен растениям в сравнительно большом количестве, является фосфор. Этот элемент принимает самое активное участие в процессах запасания и расходования энергии и соответственно в синтезе белков, жиров, углеводов, витаминов, ферментов, а также в процессах дыхания и питания растений. Напомню читателям только один общеизвестный факт фосфор — основная часть АТФ (аденозинтрифосфата), который является основным энергетическим веществом живого организма. В наибольшем количестве фосфор накапливается в молодых побегах растений.
Признаками фосфорного голодания являются потемнение окраски молодых листьев, скручивание листьев и побегов, появление на старых листьях бурых и красновато-бурых пятен.
В качестве фосфорного удобрения чаще всего используются кальциевые, калиевые и магниевые соли ортофосфорной кислоты. Наиболее широко применяется кальциевая соль этой кислоты — суперфосфат (Ca(Н2Р04)2 x Н2О).
Определить по внешним признакам, что растениям в аквариуме не хватает именно фосфора, довольно трудно. Поэтому при появлении признаков недостатка минеральных веществ в воду добавляют комплексные удобрения, в составе которых есть и фосфор.
Калий
Следующим важным для жизни растений макроэлементом является калий. Этот элемент участвует в синтезе углеводов и накапливается в основном в молодых тканях растений. Калий участвует в большинстве ферментативных процессов, происходящих в тканях растений.
Из-за того, что аквариум является относительно изолированной системой, количество калия в воде может оказаться недостаточным для развития растений. Обычно питательные вещества, используемые растениями, попадают в аквариум с кормом для рыб и со свежей, подмениваемой водой. Недостаток калия обычно выражается в появлении, на краях листьев бурых и желтых пятен.
В аквариум калий удобно добавлять в составе комплексных удобрений. Можно использовать однозамещенный фосфорнокислый калий. Это вещество содержит калий и фосфор в легко усвояемой форме. Добавлять его в аквариум можно в дозе 2 — 3 г на 100 л воды.
В сельском хозяйстве используется комплексное минеральное удобрение нитрофоска. Оно содержит самые необходимые макроэлементы — азот, фосфор, калий — в оптимальном для растений соотношении. Это минеральное удобрение можно вносить в аквариум при каждой подмене воды. Обычная дозировка — от 1 до 2 г на 100 л воды. Количество вносимой подкормки должно зависеть от количества растений и рыб. Чем более плотно засажен растениями аквариум, тем обильнее должны быть минеральная подкормка, и наоборот, с увеличением животного населения аквариума минеральную подкормку следует уменьшить, чтобы не вызвать накопления минеральных, веществ и отравления рыб избытком азота и калия.
Кальций
Необходим для аквариумных растений и такой макроэлемент, как кальций. Растения в аквариуме лишь в очень редких случаях испытывают недостаток этого вещества. Количество кальция в воде определяет ее жесткость, и, следовательно, только в очень мягкой воде, и не просто мягкой, а имеющей жесткость, близкую к нулевой, растения могут испытывать кальциевый голод. Но такая вода встречается крайне редко.
Магний
Магний, так же как и кальций, относится к макроэлементам. Этот элемент играет существенную роль в обмене веществ, особенно в молодых органах растений. Недостаток его в воде встречается значительно чаще, чем недостатоккальция.
Присутствие ионов магния, как уже указывалось, влияет, на степень жесткости воды. Но жесткость в искусственных водоемах и аквариумах часто повышают, добавляя в воду, только соли кальция. При этом у растений может наступить магниевый голод, который выражается в появлении белых пятен между жилками листа и последующем распаде тканей листовой пластинки. Поэтому еще раз хочу напомнить любителям водных растений, что при искусственном повышении жесткости воды следует обязательно использовать сочетание солей магния и кальция.
Кремний
К макроэлементам нередко относят и кремний. Он входит в состав скелета многих наземных растений, обеспечивая прочность их стеблей. Водные растения, находясь во взвешенном состоянии, поглощают кремний в значительно меньшем количестве, так как прочность скелета для них играет не столь важную роль. Потребление кремния земноводными растениями значительно повышается, когда они выходят в воздушную среду. В условиях аквариума кремниевый голод практически никогда не наблюдается.
Железо
Одним из элементов, как правило, отсутствующих в составе комплексных удобрений и очень необходимых для питания растений, является железо. Особенно важны ионы двухвалентного железа, участвующие в тканевом дыхании. Добавление в аквариум еженедельно около 0,1 — 0,2 мг железного купороса (Fe SO4 x 7H2O) на 1 л воды значительно повышает яркость зелени большинства растений, особенно улучшается красная окраска молодых листьев и побегов.
Влияниe на рост растений микроэлементов
Таковы краткие основные сведения о макроэлементах. Теперь можно перейти к вопросу влияния, на рост растений микроэлементов. Название это условное, так как эти химические вещества играют очень важную, а отнюдь не микророль в жизни растения. Но дело в том, что количество каждого из этих веществ, необходимое для удовлетворительного функционирования организма, очень незначительно.
Самые важные микроэлементы содержатся в растениях, в количестве от 0,001 до 0,00001%.
Расход микроэлементов растениями различен. В таблице приведены результаты анализа воды в аквариуме сразу после внесения микроэлементов, через 12 часов и 3,5 суток. Контрольный аквариум имел объем 375 л (50 х 50 х 150). В нем росли эхинодорусы, апоногетоны, длинностебельные растения (высокая плотность посадки), освещение — люминисцентные лампы (200 Вт).
Большинство аквариумистов не имеет возможности анализировать воду на содержание микроэлементов, т. к. это можно сделать лишь с использованием современных инструментальных методов анализа, доступных только специальным лабораториям. Поэтому комплексное удобрение с микроэлементами вносится регулярно (обычно 1 раз в неделю) в количестве 2 мл на 100 л воды в аквариуме. Такая методика дает хорошие результаты при выращивании аквариумных растений. Если образуется избыток какого-либо элемента, то он удаляется при подмене воды.
Изменение концентрации микроэлементов
Остановимся только на некоторых из них, особенно необходимых для жизни растений. Недостаток этих элементов в воде аквариума обязательно нужно компенсировать.
Бор
Одним из наиболее важных для растений микроэлементов является бор. Его роль в жизнедеятельности организма растения очень сложна. Недостаток бора сказывается, на молодых тканях растения. Признаками недостатка бора являются почернение и гибель верхушечных точек роста. Недостаток бора в аквариумной воде можно компенсировать, добавив к ней борную кислоту или буру (тетраборнокислый натрий — Nа2В4O7 x 10Н2O. Количество вещества можно рассчитать исходя из следующей пропорции 0,2 мг на 1 л объема аквариума. Такую подкормку можно производить 1 2 раза в месяц.
Цинк
Важную роль в процессе тканевого дыхания растений играет цинк. Он входит в состав хлоропластов (хлорофилло-содержащие зерна) растений и участвует в фотосинтезе. Определить визуально, по состоянию растений, недостаток цинка в воде трудно. Обычно в составе комплексных минеральных удобрений, вносимых в аквариум для подкормки растений, содержатся и соли цинка. Дополнительно можно использовать сернокислый цинк, который добавляют, в количестве 0,1 мг на 1 л воды, так же, как и другие микроэлементы, 1 — 2 раза в месяц при подмене воды.
Медь
Одним из микроэлементов, необходимых для питания растений, является медь. Развитие растений без этого элемента практически невозможно. Исследования показали, что медь активирует витамины группы В, влияет на белковый и углеводный обмен, защищает от распада хлорофилл, способствует синтезу белка. При недостатке меди в воде аквариума бледнеет вся листовая пластинка хлороз, отмирают мягкие ткани листа. Вносить медь в аквариум можно в виде медного купороса (СuSO4 x 5Н2O). Количество вещества не должно превышать 0,2 мг на 1 л воды. Подкормку производят 1 — 2 раза в месяц.
Марганец
Без марганца так же, как и без многих других микроэлементов, развитие растений невозможно. Он принимает активное участие в окислительных процессах, восстановлении нитратов в процессе фотосинтеза, входит в состав многих окислительных ферментов растений, принимает участие в тканевом дыхании.
Недостаток марганца проявляется в возникновении мелких, сначала светлых, а потом коричневых пятен между жилками молодых листьев. Компенсировать недостаток марганца, можно внося в воду марганцовокислый калий (КмnO4) из расчета 0,1 мг на 1 л воды 1 — 2 раза в месяц.
Молибден
Микроэлементом, также влияющим на обмен веществ у растений, является молибден. Его основная функция — фиксация азота в тканях растений, нормализация процессов фосфорного питания и углеводного обмена. Молибден участвует во многих окислительно-восстановительных реакциях, происходящих в организме растения. В условиях аквариума молибденовый, голод, как правило, не наблюдается. Обнаружить недостаток молибдена в воде можно только с помощью химического анализа. Надо отметить, что все комплексные минеральные удобрения, выпускающиеся промышленностью, содержат молибден. Незначительная добавка таких удобрений в воду аквариума может компенсировать недостаток этого элемента.
Следует отметить, что приготовление удобрений для аквариумных растений — сложное занятие необходимо выдержать определенный порядок растворения отдельных компонентов, внести добавки веществ, которые способствуют хорошему усвоению микроэлементов растениями. Поэтому мы рекомендуем аквариумистам, увлекающимся выращиванием водных растений, использовать специальные удобрения.
Витамины
Особую роль в синтезе витаминов, особенно витамина С, при обмене веществ у растении играет кобальт. Количество его, необходимое для питания растений, очень невелико. Недостаток кобальта так же, как и молибдена, обнаружить обычным способом — по изменению внешнего вида растения — не удается. Кобальт, поступающий в аквариум в составе кормов для рыб, вполне обеспечивает потребность, в нем растений. Особенно много этого микроэлемента в мотыле.
Фитогормоны
Исключительно действенной формой межклеточной регуляции являются фитогормоны, без которых растительный организм обречен, на неминуемую смерть. Гормональная система растений, на сегодняшний день включает в себя 5 групп фитогормонов индольный ауксин, гиббереллины, цитокинины, абсцизины и этилен.
Ауксины активизируют корнеобразование, они необходимы для деления, роста и дифференцировки клеток. Калиевые соли индолилуксусной и нафтилуксусной кислот хорошо растворимы в воде, причем их большая стабильность наблюдается в щелочной среде. Для ускорения роста стеблей индолилуксусная кислота нужна в концентрации 10-6 М, для корней 10-11М. Зеленые черенки перед посадкой на 13 погружают в раствор нафтилуксусной кислоты (2 — 25 мгл) и выдерживают в нем около 10 ч.
Гиббереллины стимулируют рост стеблей, черешков и жилок. Сейчас обнаружено более 60 их разновидностей. Содержание гиббереллинов в тканях колеблется в широких пределах, от 0,01 до 1,4 мг на 1 кг сырой массы. Некоторые двулетние растения под влиянием гиббереллина образуют стрелки уже в первый год жизни, что представляет определенный интерес для селекционеров. Действие света и низких температур, необходимое для выведения спящих почек и семян из состояния покоя, может быть с успехом заменено обработкой (0,001%-ный раствор) водорастворимыми солями гибберелловой кислоты (ГАЗ).
Цитокинины участвуют в образовании стеблевых почек и играют главенствующую роль в промышленном выращивании растений методом культуры тканей. Все они производные изопептениладенина. Синтетические цитокинины используются для получения более кустистых сортов, для торможения старения, повышения устойчивости растений к неблагоприятным факторам среды, для индукции цветения и сдвига выраженности пола в женскую сторону. Почки, листья, развивающиеся плоды — это как раз те участки растения, для роста и развития которых требуется цитокинин (0,02 мгл). Состояние покоя у семян можно прекратить совместной обработкой экзогенным цитокинином и гиббереллином, которые к тому же повышают их всхожесть.
Абсцизины подавляют рост растений (в концентрации 0,05 мкгмл), снимают стрессы и токсикозы, вызывают опадание листьев и плодов.
Этилен в низких концентрациях (0,001 мкгл) способен регулировать физиологические программы, главными из которых являются торможение и изменение характера роста, ускорение созревания плодов. По биологической эффективности аналоги этилена образуют следующий ряд этилен — пропилен — винилхлорид — СО — винилфторид — ацетилен — аллен — метилацетилен — 1-буген. Для активации цветения возможно большего числа цветков проводят 6-часовую обработку этиленом (1600 мкг л), причем для развития реакции, на побеге требуется присутствие хотя бы одного листа. Обработка этиленом форсирует также рост клубней, луковиц, пыльцы некоторых растений и даже спор грибов.
При работе с фитогормонами нужно всегда помнить, что их избыточные количества обладают резким гербицидным действием. Ростовыми веществами считаются также ЭДТА (1 г100 л), целый ряд водорастворимых витаминов, особенно А1Н, С1В1 и В6(ампула на 300 л раз в месяц), многие антибиотики (бициллин-5, мономицин, полимиксин — 500 м. е.л), некоторые токсины (фузикокцин — активизирует рост клеток, способствует выведению семян из диапаузы, ускоряет их прорастание), халинохлорид, двухвалентное железо (0,5 — 1 мгл) и т. д. Отсутствием в воде железа, например, часто объясняют худший рост растений в бескаркасных аквариумах. Специфические гормоноподобные соединения, а также жирные кислоты, продуцируемые отдельными представителями гидрофлоры, способны регулировать и даже угнетать развитие остальных зеленых «собратьев».
