Малы, но влиятельны: зачем растениям микроэлементы

Растения почти на 90% состоят из воды, сухое вещество занимает около 10%, из которых 9% – это углерод, водород, кислород и азот. Около 1% составляют питательные макро- и микроэлементы, которые обеспечивают нормальное функционирование культур. На каждый макроэлемент (N, P, K, Ca, Mg, S и др.) приходится от 0,01% и более, микроэлемент (Fe, Mn, Zn, Cu, B, Mo и др.) – менее 0,001%. О роли этой малой, но важной части каждого растения рассказывает агроном-консультант, кандидат с.-х. наук Александра Старцева.

Микроэлементы входят в состав ферментов и витаминов и необходимы для всех жизненно важных процессов в растениях, несмотря на то что их концентрация в питательном растворе очень невелика (менее 1 мг/л каждого микроэлемента). Слишком высокое содержание микроэлементов приводит к токсичности, особенно опасно большое количество марганца, алюминия, бора и меди. Наиболее чувствительны к переизбытку микроэлементов огурцы.

Дефицит микроэлементов проявляется в основном на молодых побегах, так как они не способны к реутилизации (повторному использованию). И только нехватка молибдена видна на старых листьях.

Недостаток одного из микроэлементов может возникнуть из-за антагонизма между элементами, когда питательный раствор не сбалансирован. Так, излишнее содержание марганца снижает усвоение железа, а избыток меди ухудшает поглощение марганца и железа. Повышенная концентрация цинка препятствует всасыванию меди, марганца, железа и молибдена. Большие количества алюминия задерживают поступление никеля.

В основном признаки дефицита микроэлементов проявляются из-за сложности их усвоения, несмотря на то что питательный раствор приготовлен верно. Так, например, снижение температуры субстрата тормозит поглощение не только макро-, но и микроэлементов. Чаще всего проблемы возникают с питанием растений железом, марганцем и бором.

Прежде чем корректировать состав питательного раствора или увеличивать дозу микроэлементов, необходимо проверить рН корневой зоны. При уровне рН более 6,5 ед. в нем образуются нерастворимые соединения микроэлементов, которые не способны в таком виде усваиваться растениями. При рН менее 5,5 ед. затрудняется поглощение молибдена, а дальнейшее подкисление раствора усиливает  растворимость железа, алюминия и марганца. Это может привести к отравлению. Однако такая опасность существует только при выращивании на почве, где минералогический и химический состав довольно разнообразен. Если использовать субстраты из каменной ваты, эти риски значительно сокращаются.

Наличие тяжелых металлов также может мешать поглощению микроэлементов. Так, кадмий снижает поступление железа и марганца. При этом некоторые микроэлементы (молибден, цинк, марганец) являются тяжелыми металлами, но в небольших количествах жизненно необходимы. При выращивании гидропонным способом опасность отравления растений тяжелыми металлами минимальна. В этом случае корни располагаются в основном в питательном растворе, тогда как субстрат служит лишь основой для их закрепления. Таким образом, на одно растение приходится около 250 г каменной ваты, тогда как при выращивании на почве основная масса корней одного растения располагается минимум в 10 кг субстрата.

Рассмотрим более подробно роль каждого микроэлемента в жизни сельхозкультур.

Медь

Медь необходима для нормального прохождения процессов фотосинтеза, углеводного и белкового обмена. При наличии меди улучшается поглощение азота, она входит в состав хлоропластов, препятствует разрушению хлорофилла, присутствует в ферментах и некоторых аминокислотах, положительно влияет на вкус и цвет плодов, участвует в формировании семян, ускоряет развитие растений и рост корней, а также повышает их иммунитет, защищая от болезней. Медь является компонентом многих фунгицидов.

Содержание меди в питательном растворе очень мало – около 0,05-0,06 мг/л для томатов и огурцов. И может колебаться от 0,01 до 0,1 мг/л в питательных растворах для других культур. Медь вводят в раствор в виде медного купороса или хелата меди.

Визуальные симптомы недостатка меди проявляются на молодых листьях сначала в виде межжилкового хлороза, затем в этих местах и на краях листьев появляются некротичные пятна. Листья приобретают легкую морщинистость, новые листья мельчают, становятся сине-зелеными, матовыми, вялыми, иногда полностью увядают. Кончики молодых листьев белеют и теряют цвет. Старые листья скручиваются. Междоузлия сокращаются, возникает низкорослость, рост новых побегов прекращается, точка роста может отмереть. Цветки бледнеют. Как цветки, так и завязи иногда опадают. Повышается склонность плодов к растрескиванию.

Предельно допустимое содержание меди в поливной воде – 1,0 мг/л, так как в более высокой концентрации этот элемент токсичен. Это приводит к сжиганию корневых кончиков, а в результате – к избыточному росту боковых корней. Излишки меди в питательном растворе препятствует поглощению железа, молибдена и цинка – на новых листьях могут проявиться признаки дефицита железа, а старые листья покрываются коричневыми пятнами и затем отмирают, рост культуры приостанавливается.

Следует избегать контакта питательного раствора с медными и латунными изделиями – это часто является причиной повышения концентрации меди в растворе до токсичного уровня.

Растения чувствительны к нехватке меди в фазах рассады и интенсивного роста. Помимо отклонения рН дефицит меди может усилить избыточное содержание азота, калия, фосфора или цинка в питательном растворе.

При плохом усвоении меди рекомендуется внести в раствор хелаты меди вместо сульфатов, а при выраженном недостатке – провести листовую подкормку медьсодержащими удобрениями.

Цинк

Цинк повышает устойчивость растений к засухе. Он входит в состав более 30 ферментов, участвует в синтезе белков, крахмала, хлорофилла и триптофана, из которого образуются гормоны роста (ауксин).

Нехватка цинка вызывает более серьезные симптомы, чем дефицит остальных микроэлементов, поскольку без цинка происходит разрушение сахаров: снижается уровень сахарозы и крахмала. При недостаточном количестве цинка приостанавливается синтез белков, разрушаются аминокислоты, повышается концентрация органических кислот, а содержание ауксинов падает.

Симптомы нехватки цинка проявляются в пожелтении старых листьев, которые затем бронзовеют, вплоть до некроза, но жилки остаются зелеными. Молодые листья становятся мельче, выглядят мятыми с волнообразными краями, закрученными вверх. Рост растений затормаживается, междоузлия укорачиваются, цветки и завязи опадают, в результате снижается урожайность.

Цинк и железо являются антагонистами, поэтому при повышенном содержании цинка норму железа можно увеличить до 2-2,5 мг/л. При избытке фосфора цинк образует с ним нерастворимые соединения. Недостаток цинка возникает как из-за неоптимального уровня рН субстрата, так и из-за излишка фосфора или кальция в питательном растворе.

При нехватке этого микроэлемента необходимо оптимизировать условия его поглощения и провести внекорневую подкормку хелатными формами удобрения или 0,1-0,2% раствором сульфата цинка.

Избыток цинка оказывает токсичное действие на растения. Все листья зеленеют, на молодых появляется бледнозеленый хлороз. При более сильном отравлении между жилками проступают коричневые пятна, их поверхность становится бугристой, старые листья вянут.

В поливной воде для малообъемного выращивания содержание цинка не должно превышать 0,5 мг/л. Необходимо избегать контакта питательного раствора с оцинкованными поверхностями.

Марганец

Марганец поддерживает процессы фотосинтеза и дыхания, углеводный и белковый обмен. Он повышает иммунитет растений, участвует в синтезе хлорофилла, уменьшает его распад, ускоряет развитие культур, созревание семян, улучшает качество и вкус плодов, а также способствует усвоению нитратного азота.

При использовании малообъемной технологии марганец добавляют в питательный раствор в количестве 0,55 мг/л, иногда до 0,8 мг/л.

Нехватка марганца проявляется на средних по возрасту листьях в виде хлороза, похожего на мраморность. В этом случае, в отличие от недостатка железа, жилки листьев остаются зелеными даже при сильном дефиците. Первые признаки отсутствия марганца напоминают повреждения от паутинного клеща. Более серьезные нарушения вызывают бурые некротические пятна на листьях, цветки недостаточно развиты, плоды не завязываются из-за проблем с пыльцой, репродуктивные органы засыхают, буреют и опадают.

Марганец обладает свойством окислять железо, поэтому при составлении питательного раствора нужно обращать внимание на соотношение этих элементов. Правильная пропорция – Мn:Fe = 1:2-5. Слишком большое количество марганца затруднит усвоение железа.

Причинами дефицита марганца могут быть повышенный уровень рН субстрата, его переувлажнение или несбалансированный питательный раствор: избыток калия, кальция, магния, фосфора, железа, меди и цинка ухудшает всасывание марганца. При высокой концентрации кальция легкодоступный двухвалентный марганец превращается в двуокись марганца, которая трудно усваивается растениями.

При первых признаках недостатка марганца проводят опрыскивание хелатом Mn или 0,1% раствором сульфата марганца. Нехватку марганца сложнее восполнить, чем железа – не исключено, что потребуется несколько обработок с перерывом 5-7 дней.

Избыток марганца может наблюдаться при содержании его в питательном растворе в количестве 4 мг/л. Особенно чувствительны к этому томаты в начальной фазе развития. Излишняя концентрация марганца приводит к недостатку железа, кальция и магния, поскольку эти элементы являются антагонистами.

Молибден

Молибден регулирует процесс транспортировки питательных веществ к точке роста, участвует в фотосинтезе (включен в состав хлоропластов, способствует образованию хлорофилла), а также углеводном и белковом обмене. Он влияет на обмен фосфора, повышает содержание витаминов и сахаров в плодах, ускоряет восстановление нитратов, таким образом, ограничивая их накопление в овощной продукции. Этот микроэлемент содействует появлению клубеньков у бобовых, которые фиксируют атмосферный азот (концентрация молибдена в бобовых больше, чем в остальных растениях), входит в состав ферментов, помогая развитию культур и созреванию семян.

Для томатов и огурцов оптимальное содержание молибдена в питательном растворе составляет 0,05 мг/л. Вносят молибден в виде хелата или молибденовокислого аммония (NH4 )2 MoO4 .

Недостаток молибдена сначала проявляется на нижних листьях: они начинают куполиться, их края желтеют и закручиваются внутрь, могут возникать коричневые крапинки, но жилки остаются зелеными. При длительной нехватке молибдена старые листья утолщаются, а молодые плохо развиваются и имеют неправильную форму. Хлоропласты постепенно разрушаются, фотосинтез замедляется, растения накапливают нитраты, поскольку сокращен азотный обмен и синтез белков. Культуры становятся чувствительны к снижению температуры. Бобовые хуже фиксируют азот. Происходит укорачивание междоузлий, рост замедляется, цветение задерживается, пыльца образуется слабо, цветки отмирают. Урожайность падает.

Дефицит молибдена может возникать из-за слишком низкого или слишком высокого уровня рН (менее 5,5 ед. и более 6,5 ед.), тогда его признаки могут проявляться вместе с симптомами недостатка фосфора. Если снижение рН раствора не помогло восстановить количество молибдена, необходимо приготовить новый раствор и заменить им раствор в мате. Усвоение молибдена ухудшается также из-за повышенного содержания сульфатов, марганца и меди в вытяжке из субстрата.

Внекорневые подкормки проводят раствором молибденита аммония 0,05- 0,1%.

В поливной воде концентрация молибдена не должна превышать 0,25 мг/л. В случае его избытка в питательном растворе сокращается поступление меди в растения и возникает дефицит этого элемента.

Бор

Бор улучшает рост корней, принимает участие в развитии пыльцы, формировании завязи, оплодотворении растений и созревании семян, передвижении углеводов, а также в процессах роста молодых частей. Он активирует синтез хлорофилла и уменьшает его распад, повышает иммунитет и способствует лучшему сопротивлению бактериальным и вирусным заболеваниям.

Метаболизм кальция в растении связан с бором, поэтому признаки его недостатка напоминают нехватку кальция. Дефицит бора заметен на молодых листьях и точках роста – могут отмирать верхушки, опадать цветки и завязи, трескаться плоды, молодые листья становятся светло-зелеными скручиваются в трубочку, а жилки приобретают темно-зеленый цвет. Ограниченное количество этого элемента вызывает нарушение синтеза углеводов, а также негативно отражается на формировании репродуктивных органов. Молодые побеги становятся хрупкими, корневая система не развивается, а потом буреет. У растений укорачиваются междоузлия, появляется карликовость.

Оптимальное содержание бора в питательном растворе составляет 0,33 мг/л, а при выращивании томата может достигать 1 мг/л в фазу интенсивного плодоношения, когда потребность в этом элементе возрастает.

При внекорневых подкормках используют 0,05-0,06% раствор борной кислоты, 0,1% раствор Boraks или Borvit.

Причинами затрудненного усвоения бора помимо неоптимальной рН часто бывают повышенные дозы кальциевых удобрений, так как кальций с бором образует нерастворимые соединения. Также мешает поглощению бора избыточное содержание азота, фосфора и калия в питательном растворе или в мате. Низкая влажность субстрата тоже ограничивает поступление бора в растения.

В исходной воде объем бора не должен составлять более 0,3 мг/л. Чтобы препятствовать токсичному воздействию повышенного уровня бора, можно уменьшить его доступность для растений. Для этого нужно поддерживать реакцию среды в более щелочном диапазоне (не ниже 6,0 ед.), а также увеличить дозы кальция в питательном растворе. Порог токсичности бора будет определяться не только его содержанием, но и количеством и соотношением других элементов питания в растворе или в мате.

Токсичность бора видна на старых листьях: они желтеют, потом на них появляются некротические пятна, которые постепенно увеличиваются в размерах, края и кончики листьев начинают засыхать и в последствии опадают. Огурец в рассадном периоде наиболее чувствителен к отравлению бором.

Железо

Железо входит в состав ферментов, от которых зависят процессы фотосинтеза, дыхания и обмена веществ. Этот элемент влияет на фиксацию азота и синтез белка, принимает участие в восстановлении сульфатов и нитритов, а также в создании хлорофилла.

Усвоение железа зависит от его формы: двухвалентное железо является легкодоступным, а его окисленная форма – трехвалентное железо – почти не всасывается. Для поглощения трехвалентного железа растения тратят много энергии: сначала они выделяют ион Н+, чтобы растворить окисленное железо, а затем связывают его своими корневыми выделениями.

Железо, которое изначально уже присутствует в поливной воде, не учитывают при составлении питательного раствора, так как оно находится в недоступной растениям форме. Но его количество в воде не должно превышать 1,0 мг/л, иначе капельницы будут забиваться. Если вода содержит железо, то водоподготовка включает аэрирование и фильтрацию через песчаногравийный фильтр.

В питательный раствор железо добавляют в виде хелата – металлоорганического комплекса, который предотвращает окисление микроэлемента. Хелатирующие агенты различаются по их стабильности в различных диапазонах рН. Наиболее подходящий хелат для гидропонной технологии – Fe-DTPA (11%), он эффективен в диапазоне рН от 1,5 до 7 ед. Хелат EDTA– Fe (13%), более дешевый и менее стабильный, работает при pH до 6,0. Поэтому его лучше использовать при проведении внекорневых подкормок, но обязательно предварительно подкислить воду для его разведения до рН=5,5-6,0.

Более дорогие хелаты (Fe-HEEDTA работает до 9,0 ед. рН и Fe-EDDHA – до 10,0 ед. рН) остаются стабильными в более широком диапазоне рН. Обычно их используют для быстрого устранения дефицита железа в щелочных средах. Внекорневую подкормку проводят раствором с концентрацией 0,1-0,2 г/л, полив под корень – 0,1-0,5 г/л. Также 20-30% Fe-DTPA в питательном растворе можно заменить на FeEDDHA в начале выращивания растений, когда дренаж еще небольшой и в корневой зоне слабо обновляется питательный раствор. Применения FeEDDHA будет эффективно при повышенных температурах и значительной жесткости исходной воды.

Хелаты железа в питательном растворе более длительное время остаются стабильными, если другие микроэлементы также вносятся в виде хелатов. Сульфаты способны выбивать железо из органического комплекса, поэтому дозу вносимого Fe-DTPA придется увеличить в 2 раза. Таким образом, выгоднее использовать хелаты цинка, меди и марганца в форме EDTA, чем сульфаты этих микроэлементов.

В качестве хелатирующего агента в бак Б чаще добавляют ОЭДФ (хелатон). Он не содержит питательных веществ, но хорошо растворяет сульфат калия, препятствует осаждению кальция и железа. При разрушении хелатов железа он перехватывает металл и не дает ему выпасть в осадок. ОЭДФ работает в диапазоне рН от 2,0 до 7,0 ед. Доза внесения – 400 грамм на 1 куб. м питательного раствора.

Хелаты вносят в бак А, так как в этом баке обычно оптимальная кислотность и отсутствуют сульфаты, разрушающие металлорганические комплексы. рН баков А и Б должен быть около 5,0 ед. – не ниже 3,5 ед. (хелаты разрушаются) и не выше 6,0 ед. (удобрения растворяются не полностью, может образовываться осадок). рН в баках А и Б проверяют только лакмусовой бумагой, так как рН-метр очень чувствителен и легко ломается в агрессивных средах. Убедившись, что уровень рН оптимален, хелаты добавляют в бак А в последнюю очередь.

Хелаты должны быть защищены от воздействия высокой температуры (более 40 о С) и УФ-излучения (яркое солнце), иначе они разрушатся. Поэтому для питательных растворов используют непрозрачные баки с закрывающимися крышками. Это позволяет хранить раствор несколько недель без потери качества.

Признаки дефицита железа чаще всего обнаруживаются в начальный период выращивания, когда идет слабое поглощение питательных веществ, что усугубляется в пасмурную погоду. При недостаточном освещении возможно их проявление и в период интенсивного роста и плодоношения. Нехватка железа становится заметна из-за неоптимального уровня рН, повышенной влажности субстрата, накопления солей (особенно высокого содержания азота, кальция, магния, калия, фосфора, марганца, молибдена, цинка, меди, никеля, кобальта и хрома).

При повышенной концентрации цинка необходимо увеличить дозу железа до 2-2,5 мг/л. Правильное соотношение железа и марганца в среднем составляет 2-5:1.

При недостатке железа на молодых листьях появляется хлороз: на первых стадиях жилки остаются зелеными, лист покрывается тонкой зеленой сеткой, затем жилки желтеют, лист белеет. Некроз проявляется только на заключительном этапе. При дефиците железа рост замедляется, междоузлия укорачиваются, стебли истончаются, корни укорачиваются и буреют. Цветки приобретают странную форму, иногда опадают, а плоды становятся мелкими, урожай снижается. При длительной нехватке железа растения погибают.

При выращивании томатов, огурцов и перцев на минеральной вате уровень железа в питательном растворе составляет 0,8-1,0 мг/л. Розы требуют повышенного содержания железа (1,5 мг/л).

Избыток железа может оказывать токсичный эффект – повреждаются липиды, белки и ДНК. Обычно это происходит при слишком низкой кислотности. При чересчур высокой влажности субстрата недостаток кислорода способствует преобразованию Fe2+ в Fe3+. В результате количество железа достигает токсичного уровня и отравляет корневую систему. Излишек железа иногда проявляется как дефицит фосфора или марганца, так как ухудшает их усвоение. При чрезмерном поступлении железа листья приобретают темно-зеленый оттенок.

При малообъемном методе выращивания нужно постоянно контролировать рН питательного раствора и мата, агрохимический состав вытяжки из субстрата, следить за количеством дренажа и его рН. В результате растения формируют здоровую и мощную корневую систему, которая помогает получать все необходимые макро– и микроэлементы. Все это дает прибавку урожая до 50% по сравнению с традиционной технологией выращивания на почве.