Минеральное питание :механизмы инфицирования растений

Механизмы инфицирования растений, связанные с минеральным питанием

Для максимального сохранения потенциала продуктивности растений необходимо в течение всего вегетационного периода контролировать рост и развитие растений, а также подверженность заболеваниям и вредителям.

Для того, чтобы оценить взаимосвязь элементов питания и здоровья растений, необходимо понять как патогены атакуют и размножаются в растении.

Цикл всех болезней состоит из 3-4 частей, как показано на рисунке. При наличии всех условий происходит инфицирование и распространение болезни. Если любая часть отсутствует, болезнь можно предотвратить или снизить ущерб от нее. Некоторые патогены, такие как вирусы, нуждаются в переносчиках для попадания на само растение.

Переносчиками могут быть насекомые или грибы. Если активность переносчика прерывается, болезни можно контролировать без прямого влияния на патоген. Элементы питания и другие минеральные элементы могут влиять на все аспекты развития болезней. Также минеральные элементы влияют на окружающую среду. Например, кальций влияет на структуру почвы и доступность других элементов питания, связанную с обменными реакциями почвенного комплекса и реакцией почвенного раствора. Питательные элементы влияют на способность растения противостоять погодным условиям.

Грибные болезни

Грибная инфекция возникает в том случае, когда на поверхности растения прорастают споры. По мере прорастания гриб проникает в поверхностный (эпидермальный) слой клеток либо путем проникновения между клеток, либо сквозь них. Физическая резистентность растения – это крепость и целостность клеточных стенок и межклеточного пространства – все это первая линия обороны растения. Питание играет главную роль в способности растения развивать крепкие стенки клеток и другие ткани (Si, K, Ca). Прорастание спор стимулируется веществами, выделяемыми растением. На количество и состав этих выделений влияет питание растения. При получении растением определенных элементов питания в малом количестве - в выделениях будет содержаться много сахаров и аминокислот, которые способствуют развитию патогенных грибов.

Как только грибы инфицируют растение, внутри растительного организма запускается процесс естественной защиты. Инфицирование увеличивает производство ингибиторов гриба – фенольных составляющих и флавоно-

идов как в месте инфицирования, так и в других частях растения. Производство и транспортировка данных веществ в основном контролируется питанием растений. Поэтому дефицит ключевых элементов питания (K, Si, Mn, Cu, Zn и В) снижает количество естественных антигрибных компонентов в растении в том месте, где находится инфекция. И наоборот, было отмечено, что при очень большом количестве азота или же когда существует дисбаланс азота и других элементов питания производство антигрибных веществ в растении снижается. Как только грибы и бактерии проникают в ткани растения, они выделяют определенные ферменты, которые растворяют ткани растений. Активность этих ферментов подавляется ионами кальция (Са2+). Как только патоген выделяет эти ферменты, которые растворяют ткани растений, из растения начинает уходить калий (К+). Потеря калия снижает способность растения противостоять болезни по причинам, упомянутым выше.

Многие патогены проникают в растения через открытые порезы (град, вредители), следовательно, быстрое лечение таких ран снижает развитие инфекции. Земляника, получавшая большие дозы калийного удобрения, менее чувствительна к заболеванию Botrytis cinerea. Это произошло из-за быстрого залечивания ран и накопления вокруг ран большого количества веществ, токсичных для патогенных грибов.

Еще одной ответной реакцией растений на инфекцию является формирование радикалов кислорода (О2- и ОН-) и пероксида водорода (Н2О2). Эти элементы могут быть разрушительными как для клеток самого растения, так и для патогена. Это очень похоже на использование химиотерапии для лечения рака у человека. Такое лечение также вредит самому пациенту. Считается, что в некоторых случаях может произойти перепроизводство таких элементов. В таком случае некоторые элементы питания (Cu, Zn, Mn) действуют как детоксификаторы радикалов кислорода и пероксида водорода, что ограничивает ущерб растению.

Бактериальные болезни

Бактериальные болезни можно разделить на 3 основных типа: крапчатость листьев, мягкая гниль и васкулярные болезни.

Патогены, вызывающие крапчатость листьев, обычно проникают в листья через устьица и распространяются в межклеточном пространстве. Так как бактерии проникают не через поверхность листа, структура и сила эпидермального слоя особого значения не имеет. Резистентность растения к бактериальному распространению внутри листа тесно связана со структурой и силой внутренних клеток и межклеточного пространства, а также со способностью растения к производству и транспортировке антибактериальных веществ. Такой защитный механизм тесно связан с определенными элементами питания – Са, В, К.

Распространение бактерий в растении сопровождается производством энзимов бактериями, которые расщепляют пектин (первичный структурный компонент клеточных стенок). Производство и активность этих энзимов подавляется некоторыми элементами питания. Растения, имеющие недостаток этих элементов питания, необходимых для построения прочных стенок клеток и других структурных тканей, испытают больший ущерб от таких патогенов.

Бактериальные васкулярные болезни распространяются по ксилеме (каналам, по которым транспортируются вода и элементы питания от корней в листья). Присутствие бактерий в ксилеме ведет к формированию «слизи» внутри каналов, что ведет к блокировке каналов и отмиранию листьев и стеблей. Определенные элементы питания (К и Р в виде фосфита калия) играют важную роль в блокировке или снижении активности бактерий по формированию этой слизи.

Вирусные болезни

Существует мало информации по влиянию минерального питания на вирусные болезни. Вирусы живут и размножаются внутри клеток растений, и их питание ограничивается аминокислотами и нуклеотидами, которые расположены внутри клеток. Обычно питательные условия, благоприятные для хорошего роста растения, также благоприятны для размножения вирусов. В некоторых ситуациях симптомы вирусных болезней могут быть уменьшены или подавлены улучшением питания растений. Однако, это не значит, что вирус исчезнет, но снизится его вредоносность.

Основными переносчиками вирусов являются сосущие насекомые, такие как тля и грибы. Питание растений может повлиять как на грибы, так и на некоторых насекомых и, тем самым, на переносимые ими вирусы. Было обнаружено, что питательный статус растения может повлиять на количество тли на нем. Например, в 1965 году было обнаружено, что тля любит заселяться на желтых листьях, испытывающих хлороз из-за дефицита питания. Интенсивность питания и репродукции сосущих насекомых выше на растениях, у которых выше содержание свободных аминокислот из-за низкой активности синтеза белка. Эти условия типичны для растений, испытывающих определенный стресс из-за нарушения минерального питания. Внесение таких элементов, как кремний и калий, физически и химически подавляет способность к питанию сосущих вредителей.

Как сахар в растении отпугивает насекомых?

Единственное насекомое, которое переносит высокое содержание сахара в растении (выше 10% или единиц Брикс) – это кузнечик. Другие насекомые не могут выделять газ, который образуется при переваривании сахаров и при потреблении большого количества сахара, такие насекомые умирают. Естественной защитой от смерти у таких насекомых служит возможность чувствовать растения с высоким содержанием сахара и инстинктивно избегать их. В таком случае насекомые атакуют более слабые растения с меньшим количеством сахара, которые они могут переварить. Если при помощи минеральных веществ повышается количество сахаров в растениях до 10 единиц Брикс или выше – растения будут в безопасности от большинства насекомых.

Сбалансированное минеральное питание на протяжении всего вегетационного периода – существенный фактор повышения резистентности растений к заболеваниям и вредителям и снижения пестицидной нагрузки на растения для получения экологически чистых плодов.

Стресс и болезни. Сбалансированное питание – профилактика заболеваний

Причины развития и распространения.

Минеральные элементы влияют на урожайность растений не только улучшая параметры роста и формирования элементов структуры урожая, но также за счет повышения иммунного статуса растений, сопротивляемости к патогенам (экологизированная защита растений).

Растения с оптимальным статусом питательных элементов имеют самую высокую степень резистентности. При отклонении концентрации элементов питания от этого оптимума повышается чувствительность растений к болезням, а также неблагоприятным условиям.

Стрессовые факторы:

- Снижение тургора клеток и тканей в результате действия засухи и высоких температур

- Нарушение покрова тканей в результате механических повреждений или поражения вредителями

- Ослабление иммунитета растений в период адаптации метаболизма к неблагоприятным условиям

- Нарушение гормонального баланса (увеличение концентрации этилена и снижение ауксина).

Дисбаланс элементов питания:

- Избыток азота и дефицит калия, кальция приводят к формированию тонких клеточных стенок, через которые легко проникают патогены

- Избыток азота снижает рН клеточного сока, делая его привлекательным для питания патогенов

- Дефицит калия снижает тургор клеток и тканей

- Избыток свободной влаги в клетке, возникающий при дефиците К, Мо, Zn, Сu и др. и избытке N, улучшает условия развития патогенов

- Дефицит Zn, Mn, Cu, Fe и др. нарушает выработку защитных компонентов растения – фитоалексинов, флавоноидов, кумаринов и др.

Сбалансированное питание – профилактика заболеваний.

1.Превентивные меры – до достижения экономического прогноза вредоносности (ЭПВ) заболеваний: баланс элементов питания

- Применение основных удобрений по результатам анализа почвы (N, P, K, Ca)

- Проведение корректирующих листовых подкормок в критические фазы развития по результатам функциональной диагностики растений

- Включение в систему питания удобрений, способствующих повышению иммунного статуса растений при неблагоприятных метеопрогнозах – Келик К-Si, Атланте, Атланте Плюс, Нутривант Плюс и др. (увеличение прочности кутикулы листьев, повышение рН клеточного сока, увеличение доли связанной (коллоидной) влаги, восстановление гормонального баланса).

2. При достижении ЭПВ заболеваний: фунгициды + удобрения

- Снижение численности патогенов

- Восстановление нарушенных физиологических процессов растений

- Повышение резистентности к стресс-факторам и патогенам.

Стресс и вредители. Особенности корректирующего минерального питания для снижения риска заселения вредителями

Вредители, кроме прямого снижения урожайности из-за повреждения тканей и органов растений, служат переносчиками многих вирусных и грибных инфекций, ослабляют иммунитет и создают условия для развития заболеваний.

Причины заселения.

1. Стрессовые факторы:

- Снижение тургора клеток и тканей в результате действия засухи и высоких температур

- Нарушение покрова тканей в результате механических повреждений или поражения заболеваниями

- Ослабление иммунитета растений в период адаптации метаболизма к неблагоприятным условиям

- Нарушение гормонального баланса (увеличение концентрации этилена и снижение ауксина).

2. Дисбаланс элементов питания:

- Избыток азота и дефицит калия, кальция приводят к формированию тонких клеточных стенок, которые легко повреждаются вредителями

- Избыток азота снижает рН клеточного сока, делая его привлекательным для питания сосущими вредителями

- Дефицит калия снижает содержание сухого вещества в клетках, понижает тургор клеток и тканей

- Избыток свободной влаги в клетке, возникающий при дефиците К, Мо, Zn, Сu и др. и избытке N, улучшает условия питания вредителей.

Снижение рисков ущерба от насекомых:

1.Превентивные меры – до достижения экономического прогноза вредоносности (ЭПВ) заболеваний: баланс элементов питания

- Применение основных удобрений по результатам анализа почвы.

- Проведение корректирующих листовых подкормок в критические фазы развития по результатам функциональной диагностики растений.

- Включение в систему питания удобрений, способствующих повышению иммунного статуса растений при неблагоприятных метеопрогнозах – Келик К-Si, Атланте, Атланте Плюс и др. (увеличение прочности кутикулы листьев, повышение рН клеточного сока и содержания сухого вещества, увеличение доли связанной (коллоидной) влаги, восстановление гормонального баланса).

2. При достижении ЭПВ вредителей: инсектициды + удобрения

- Снижение численности вредителей

- Восстановление нарушенных физиологических процессов растений

- Повышение резистентности к стресс-факторам и патогенам.

*Превентивное применение сбалансированного питания снижает пестицидную нагрузку, на поздних этапах созревания плодов – предпочтительно применять иммуноиндуцирующие удобрения (Атланте, Атланте Плюс), которые не имеют срока ожидания.

Методика определения стресса. Функциональная диагностика

Стресс - общая неспецифическая адаптационная реакция организма на действие любых неблагоприятных факторов. Внутреннее проявление стресса сопровождается замедлением метаболических процессов, изменениями в обмене веществ организма, затратам энергии на преодоление негативных факторов внешней среды в ущерб формированию урожая.

Каждый раз, когда растение подвергается стрессу на протяжении вегетации, особенно в критические фазы развития, снижается его продуктивность на 10-15%, а в отдельных случаях на 30-40%.

После воздействия стрессовых факторов – часто возникают трудности с определением причины визуальных симптомов. Даже опыт не всегда поможет определить причину нарушения развития растений и способ ее коррекции.

Визуальные симптомы стресса проявляются, когда внутренние нарушения уже произошли и свидетельствуют о глубокой потере генетической экспрессии. Если растения испытывают стрессовое состояние, они не способны принимать элементы питания, перерабатывать и восстанавливать организм, чем и объясняется нестабильная по годам отдача от применения удобрений.

При стрессе задолго до проявления визуальных признаков внутри растения происходят следующие изменения:

1.Дисбаланс элементов минерального питания

2.Уменьшение интенсивности фотосинтеза

3.Гидролиз белка в аммоний, разрушение хлоропластов и митохондрий

4.Увеличение концентрации аммония до токсического уровня и выработка этилена (гормон старения)

5.Снижение иммунитета к заболеваниям и вредителям.

На каждом из этих этапов снижается фотохимическая активность хлоропластов и проявляется так называемый «скрытый голод». Из-за скрытого нарушения обменных процессов тормозится ответная реакция растений на внесение удобрений, снижается результат защитных мероприятий. Эффективность всех агроприемов зависит от сбалансированного минерального питания и активности физиологических процессов.

Если своевременно выявлять «скрытый голод» растений (до проявления визуальных симптомов стресса) и помогать растению его преодолевать, можно получить максимальный потенциал продуктивности культуры.

В этом случае незаменимыми являются экспресс-методы определения уровня рН, электропроводности почвенного раствора, а также метод функциональной диагностики растений.

Метод функциональной диагностики растений способен выявить стрессовое состояние растений задолго до проявления визуальных симптомов стресса. Он основан на измерении фотохимической активности хлоропластов, которые первыми реагируют на изменение условий окружающей среды. Позволяет:

-Оперативно (в течение 1 часа) определить физилогическое состояние растений, выявить дисбаланс макро- и микроэлементов, установить возможные потери продуктивности.

-Своевременно (в день проведения анализа) предотвратить потери с помощью применения антистрессовых препаратов, которые подбираются в зависимости от степени стресса.

-Подобрать удобрения для листовой подкормки, максимально отвечающие потребностям растений в конкретных почвенно-климатических условиях при нормальном уровне физиологических процессов.

Подбор удобрений на основании функциональной диагностики растений учитывает состояние физиолого-биохимических процессов растений и позволяет управлять процессами, которых мы не видим, основываясь на знании физиологии растений. Выявление скрытых последствий неблагоприятных условий, выведение растений из стресса с одновременным корректным дозированным кормлением позволяет поддерживать баланс элементов питания от всходов до созревания, сохраняя урожай и качество продукции.

Регулярная диагностика - это «язык растений», который необходим для понимания внутренних проблем растений и своевременного принятия решений по их преодолению.

На землянике рекомендуется проведение функциональной диагностики растений в фазы:

- роста вегетативной массы

- бутонизации

- формирования ягод.

Анализ листьев растений должен сопровождаться контролем минерализации почвы и поливной воды (рН-метр, Соmbo и др.).

Организация сбалансированного минерального питания - это управление стрессом растений

Основное удобрение (аммонийные, фосфорные, калийные) под землянику необходимо вносить под основную обработку почвы (осенью) или под предпосевную культивацию (весной) для предотвращения потерь из-за разложения на воздухе.

Внесение полной дозы удобрений при посадке создает повышенную концентрацию солей в корневой зоне и обжигает корневые волоски, тормозит рост корневой сисетмы и поглощения элементов питания из почвы.

Разнообразные стресс-факторы, влияющие в течение вегетационного периода на физиологические процессы растений, значительно снижают эффективность применения даже очень точно рассчитанных, с учетом всех характеристик почвы и сортовых особенностей растений, доз основных удобрений.

Причины:

- Нарушение гормонального баланса.

Последствия:

- Слабое развитие корневой системы

- Потеря поглотительной способности корней

- Нарушение физиологических процессов в тканях листьев

- Снижение транспортных функций флоэмы и ксилемы

- Перераспределение ассимилятов, выживание путем уменьшения урожая.

Для повышения эффективности применения основных удобрений в изменяющихся почвенно-климатических условиях, создающих стрессовую ситуацию для растений и снижающих усвоение элементов питания, существуют специальные агроприемы, корректирующие минеральное питание на каждой стадии развития:

1. Корневая подкормка/ Фертигация.

2. Листовая подкормка

ФЕРТИГАЦИЯ – 100% использование удобрений

Фертигация – это способ удобрения растений посредством подачи растворенных минеральных веществ совместно с поливной водой.

Эта технология была разработана в конце 1960-х годов и получила широкое распространение среди сельскохозяйственных производителей во всем мире.

Внедрение фертигации стало естественным и эффективным шагом в развитии сельскохозяйственных технологий, а разработанная техника и методы применения удобрений для питания растений, позволили успешно внедрять эту систему на орошаемых площадях, используя существующее оросительное оборудование.

Потребность в фертигации возникла потому, что традиционные методы внесения основных удобрений обладают только частичной эффективностью (коэффициент усвоения азота – 10-40%, фосфора – 5-15%, калия – 15-25%). Применение высоких доз удобрений за одно внесение часто является причиной ожогов корней, нанося непоправимый ущерб корневой системе растений.

С другой стороны, если гранулы удобрений находятся в почве на значительном расстоянии от корней, эффективность их может быть очень слабой.

Главным недостатком традиционного внесения удобрений является неравномерное распределение удобрений в почвенном слое. Если удобрение не достигает кончиков корней и корневых волосков – оно не усваивается растением.

Подача удобрений с поливной водой позволяет более равномерно распределять элементы питания во всем увлажняемом слое.

Капельно-увлажненный слой поч-вы расположен в зоне основной массы корней, имеет горизонтальный и вертикальный размеры, в зависимости от типа почв и дозы полива.

Фертигация позволяет поддерживать в почве необходимый уровень концентрации элементов питания на почвах с низкой поглотительной способностью, бедных питательными веществами, снизить влияние неблагоприятных условий среды (дефицит влаги, высокие температуры). Фертигация экономит затраты труда и энергии на внесение удобрений в сравнении с традиционными методами. В отличие от обычной ирригации с использованием больших доз оросительной воды, позволяет не только эффективно использовать удобрения, но и предотвращать загрязнение грунтовых вод, не создает условия для вторичного засоления при смыкании поливных и грунтовых вод.

Фертигация позволяет контролировать минеральное питание растений на каждом этапе роста и развития растений:

•Регулировать дозы применения удобрений в зависимости от физиологической потребности растений на разных этапах роста

•Регулировать состав удобрений в зависимости от цели и задач применения

•Уменьшить недостатки различных типов почв (слабое закрепление веществ на легких почвах с низкой поглотительной способностью, образование труднорастворимых соединений при неоптимальном уровне рН и др.)

•Снизить риск загрязнения грунтовых вод и возникновения вторичного засоления

Является незаменимым агроприемом – для технологий с применением мульчи и искусственных субстратов.

Виды фертигации:

•Открытый грунт без мульчи

•Открытый грунт пластик-мульча

•Закрытый грунт

•Искусственные субстраты

Листовые подкормки

«Корни – это листья, расположенные в почве, листья – это корни, расположенные в воздухе»

Достаточное количество элементов питания в почве не гарантирует высокую урожайность. Различные биотические и абиотические стрессы влияют на доступность элементов питания и усвояющую способность корневой системы растений.

Калий и нитратная форма азота могут быть легко вымыты из поч-вы, фосфор химически связывается кальцием и магнием, образуя труднорастворимые соединения и др. При пониженных температурах замедляется потребление элементов питания: фосфора - при 10-11°С, нитратного азота – при 5-6°С, калия – при 7-8°С.

Для эффективного усвоения элементов питания из почвы необходима высокая физиологическая активность растения. Фотосинтез и дыхание обеспечивают растение энергией для осуществления всех физиологических процессов потребления элементов питания из почвы, их переработки в органические соединения, поддержания высокой жизнеспособности растений в течение вегетационного периода и формирования урожая. Неблагоприятные условия произрастания (высокие или низкие температуры, суховеи, избыточные осадки и др.) нарушают гормональный баланс растений, снижают интенсивность физиологических процессов и потребление элементов питания из почвы.

Поэтому для достижения высокой эффективности применения удобрений необходим постоянный контроль как за состоянием почвы при помощи современных портативных приборов (Combo, PNT-3000 и др.), так и за состоянием растений при помощи функциональной диагностики растений и своевременная коррекция листовыми подкормками.

Листовая подкормка – это агроприем, применяемый для быстрой коррекции дисбаланса элементов питания и увеличения потребления элементов питания корневой системой.

Доказано, что применение листовой подкормки повышает потребление элементов питания из почвы на 15-20%, а в некоторых случаях – на 30% (доктор Тюкей).

Изменив концентрацию элементов в тканях с помощью листовой подкормки, растительный организм, стремясь к равновесию биологической системы, усиливает потребление элементов питания корневой системой. Это называется «эффект насоса».

Листовая подкормка - самый короткий путь для коррекции минерального питания. Она позволяет не только сохранить листовой аппарат, но и способствовать развитию новых жизнеспособных корней. По эффективности этот путь доставки питания в 5-20 раз (по некоторым элементам – до 100 раз) короче традиционного питания – через корень.

При возникновении стрессовой ситуации, когда корневая система не способна воспринимать питание – только листовой подкормкой можно восстановить физиологические функции растения и нормализовать обмен веществ с минимальными потерями урожайности.

Листовая подкормка удобрениями также влияет на гормональный баланс, который меняет направленность передвижения питательных веществ и физиологические процессы в нужном направлении. Это - уникальная возможность влиять на рост и развитие растений в течение всего вегетационного цикла, создавая благоприятные условия для развития каждого элемента структуры урожайности земляники.

Факторы, влияющие на эффективность листовой подкормки:

- строение эпидермиса

Восковидный налет, опушение затрудняют проникновение элементов питания в метаболическую систему растения. Включение удобрений Аминокат, Райкат, Разормин в состав подкормки увеличивает эффективность подкормки.

- способность элементов к проникновению через листья

Фосфор – самый трудный элемент для проникновения через листья. Поэтому включение в состав удобрений Фертиванта (Нутривант Плюс), или включение фосфита-К2РО3 (Атланте, Атланте Плюс) – повышает эффективность коррекции фосфорного питания.

- форма элементов

Водорастворимые минеральные соли уступают по эффективности хелатным формам элементов питания, низкомолекулярные аминокислоты проникают в клетки намного быстрее крупных гуминовых молекул.

- скорость биохимических процессов в клетках

Если растение находится в стрессе и активность хлоропластов очень низкая, элементы очень медленно усваиваются и включаются в обменные процессы.

При высокой активности хлоропластов – эффективность подкормки увеличивается в несколько раз.

- качество воды для приготовления раствора (жесткость, рН)

Повышенная жесткость воды влияет на поверхностное натяжение жидкости, а также эмульгирование и дисперсию, может вызвать выпадение в осадок некоторых химических элементов и пестицидов. Реакция (рН) раствора влияет на стойкость соединений химических элементов и СЗР, доступность микроэлементов для питания растений. Для повышения буфферности раствора применяются такие удобрения, как Аминокат, Разормин, Нутривант Плюс. Для подкисления сильнощелочной воды – Пекацид, Нутривант Дрип.

- равномерность внесения, распыл рабочего раствора.

Объем рабочей жидкости, тип опрыскивателя влияют на достижение элементов питания поверхности листьев.