Мінеральне живлення :механізми інфікування рослин
Механізми інфікування рослин, пов'язані з мінеральним живленням
Для того, щоб оцінити взаємозв'язок елементів живлення та здоров'я рослин, необхідно зрозуміти як патогени атакують і розмножуються в рослині.
Цикл всіх хвороб складається з 3-4 частин, як показано на рисунку. При наявності всіх умов відбувається інфікування та поширення хвороби. Якщо будь-яка частина відсутня, хворобу можна запобігти або знизити збитки від неї. Деякі патогени, такі як віруси, потребують переносчиках для потрапляння на саму рослину.
Переносниками можуть бути комахи або гриби. Якщо активність переносника переривається, хвороби можна контролювати без прямого впливу на патоген. Елементи живлення та інші мінеральні елементи можуть впливати на всі аспекти розвитку хвороб. Також мінеральні елементи впливають на навколишнє середовище. Наприклад, кальцій впливає на структуру грунту і доступність інших елементів живлення, пов'язану з обмінними реакціями ґрунтового комплексу і реакцією ґрунтового розчину. Поживні елементи впливають на здатність рослини протистояти погодних умов.
Грибні хвороби
Грибна інфекція виникає в тому випадку, коли на поверхні рослини проростають спори. По мірі проростання гриб проникає в поверхневий (епідермальний) шар клітин або шляхом проникнення між клітин, або крізь них. Фізична резистентність рослини – це міцність і цілісність клітинних стінок і міжклітинного простору – усе це перша лінія оборони рослини. Харчування відіграє головну роль в здатності рослини розвивати міцні стінки клітин і інші тканини (Si, K, Ca). Проростання спор стимулюється речовинами, які виділяються рослиною. На кількість і склад цих виділень впливає харчування рослини. При отриманні рослиною певних елементів живлення в малій кількості - у виділеннях буде міститися багато цукрів і амінокислот, які сприяють розвитку патогенних грибів.
Як тільки гриби інфікують рослина, всередині рослинного організму запускається процес природного захисту. Інфікування збільшує виробництво інгібіторів гриба – фенольних складових і флавоно-
ідов як у місці інфікування, так і в інших частинах рослини. Виробництво і транспортування даних речовин в основному контролюється живленням рослин. Тому дефіцит ключових елементів живлення (K, Si, Mn, Cu, Zn і В) знижує кількість природних антигрибных компонентів в рослині в тому місці, де знаходиться інфекція. І навпаки, було відзначено, що при дуже великій кількості азоту або ж коли існує дисбаланс азоту та інших елементів живлення виробництво антигрибных речовин у рослині знижується. Як тільки гриби і бактерії проникають в тканини рослини, вони виділяють певні ферменти, які розчиняють тканини рослин. Активність цих ферментів пригнічується іонами кальцію (Са2+). Як тільки патоген виділяє ці ферменти, які розчиняють тканини рослин, рослини починає йти калій (К+). Втрата калію знижує здатність рослини протистояти хворобі з причин, згаданих вище.
Багато патогени проникають у рослини через відкриті порізи (град, шкідники), отже, швидке лікування таких ран знижує розвиток інфекції. Суниця, одержувала великі дози калійного добрива, менш чутлива до захворювання Botrytis cinerea. Це сталося із-за швидкого заліковування ран і накопичення навколо ран великої кількості речовин, токсичних для патогенних грибів.
Ще однією реакцією рослин на інфекцію є формування радикалів кисню (О2 - і ВІН-) і пероксиду водню (Н2О2). Ці елементи можуть бути руйнівними як для клітин самої рослини, так і для патогена. Це дуже схоже на використання хіміотерапії для лікування раку у людини. Таке лікування також шкодить самому пацієнту. Вважається, що в деяких випадках може відбутися перевиробництво таких елементів. У такому разі деякі елементи живлення (Cu, Zn, Mn) діють як детоксификаторы радикалів кисню та пероксиду водню, що обмежує шкоди рослині.
Бактеріальні хвороби
Бактеріальні хвороби можна розділити на 3 основних типи: мот листя, м'яка гниль і васкулярні хвороби.
Патогени, що викликають мот листя, зазвичай проникають в листя через продихи і поширюються в міжклітинному просторі. Так як бактерії проникають через поверхню листа, структура і сила епідермального шару особливого значення не має. Резистентність рослини до бактеріального поширенню всередині листа тісно пов'язана зі структурою і силою внутрішніх клітин і міжклітинного простору, а також зі здатністю рослини до виробництва та транспортування антибактеріальних речовин. Такий захисний механізм тісно пов'язаний з певними елементами живлення – Са, У, К.
Поширення бактерій у рослині супроводжується виробництвом ензимів бактеріями, які розщеплюють пектин (первинний структурний компонент клітинних стінок). Виробництво і активність цих ензимів пригнічується деякими елементами живлення. Рослини, що мають недолік цих елементів живлення, необхідних для побудови міцних стінок клітин та інших структурних тканин, зазнають більшої шкоди від таких патогенів.
Бактеріальні васкулярні хвороби поширюються по ксилемі (каналах, по яких транспортуються вода і елементи живлення від коренів до листя). Присутність бактерій в ксилемі веде до формування «слизу» усередині каналів, що веде до блокування каналів і відмирання листя і стебел. Певні елементи живлення (До і Р у вигляді фосфита калію) відіграють важливу роль у блокуванні або зниження активності бактерій по формуванню цієї слизу.
Вірусні хвороби
Існує мало інформації за впливом мінерального живлення на вірусні хвороби. Віруси живуть і розмножуються всередині клітин рослин, та їх харчування обмежується амінокислотами та нуклеотидами, які розташовані всередині клітин. Зазвичай поживні умови, сприятливі для гарного росту рослини, також сприятливі для розмноження вірусів. У деяких ситуаціях симптоми вірусних хвороб можуть бути зменшені або пригнічені поліпшенням живлення рослин. Однак, це не означає, що вірус зникне, але знизиться його шкідливість.
Основними переносниками вірусів є сисні комахи, такі як тля і гриби. Живлення рослин може вплинути як на гриби, так і на деяких комах і, тим самим, на переносяться ними віруси. Було виявлено, що живильний статус рослини може вплинути на кількість попелиці на ньому. Наприклад, у 1965 році було виявлено, що тля любить заселятися на жовтих листках, що зазнають хлороз з-за дефіциту харчування. Інтенсивність живлення і репродукції сисних комах вище на рослинах, у яких вищий вміст вільних амінокислот з-за низької активності синтезу білка. Ці умови типові для рослин, що зазнають певний стрес із-за порушення мінерального живлення. Внесення таких елементів, як кремній, калій, фізично і хімічно пригнічує здатність до живлення сисних шкідників.
Як цукор в рослині відлякує комах?
Єдина комаха, яка переносить високий вміст цукру в рослині (вище 10% або одиниць Брікс) – це коник. Інші комахи не можуть виділяти газ, який утворюється при перетравленні цукрів і при споживанні великої кількості цукру, такі комахи вмирають. Природним захистом від смерті у таких комах служить можливість відчувати рослини з високим вмістом цукру і інстинктивно уникати їх. У такому разі комахи атакують більш слабкі рослини з меншою кількістю цукру, які вони можуть перетравити. Якщо за допомогою мінеральних речовин підвищується кількість цукрів у рослинах до 10 одиниць Брікс або вище – рослини будуть у безпеці від більшості комах.
Збалансоване мінеральне живлення протягом всього вегетаційного періоду – суттєвий фактор підвищення резистентності рослин до захворювань і шкідників та зниження пестицидного навантаження на рослини для отримання екологічно чистих плодів.
Стрес і хвороби. Збалансоване харчування – профілактика захворювань
Причини розвитку та поширення.
Рослини з оптимальним статусом поживних елементів мають найвищу ступінь резистентності. При відхиленні концентрації елементів живлення від цього оптимуму підвищується чутливість рослин до хвороб, а також несприятливих умов.
Стресові фактори:
- Зниження тургору клітин і тканин в результаті дії посухи та високих температур
- Порушення покриву тканин в результаті механічних пошкоджень або ураження шкідниками
- Ослаблення імунітету рослин в період адаптації метаболізму до несприятливих умов
- Порушення гормонального балансу (збільшення концентрації етилену і зниження ауксину).
Дисбаланс елементів живлення:
- Надлишок азоту і дефіцит калію, кальцію призводять до формування тонких клітинних стінок, через які легко проникають патогени
- Надлишок азоту знижує рН клітинного соку, роблячи його привабливим для живлення патогенів
- Дефіцит калію знижує тургор клітин і тканин
- Надлишок вільної вологи в клітці, що виникає при дефіциті, Мо, Zn, Си і ін надлишку N, покращує умови розвитку патогенів
- Дефіцит Zn, Mn, Cu, Fe та ін порушує вироблення захисних компонентів рослини – фітоалексинів, флавоноїдів, кумаринів та ін.
Збалансоване харчування – профілактика захворювань.
1.Превентивні заходи – до досягнення економічного прогнозу шкодочинності (ЕПШ) захворювань: баланс елементів живлення
- Застосування основних добрив за результатами аналізу ґрунту (N, P, K, Ca)
- Проведення коригувальних позакореневих підживлень в критичні фази розвитку за результатами функціональної діагностики рослин
- Включення в систему живлення добрив, що сприяють підвищенню імунного статусу рослин при несприятливих метеопрогнозах – Келик До-Si, Атланті, Атланті Плюс, Нутрівант Плюс та ін. (збільшення міцності кутикули листя, підвищення рН клітинного соку, збільшення частки зв'язаної (колоїдної) вологи, відновлення гормонального балансу).
2. При досягненні ЕПШ захворювань: фунгіциди + добрива
- Зниження чисельності патогенів
- Відновлення порушених фізіологічних процесів рослин
- Підвищення резистентності до стрес-факторів і патогенів.
Стрес і шкідники. Особливості коригувального мінерального живлення для зниження ризику заселення шкідниками
Шкідники, крім прямого зниження врожайності через пошкодження тканин і органів рослин, служать переносниками багатьох вірусних і грибних інфекцій, послаблюють імунітет і створюють умови для розвитку захворювань.
Причини заселення.
1. Стресові фактори:
- Зниження тургору клітин і тканин в результаті дії посухи та високих температур
- Порушення покриву тканин в результаті механічних пошкоджень або ураження захворюваннями
- Ослаблення імунітету рослин в період адаптації метаболізму до несприятливих умов
- Порушення гормонального балансу (збільшення концентрації етилену і зниження ауксину).
2. Дисбаланс елементів живлення:
- Надлишок азоту і дефіцит калію, кальцію призводять до формування тонких клітинних стінок, які легко пошкоджуються шкідниками
- Надлишок азоту знижує рН клітинного соку, роблячи його привабливим для живлення сисними шкідниками
- Дефіцит калію знижує вміст сухої речовини в клітинах, знижує тургор клітин і тканин
- Надлишок вільної вологи в клітці, що виникає при дефіциті, Мо, Zn, Си і ін надлишку N, покращує умови живлення шкідників.
Зниження ризиків збитків від комах:
1.Превентивні заходи – до досягнення економічного прогнозу шкодочинності (ЕПШ) захворювань: баланс елементів живлення
- Застосування основних добрив за результатами аналізу грунту.
- Проведення коригувальних позакореневих підживлень в критичні фази розвитку за результатами функціональної діагностики рослин.
- Включення в систему живлення добрив, що сприяють підвищенню імунного статусу рослин при несприятливих метеопрогнозах – Келик До-Si, Атланті, Атланті Плюс та ін. (збільшення міцності кутикули листя, підвищення рН клітинного соку і змісту сухої речовини, збільшення частки зв'язаної (колоїдної) вологи, відновлення гормонального балансу).
2. При досягненні ЕПШ шкідників: інсектициди + добрива
- Зниження чисельності шкідників
- Відновлення порушених фізіологічних процесів рослин
- Підвищення резистентності до стрес-факторів і патогенів.
*Превентивне застосування збалансованого харчування знижує пестицидне навантаження, на пізніх етапах дозрівання плодів – переважно застосовувати иммуноиндуцирующие добрива (Атланті, Атланті Плюс), які не мають терміну очікування.
Методика визначення стресу. Функціональна діагностика
Стрес - загальна неспецифічна адаптаційна реакція організму на дію будь-яких несприятливих факторів. Внутрішнє прояв стресу супроводжується уповільненням метаболічних процесів, змінами в обміні речовин організму, витрат енергії на подолання негативних факторів зовнішнього середовища на шкоду формуванню врожаю.
Кожен раз, коли рослина піддається стресу протягом вегетації, особливо в критичні фази розвитку, знижується його продуктивність на 10-15%, а в окремих випадках 30-40%.
Після дії стресових факторів – часто виникають труднощі з визначенням причини візуальних симптомів. Навіть досвід не завжди допоможе визначити причину порушення розвитку рослин і спосіб її корекції.
Візуальні симптоми стресу проявляються, коли внутрішні порушення уже відбулися і свідчать про глибоку втрати генетичної експресії. Якщо рослини відчувають стресовий стан, вони не здатні приймати елементи живлення, переробляти і відновлювати організм, чим і пояснюється нестабільна по роках віддача від застосування добрив.
При стресі задовго до прояву візуальних ознак всередині рослини відбуваються наступні зміни:
1.Дисбаланс елементів мінерального живлення
2.Зменшення інтенсивності фотосинтезу
3.Гідроліз білка в амоній, руйнування хлоропластів і мітохондрій
4.Збільшення концентрації амонію до токсичного рівня і вироблення етилену (гормон старіння)
5.Зниження імунітету до захворювань і шкідників.
На кожному з цих етапів знижується фотохімічна активність хлоропластів і проявляється так званий «прихований голод». Із-за прихованого порушення обмінних процесів гальмується відповідна реакція рослин на внесення добрив, знижується результат захисних заходів. Ефективність всіх агроприйомів залежить від збалансованого мінерального живлення і активності фізіологічних процесів.
Якщо своєчасно виявляти «прихований голод» рослин (до прояву візуальних симптомів стресу) і допомагати рослині його долати, можна отримати максимальний потенціал продуктивності культури.
У цьому випадку незамінними є експрес-методи визначення рівня рН, електропровідності ґрунтового розчину, а також метод функціональної діагностики рослин.
Метод функціональної діагностики рослин здатний виявити стресовий стан рослин задовго до прояву візуальних симптомів стресу. Він заснований на вимірюванні фотохімічної активності хлоропластів, які першими реагують на зміну умов навколишнього середовища. Дозволяє:
-Оперативно (протягом 1 години) визначити физилогическое стан рослин, виявити дисбаланс макро - та мікроелементів, встановити можливі втрати продуктивності.
-Своєчасно (у день проведення аналізу) запобігти втрати з допомогою застосування антистресових препаратів, які підбираються залежно від ступеня стресу.
-Підібрати добрива для листкового підживлення, що максимально відповідають потребам рослин в конкретних грунтово-кліматичних умовах при нормальному рівні фізіологічних процесів.
Підбір добрив на підставі функціональної діагностики рослин враховує стан фізіолого-біохімічних процесів рослин і дозволяє керувати процесами, яких ми не бачимо, ґрунтуючись на знанні фізіології рослин. Виявлення прихованих наслідків несприятливих умов, виведення рослин із стресу з одночасним коректним дозованим годуванням дозволяє підтримувати баланс елементів живлення від сходів до дозрівання, зберігаючи урожай та якість продукції.
Регулярна діагностика - це «мова рослин», який необхідний для розуміння внутрішніх проблем рослин і своєчасного прийняття рішень щодо їх подолання.
На суниці рекомендується проведення функціональної діагностики рослин до фази:
- зростання вегетативної маси
- бутонізації
- формування ягід.
Аналіз листя рослин повинен супроводжуватися контролем мінералізації грунту та поливної води (рН-метр, Соmbo та ін).
Організація збалансованого мінерального живлення - це управління стресом рослин
Основне добриво (амонійні, фосфорні, калійні) під суницю необхідно вносити під основну обробку грунту (восени) або під передпосівну культивацію (навесні) для запобігання втрат через розкладання на повітрі.
Внесення повної дози добрив при посадці створює підвищену концентрацію солей в кореневій зоні і обпікає кореневі волоски, гальмує ріст кореневої системи і поглинання елементів живлення з грунту.
Різноманітні стрес-фактори, що впливають протягом вегетаційного періоду на фізіологічні процеси рослин, значно знижують ефективність застосування навіть дуже точно розрахованих з урахуванням всіх характеристик грунту та сортових особливостей рослин, доз основних добрив.
Причини:
- Порушення гормонального балансу.
Наслідки:
- Слабкий розвиток кореневої системи
- Втрата поглинальної здатності коренів
- Порушення фізіологічних процесів в тканинах листя
- Зниження транспортних функцій флоеми і ксилеми
- Перерозподіл асимілятів, виживання шляхом зменшення врожаю.
Для підвищення ефективності застосування основних добрив змінюються в грунтово-кліматичних умовах, що створюють стресову ситуацію для рослин і знижують засвоєння елементів живлення, існують спеціальні агроприйоми, коригувальні мінеральне живлення на кожній стадії розвитку:
1. Кореневе підживлення/ Фертигація.
2. Позакореневе підживлення
ФЕРТИГАЦІЯ – 100% використання добрив
Фертигація – це спосіб удобрення рослин допомогою подачі розчинених мінеральних речовин разом з поливною водою.
Ця технологія була розроблена наприкінці 1960-х років і отримала широке поширення серед сільськогосподарських виробників у всьому світі.
Впровадження фертигації стало природним та ефективним кроком у розвитку сільськогосподарських технологій, а розроблена техніка і методи застосування добрив для живлення рослин, дозволили успішно впроваджувати цю систему на зрошуваних площах, використовуючи існуюче зрошувальне обладнання.
Потреба в фертигації виникла тому, що традиційні методи внесення основних добрив мають тільки часткової ефективністю (коефіцієнт засвоєння азоту – 10-40%, фосфору – 5-15%, калію – 15-25%). Застосування високих доз добрив за одне внесення часто є причиною опіків коренів, завдаючи непоправної шкоди кореневій системі рослин.
З іншого боку, якщо гранули добрив знаходяться в грунті на значній відстані від коренів, ефективність їх може бути дуже слабкою.
Головним недоліком традиційного внесення добрив є нерівномірний розподіл добрив у ґрунтовому шарі. Якщо добриво не досягає кінчиків коренів і кореневих волосків – воно не засвоюється рослиною.
Подача добрив з поливною водою дозволяє більш рівномірно розподіляти елементи живлення у всьому увлажняемом шарі.
Краплинно-зволожений шар поч-ви розташований в зоні основної маси коренів, має горизонтальний і вертикальний розміри, в залежності від типу грунтів та дози поливу.
Фертигація дозволяє підтримувати в ґрунті необхідний рівень концентрації елементів живлення на ґрунтах з низькою поглинальною здатністю, бідних поживними речовинами, знизити вплив несприятливих умов середовища (дефіцит вологи, високі температури). Фертигація економить витрати праці й енергії на внесення добрив у порівнянні з традиційними методами. На відміну від звичайної іригації з використанням великих доз зрошувальної води, дозволяє не тільки ефективно використовувати добрива, але і запобігати забрудненню ґрунтових вод, не створює умов для вторинного засолення при змиканні поливних та ґрунтових вод.
Фертигація дозволяє контролювати мінеральне живлення рослин на кожному етапі росту та розвитку рослин:
•Регулювати дози застосування добрив в залежності від фізіологічної потреби рослин на різних етапах росту
•Регулювати склад добрив в залежності від мети і завдань застосування
•Зменшити недоліки різних типів ґрунтів (слабке закріплення речовин на легких грунтах з низькою поглинальною здатністю, утворення важкорозчинних сполук при неоптимальному рівні рН та ін)
•Знизити ризик забруднення ґрунтових вод та виникнення вторинного засолення
Є незамінним агроприемом – для технологій з застосуванням мульчі і штучних субстратів.
Види фертигації:
•Відкритий грунт без мульчі
•Відкритий грунт пластик-мульча
•Закритий грунт
•Штучні субстрати
Позакореневі підживлення
«Коріння – це листя, розташовані в ґрунті, листки – це коріння, розташовані в повітрі»
Достатня кількість елементів живлення в грунті не гарантує високу врожайність. Різні біотичні і абіотичні стреси впливають на доступність елементів живлення і усвояющую здатність кореневої системи рослин.
Калій і нітратна форма азоту легко можуть бути вимиті з поч-ви, фосфор хімічно зв'язується кальцієм і магнієм, утворюючи важкорозчинні сполуки та ін При знижених температурах сповільнюється споживання елементів живлення: фосфору - за 10-11°С, нітратного азоту – при 5-6°С, калію – за 7-8°С.
Для ефективного засвоєння елементів живлення з ґрунту необхідна висока фізіологічна активність рослини. Фотосинтез і дихання забезпечують рослину енергією для здійснення всіх фізіологічних процесів споживання елементів живлення з ґрунту, їх переробки в органічні сполуки, підтримання високої життєздатності рослин протягом вегетаційного періоду і формування врожаю. Несприятливі умови зростання (високі або низькі температури, суховії, надмірні опади та ін) порушують гормональний баланс рослин, знижують інтенсивність фізіологічних процесів і споживання елементів живлення з грунту.
Тому для досягнення високої ефективності застосування добрив необхідний постійний контроль за станом ґрунту за допомогою сучасних портативних приладів (Combo, PNT-3000 та ін), так і за станом рослин за допомогою функціональної діагностики рослин і своєчасна корекція листовими підгодівлями.
Позакореневе підживлення – це агрозахід, застосовуваний для швидкої корекції дисбалансу елементів живлення і збільшення споживання елементів живлення кореневою системою.
Доведено, що застосування листового підживлення підвищує споживання елементів живлення з грунту на 15-20%, а в деяких випадках – на 30% (доктор Тюкей).
Змінивши концентрацію елементів у тканинах з допомогою листкового підживлення, рослинний організм, прагнучи до рівноваги біологічної системи, посилює споживання елементів живлення кореневою системою. Це називається «ефект насоса».
Позакореневе підживлення - найкоротший шлях для корекції мінерального живлення. Вона дозволяє не тільки зберегти листовий апарат, але і сприяти розвитку нових життєздатних коренів. За ефективністю цей шлях доставки харчування в 5-20 разів (по деяким елементам – до 100 разів) коротше традиційного харчування – через корінь.
При виникненні стресової ситуації, коли коренева система не здатна сприймати харчування – тільки листової підгодівлею можна відновити фізіологічні функції рослини і нормалізувати обмін речовин з мінімальними втратами врожайності.
Листкове підживлення добривами також впливає на гормональний баланс, який змінює спрямованість пересування поживних речовин і фізіологічні процеси у потрібному напрямку. Це - унікальна можливість впливати на ріст і розвиток рослин протягом всього вегетаційного циклу, створюючи сприятливі умови для розвитку кожного елемента структури врожайності суниці.
Фактори, що впливають на ефективність підживлення:
- будову епідермісу
Восковидний наліт, опушення ускладнюють проникнення елементів живлення в метаболічну систему рослини. Включення добрив Амінокат, Райкат, Разормин до складу підгодівлі збільшує ефективність підгодівлі.
- здатність елементів до проникнення через листя
Фосфор – найважчий елемент для проникнення через листя. Тому включення до складу добрив Фертіванта (Нутрівант Плюс), або включення фосфита-К2РО3 (Атланті, Атланті Плюс) – підвищує ефективність корекції фосфорного живлення.
- форма елементів
Водорозчинні мінеральні солі поступаються по ефективності хелатними формами елементів живлення, низькомолекулярні амінокислоти проникають в клітини набагато швидше великих молекул гумінових.
- швидкість біохімічних процесів в клітинах
Якщо рослина перебуває у стресі й активність хлоропластів дуже низька, елементи дуже повільно засвоюються і включаються в обмінні процеси.
При високій активності хлоропластів – ефективність підживлення збільшується в кілька разів.
- якість води для приготування розчину (жорсткість, рН)
Підвищена жорсткість води впливає на поверхневий натяг рідини, а також емульгування і дисперсію, може викликати випадання в осад деяких хімічних елементів і пестицидів. Реакція (рН) розчину впливає на стійкість сполук хімічних елементів та ЗЗР, доступність мікроелементів для живлення рослин. Для підвищення буфферности розчину застосовуються такі добрива, як Амінокат, Разормин, Нутрівант Плюс. Для підкислення дуже лужний води – Пекацид, Нутрівант Дріп.
- рівномірність внесення, розпил робочого розчину.
Об'єм робочої рідини, тип обприскувача впливають на досягнення елементів живлення поверхні листя.