Елементарний склад . вищих рослин такий: вуглецю — 45%, кисню — 42, водню — 6,5, азоту—1,5 та золи — 5%.
Живлення рослин цими елементами здійснюється за допомогою двох обумовлених та тісно пов'язаних процесів — повітряного і кореневого. З повітря вони через зелені органи одержують вуглець у вигляді вуглекислого газу. Всі інші елементи надходять через кореневу систему.
Між живою та неживою природою існує матеріальна спільність: хімічна основа живих організмів сформована з елементів, що є у навколишньому середовищі. Практична цінність відомостей про особливості елементного хімічного складу рослин полягає у можливості правильно оцінювати родючість ґрунту, величину урожаю, рослинної продукції, програмувати її.
Вивчення хімічного складу рослин методом рослинної діагностики дає змогу вирішити питання раціонального використання добрив, своєчасного забезпечення рослин необхідним збалансованим живленням, визначити забруднення ґрунту надлишковими іонами тощо.
У складі рослин виявлено понад 70 елементів, які залежно від кількісного вмісту в рослинах (у процентах від сухої речовини) поділяють на макро- (101 – 102), мікро- (10-3 – 10-5) та ультрамікроелементи (менше 10-5). Але такий розподіл елементів не характеризує їхнього значення у житті рослин, оскільки кожен з них відіграє свою фізіологічну роль і не може бути замінений іншим. Тому нестача або надлишок будь-якого з елементів призводить до порушення життєдіяльності рослин.
Одна з причин зниження ефективності застосування добрив в умовах інтенсивної хімізації та зменшення темпів росту запланованих урожаїв полягає у недостатній забезпеченості рослин необхідними мікроелементами внаслідок виносу їх з урожаєм.
Вміст та розподіл макро-, мікро- і ультрамікроелементів в окремих органах різних рослин варіює в широких межах залежно від їх біологічних особливостей, умов вирощування та фізіологічного стану.
Більшість рослин у молодому віці вбирають елементи живлення дуже інтенсивно і в більшій кількості, ніж необхідно в цей період. Відкладені рослиною в запас елементи наприкінці вегетації, переважно в період цвітіння та плодоутворення, частково виділяються через кореневу систему вґрунт. Тому винос елементів з урожаєм дає зменшене уявлення про їх кількість, дійсно необхідну для росту і розвитку рослин.
ФІЗІОЛОГІЧНА РОЛЬ ОСНОВНИХ МАКРО-IМІКРОЕЛЕМЕНТІВ
Азот. Матеріальна основа протоплазми рослинних клітин значною мірою створюється атомами азоту. Він входить до складу амінокислот, білків, нуклеїнових кислот нуклеопротеїдів, ростових речовин, алкалоїдів, багатьох ферментів, ліпоїдів, хлорофілу. Синтез і ресинтез білка — основні процеси обміну речовин.
Потреба в азоті в усіх сільськогосподарських культур проявляється частіше і в більшій мірі, ніж у інших елементах. При недостатній забезпеченості азотом затримується ріст рослин, зменшується розмір асиміляційної поверхні листків та тривалість їх функціонування в активному стані, зменшується урожай і погіршується його якість. Надлишок азоту (відносно інших елементів) призводить до надмірного розвитку вегетативної маси, знижує стійкість рослин проти несприятливих кліматичних умов, грибних і бактеріальних хвороб, подовжує період розвитку та достигання, зменшує кількість репродуктивних органів і може призвести до погіршення якості продукції.
Основними джерелами живлення рослин азотом є іон амонію та нітратний іон, які утворюються в ґрунті при мінералізації його органічних речовин чи їх вносять з добривами.
Нормальне живлення рослин аміачною формою азоту відбувається при забезпеченості вуглеводами, нейтральній реакції ґрунту, підвищеному вмісті в ньому кальцію та магнію.
У навколишній атмосфері знаходиться 75,7 % азоту, але з польових культур лише бобові завдяки симбіозу з бульбочковими бактеріями можуть засвоювати молекулярний азот атмосфери. Більшість сільськогосподарських культур потребу в азоті задовольняють лише за рахунок азоту ґрунту, запаси якого досить обмежені — доступні рослинам мінеральні сполуки становлять 1—2 % загальних запасів і майже не перевищують 20 кг/га азоту.
У рік внесення мінеральних добрив коефіцієнт використання азоту становить 50-75 %, втрачається його внаслідок денітрифікації 10-35%, переходить у недоступний стан 5-25 %. Внесення азотних добрив сприяє підвищенню використання рослинами азоту ґрунту. Вважається, що втрати, пов'язані з вимиванням, компенсуються кількістю азотних сполук, які потрапляють в ґрунт з опадами (близько 5 кг/га за рік).
Фосфор відіграє величезну роль у метаболічних процесах. Він бере участь у синтезі білків, енергетичному обміні, репродуктивному процесі, передачі генетичної інформації, в створенні клітинних мембран. Виключно велике значення цього елемента у фотосинтезі та аеробному диханні. Фосфор входить до складу переважно складних органічних сполук.
Більшість сільськогосподарських культур основну кількість фосфору споживають у перший період життя, створюючи певний запас його для подальшої реутилізації.
Зовні нестача фосфору проявляється у відставанні в рості й розвитку, появі пурпурового, багряного та фіолетового відтінків у забарвленні нижніх листків, їх скручуванні та передчасному засиханні, затримці достигання, зниженні врожаю і погіршенні його якості.
Надлишкове фосфорне живлення може призводити до зниження врожаю внаслідок передчасного розвитку, відмирання листя та раннього достигання.
У природних умовах джерело фосфору для рослин у ґрунті — його мінеральні сполуки. Доступними для всіх рослин є водорозчинні солі одновалентних катіонів, але у ґрунті їх дуже мало. Обмінно-адсорбційно зв'язані фосфат-аніони також добре засвоюються рослинами. Доступність інших розчинних у слабких кислотах і важкорозчинних сполук фосфору, у вигляді яких переважно і знаходиться він у ґрунті, залежить від властивостей самих рослин і реакції ґрунту.
Сірка — важливий компонент багатьох білків. Наявність сульфгідрильних груп (SН) завдяки їх різноякісним молекулярним зв'язкам забезпечує білковій молекулі тривимірову структуру. Сірка входить до складу деяких коферментів, вітамінів (ліпоєва кислота, тіомін, біотин), гірчичного масла, деяких глюкозидів. Із ґрунту в рослини сірка надходить в окисній формі у вигляді іону SO4--, менш окислені іони (SO2--) та відновлені неорганічні сполуки її (Н2S) для рослин токсичні.
При нестачі сірки затримується синтез білків, рослини відстають у рості та розвитку, листки набувають світло-зеленого, а іноді зовсім блідого забарвлення. Нестача може спостерігатися на легких, бідних на гумус супісках та піщаних ґрунтах, в умовах тривалого затоплення, де сірка знаходиться у відновлених токсичних сполуках. Сірку звичайно в достатніх для рослин кількостях вносять у складі різних добрив (суперфосфату, сульфату амонію, сульфату калію та ін.)
Калій належить до найбільш поживних елементів, разом з тим його фізіологічні функції до цього часу не розкриті повністю. У рослинах знаходиться переважно у формі іону, зв'язаного з протоплазмою, частково він представлений тут солями органічних кислот.
Цей елемент підтримує необхідний водний баланс клітини, що сприяє придбанню білками певної, сприятливої для метаболічних процесів конформації і надає ферментам високоактивного стану.
Калій специфічно каталізує понад 40 ферментів та ферментних систем. Він підвищує холодостійкість і стійкість рослин проти грибних хвороб, вміст цукрів у буряках, поліпшує якість картоплі, ягід, плодів, соломки льону. У хлібних злаків і льону основна кількість калію надходить до цвітіння, у картоплі та цукрових буряків надходження калію розтягнуто до достигання або збирання. З віком відносна кількість цього елемента в рослині зменшується.. Він концентрується в молодих частинах рослин та реутилізує-ться, пересуваючись з старіших органів у. молоді. При достиганні значну частину калію рослини можуть виділяти в ґрунт, він також легко вимивається опадами з надземної частини. Порівняно високий вміст калію у стеблах та листі, особливо в корене- та бульбоплодах.
Нестача калію спостерігається на легких піщаних ґрунтах, торфовищах, а також при насиченні сівозміни коренебульбоплодами та овочевими культурами. При нестачі цього елемента гальмується транспортування вуглеводів у рослині, знижується інтенсивність фотосинтезу і синтез білків. Зовні нестача проявляється в побурінні країв листків та появі на них некротичних плям іржавого кольору, листки жовкнуть і відмирають, в першу чергу старі, затримується розвиток та достигання рослин.
Магній є поліфункціональним елементом. Деякі його функції близькі до кальцію та калію. Як і кальцій, він входить до складу запасної речовини фітину, який використовується рослиною в енергетичному обміни.
При високих врожаях, особливо картоплі, коренеплодів та бобових винос магнію (МgО) може досягати 80 кг/га. Магнієве голодування зовні проявляється в припиненні росту, затримці цвітіння, появі специфічного «мармурового» хлорозу. Ділянки листкової пластинки між жилками жовкнуть, а самі жилки залишаються зеленими. Спершу це спостерігається на старих, а потім на інших листках. Поступово ці ділянки листка буріють і відмирають. Нестача магнію може бути на легких супіщаних та піщаних кислих ґрунтах, де він легко вилужується, а також за високої забезпеченості рослин іншими елементами, особливо калієм. Поліпшення живлення рослин магнієм досягають внесенням доломітового борошна в разі вапнування кислих ґрунтів та внесенням калійних добрив, що містять магній.
Кальцій відіграє різнобічну роль у процесі обміну. Від співвідношення концентрацій калію та кальцію значно залежить водний баланс клітин і функціональний стан рослин. Майже всі реакції, що активуються калієм, інгібуються кальцієм, але він активує деякі важливі ферменти. Кальцій виконує функцію будівельного матеріалу, входячи до складу пектинових речовин, що склеюють стінки окремих клітин. Він впливає на транспортування іонів у клітину та клітинні органели і нейтралізує органічні кислоти в рослині.