Тема 2. Загальна агрохімічна характеристика ґрунтів України та її вплив на живлення рослин.

Площа України становить 60,2 млн. га. і простягається із заходу на схід на 1300 км, а із півночі на південь майже на 900 км. Знаходячись в трьох природних зонах - змішаних лісів (Полісся), Лісостепу і Степу східно-європейської рівнини. В територію України входять частина Карпат, Кримський півострів із Кримськими горами. Гориста місцевість, куди відносять і Донецький кряж, відзначається специфічністю природних умов.

Значна розорюваність території України обумовлена наявністю значної кількості родючих земель, високою щільністю сільського населення, а також специфічними особливостями розвитку землеробства. Особливо висока питома вага ріллі в лісостеповій і степовій зонах – до 75-85% загальної площі сільськогосподарських угідь, а в Вінницькій, Кіровоградській, Хмельницькій і Черкаській областях вона становить більше 90%. Лише в Поліссі вона знижується до 65%. Значна частина земель меліорована: біля 1,0 млн. га зрошуваних і майже 1,5 млн. га осушених земель.

В результаті крупномасштабних ґрунтових обстежень, виконаних в 1956-1961 роках, проведено картування грунтового покрову на рівні ґрунтового виду. Встановлено і окунтурено на планах 634 грунтових види, а з врахуванням різновидностей - більше 4000 таксономічних ґрунтових одиниць. Узагальнення і генералізація матеріалів грунтових обстежень дозволили провести агрогрунтове районування і якісну оцінку ґрунтів - їх боні-тування. Найбільше розповсюдження, за цими даними, серед орних земель мають чорноземи (типові, звичайні і південні) - більше 65% ріллі. На сірі лісові ґрунти і опідзолені чорноземи припадає біля 17%. Дерново-підзолисті ґрунти Полісся становлять біля 7 % всієї ріллі.

Результати досліджень наукових установ, дані агрохімічної служби та результати суб’єктів виробничої діяльності, дали можливість співставити їх із фактичними врожаями на цих ґрунтах. Основою для якісної оцінки ґрунтів стали дані врожайності десяти провідних культур за 10-15 річний період. Математична обробка цих даних, співставлення її результатів з матеріалами ґрунтових обстежень, дозволили оцінити продуктивність основних типів ґрунтів по відношенню до провідних культур за 100-бальною зерновою шкалою, визначити райони і ґрунти, найбільш придатні для їх вирощування (табл. 1,2).

Таблиця 1. Рівень родючості ґрунтів Полісся згідно головних агрогрунтових провінцій (за бальною шкалою)

Грунти	Західна провінція				Правобережна провінція				Лівобережна провінція
	загальний	по зернових	по льону	по картоплі	загальний	по зернових	по льону	по картоплі	загальний	по зернових	по льону	по картоплі
Дерново-підзолисті піщані і глинисто піщані	41	37	62	44	25	22	51	46	31	27	67	56
Теж саме, глеєві	31	31	53	36	28	24	55	46	24	22	87	61
Дерново-підзо листі супіщані	47	44	73	51	38	39	64	56	37	38	82	63
Теж саме, глеєві	36	38	53	42	37	37	62	49	39	33	76	63
Світло-сірі, сірі лі сові супіщані, лег косуглинкові	57	56	87	49	50	51	78	56	49	53	93	75
Темно-сірі лісові, чорноземи опідзо лені супіщані, лег косуглинкові	71	68	93	52	69	52	90	62	56	59	100	78
Дернові лугові, су піщані легкосугли нкові, суглинкові	59	75	84	47	65	65	76	62	63	77	96	69
Дернові лугові, глеєві	25	23	64	90	29	25	49	52	33	33	44	54

*Загальний рівень родючості розрахований по врожаях зернових і технічних культур в перерахунку на зернові одиниці (Кузьмичев, 1969, 1970)

Таблиця 2. Рівень родючості ґрунтів Лісостепу згідно головних агрогрунтових провінцій (за загальною шкалою)

Грунти	Західний лісостеп					Правобережна провінція				Лівобережна провінція
	ц.буряки	загальний	зернові	оз.пшениця	ц. буряки		загальний	зернові	оз.пшениця	ц.буряки	загальний	зернові	оз.пшениця	ц.буряки
Сірі і світло сірі лісові легкосуг линкові	68	52	55	56	55		49	54	54	58	50	52	59	53
Сірі, світло сірі лісові, суглинко ві	79	65	68	62	62		64	67	66	60	52	59	68	55
Сірі і світло сірі лісові, важкосуг линкові	-	-	-	-	-		76	77	75	63	54	67	82	44
Темно-сірі лісо ві і опідзолені чорноземи лег коcуглинкові	83	83	58	60	69		58	63	62	64	55	58	62	65
Темно-сірі лісо ві і опідзолені чорноземи, сере дньосуглинкові	85	75	71	65	67		74	77	75	68	61	67	72	64
Темно-сірі лісо ві і опідзолені чорноземи, важ косуглинкові	-	95	96	72	77		85	90	87	76	70	76	92	60
Чорноземи силь ні легко суглин кові	88	77	71	70	73		70	72	72	69	56	61	61	66
Чорноземи силь ні, середньосуг линкові	95	90	79	72	90		83	85	79	72	67	71	76	66
Чорноземи,важ косуглинкові	-	100	97	77	86		93	96	92	76	72	76	83	70

*Загальний рівень родючості розрахований по урожаях зернових і технічних культур в перерахунку на зернові одиниці (Кузьмичев, 1969, 1970)

Агрохімічні властивості ґрунтів за даними ґрунтових

і агрохімічних обстежень

Вивчення агрохімічних властивостей ґрунтів в процесі ґрунтових обстежень, які визначають їх потенційну родючість і ефективність добрив: вмісту гумусу, вбирної здатності (сума увібраних основ), вмісту рухомих форм фосфору і калію, а також реакція ґрунтового розчину, гідролітичної кислотності, ступеню насичення основами проводилась паралельно із визначенням гранулометричного складу (вміст фізичної глини, мулистих фракцій).

Гранулометричний склад ґрунту є одним із головних показників потенційної родючості визначаючи агрохімічні властивості та ефективність добрив і відповідає фаціонально-зональним особливостям материнських порід

Морено-зандрові і зандрові рівнини України вкриті льодовиковими і водольодовиковими, алювіальними відкладами і дюнними пісками, які властиві переважно глинисто-піщаним ґрунтам із вмістом фізичної глини 6-10% і 2-5% мулу. Лише в південній частині цієї території, де був відкладений більш подрібнений матеріал, а також на моренних відкладах утворились дерново-підзолисті супіщані ґрунти вміст фізичної глини в яких становить 10-15% і 5-8% мулу.

Легкосуглинковим ґрунтам, які утворились за елювіальним типом, а також чорноземам Придніпровської низовини властивий низький вміст фракції < 0,01 мм (20-25%). В чорноземів опідзолених і глибоких право-бережних і західних районів зони легких суглинків ця фракція становить 20-30%. Легкосуглинкові ґрунти по вмісту мулистої фракції поділяють на три групи: 8-11% це – супіщані ґрунти елювіального типу ґрунтоутворення Карпат, Полісся; середній рівень 11-15% мулу мають сірі опідзолені ґрунти та незначні площі чорноземів прильодовикових рівнин західного і східного Поділля; вміст мулу від 15 до 19% властивий чорноземам в яких відсутні ознаки елювіального процесу.

Зміна гранулометричного складу ґрунтів від середніх суглинків до важких і глинистих, обумовлена зміною типових крупнопилуватих лесів фракцією важкосуглинкових і глинистих лесів України. Поширення важкосуглинкових грунтів, які містять певні фракції фізичної глини і мулу, обумовлена вмістом цих фракцій в грунтоутворювальній породі і напрямком грун тотворчого процесу. Поява елювіального процесу в таких грунтах обумовлена зниженням кількості мулистої фракції, вміст якої визначається фізико-географічними умовами їх залягання.

Основну площу глинистих ґрунтів становлять легкі глини, в яких вміст фракції <0,01 і 0,001 мм відповідно 59-62 і 35-40 відсотків. Ґрунти середньо-суглинкового гранулометричного складу мають незначну питому вагу. До середніх глин відносяться значні площі ґрунтів Криму, які сформовані на третинних глинах, а також на четвертинних континентально лесовидних глинистих відкладах. Такі грунти містять значну частину фракції < 0,01 мм (68-75%), проте суттєво відрізняються за вмістом фракції <0,001 мм (40-50%). Важкі глини присутні рідко, переважно в ґрунтах Керчинського півострова.

Наукою і практикою доказана виняткова роль органічних речовин в процесі грунтотворення. Наявність органічної речовини є характерною і дуже важливою особливістю ґрунтів, створюючи оптимальні умови для гумусонакопичення. Гумусу належить основна роль в створенні оптимального для рослин водно-повітряного режиму. Він є запасним фондом поживних речовин, особливо азоту, 97–99% якого присутня в органічній формі. В його склад входять кальцій, калій, сірка і фосфор.

Вміст гумусу в ґрунтах залежить від їх генетичних особливостей, рівня окультуреності, грунтово-кліматичних зон. При тривалому систематичному внесенні гною в ґрунті зростає вміст гумусу і змінюється його склад. Гумінові кислоти, які є складовою частиною гумусу склеюють мікроагрегати ґрунту в макроагрегати, покращуючи фізичні властивості грунтів. Зростання вмісту гумінових кислот в ґрунті - ознака їх окультуреності. При тривалому внесенні лише мінеральних добрив, особливо фізіологічно кислих їх форм, вміст гумусу не змінюється, проте погіршуються фізичні властивості ґрунтів. Систематичне внесення гною в поєднанні з мінеральними добривами підвищує родючість ґрунтів, забезпечуючи максималь-ний вихід сільськогоподарської продукції.

Із вмістом гумусу тісно корелюють валові запаси азоту, яких в глибокому чорноземі майже в 4 рази більші, ніж в дерново-підзолистому ґрунті, і набагато вищі, ніж в темно-сірому лісовому. Вміст форм азоту в різних ґрунтах мало відрізняється, а запаси всіх форм азоту по типах ґрунтів змінюються в послідовності, як і валова його кількість.

При внесенні гною валовий вміст азоту значно зростає, але відносний вміст мінерального азоту знижується. Внесення підвищених доз мінеральних добрив мало впливає на запаси ґрунтового азоту і його форми.

Вміст рухомого фосфору в ґрунтах України показує, що дерново-підзолисті і дернові різного ступеня оглеєння ґрунти піщаного, глинисто-піщаного і супіщаного грануломет-ричного складу Поліських районів і Кар-пат, (світло-сірі лісові опідзолені ґрунти) мають низьку і нижче середньої забезпеченість рухомим фосфором (У-ІУ класи, групи 7-10). Чорноземи опідзолені, як правило, мають підвищену і високу забезпеченість. Наближаються до них і чорноземи глибокі малогумусні і слабо гумусовані та звичайні (ІІ і І класи). Чорноземи південні відносяться до 4-ї групи, ІІ класу; ґрунти темно-каштанові солонцюваті забезпечені фосфорром в межах І і ІІ класів. На всіх слабоеродованих ґрунтах вміст фосфору на 12-25%, а в середньо- і сильно еродованих – на 28-55% нижчий вихідних аналогів.

В загальному по Україні проявляється залежність забезпеченості ґрунтів рухомим фосфором від їх генетичних особливостей, суттєво порушуючись регіональними особливостями ґрунтового покрову. Виділяються три інтразональні райони із розповсюдженням грунтів різного генезису, які мають високий і підвищений вміст його рухомих форм, і ряд районів із середнім і низьким вмістом. До перших належать опідзолені лісостепові грунти і чорноземи глибокі західного лісостепу переважно середньо суглинкові, які мають підвищений вміст рухомого фосфору (Тернопільська, Хмельницька області). На північному заході вони переходять в легкосуглинкові, які мають високий і підвищений вміст фосфору (Волинська область). Добре забезпечені рухомим фосфором і грунти правобережного лісостепу легкого -і середньо суглинкового складу (Віннницька, Черкаська області). В Одеській області підвищений вміст фосфору має незначна частина чорноземів звичайних важкосуглинкових і глинистих.

Третій район, з високим і підвищеним вмістом фосфору, який займає лівобережну і правобережну частину лісостепу і степу, майже всього українського Придністров’я і представлений чорноземно-лучними і слабоопідзоленими лісостеповими грунтами, чорноземами: глибокими, звичайними, південними, темно-каштановими, каштановими солонцюватими грунтами.

Низький і понижений вміст рухомого фосфору мають дерново-підзолисті і дернові неоглеєні і оглеєні піщані, глинисто-піщані і супіщані грунти Полісся, сформовані на флювіогляціальних і древньо-алювіальних відкладах. Вони переважають і на значних площах Передкарпаття, гірських Карпат і Закарпаття. Грунти тут важкого грануломет-ричного складу: дерново-середньо- і сильно підзолисті поверхнево оглеєні, дернові опідзолені, буроземні. Їм властива висока гідролітична кислотність, низький рівень рН, значний вміст рухомого алюмінію, мала сума увібраних основ, незначні запаси гумусу. Все це сприяє зв’язуванню фосфору у важкодоступні для рослин півтораоксиди. Низький вміст рухомого фосфору мають грунти Кримського півосторова крім темно-каштанових і каштанових солонцюватих. Понижений вміст рухомого фосфору чорноземів глибоких і слабопідзолистих лісостепових грунтах, переважно важкосуглинкового гранулометричного складу (Харківська, Сумська області).

Аналіз результатів досліджень вмісту рухомих форм фосфору і врожайності сільськогоспо-дарських культур вказує на її певну кореляційну залежність. В більшій мірі вона проявляє-ться на ґрунтах із низьким вмістом рухомих форм фосфору при внесенні всіх форм добрив.

Узагальнення даних крупномасштабного обстеження ґрунтів на вміст в них рухомих форм калію дозволило виділити 10 груп, які об’єднані в п’ять статистичних класів (табл.9.2.3).

Їх аналіз показав, що для грунтів України вміст рухомого калію зростає із заходу і північ-ного заходу на схід і південний схід, що в значній мірі пов’язано із їх гранулометричним складом. Кількість рухомого калію поступово зростає від дерново-підзолистих грунтів Полісся до чорноземів глибоких середньогумусних, чорноземів звичайних середньогумус-них, знижуючись в чорноземів звичайних малогумусних і чорноземів південних.

Найбільш бідні рухомим калієм дерново-підзолисті піщані, глинисто-піщані, супіщані неоглеєні і оглеєні грунти Полісся. Супіщані ґрунти в загальному містять дещо більше калію, ніж піщані і глинисто-піщані. Своєрідна забезпеченість калієм перегнійно-карбонатних поліських грунтів. При загальному покращенні фізико-хімічних властивостей вони дуже бідні калієм, вміст якого в значній мірі залежить від гранулометричного складу та материн-ської породи.

Забезпеченість калієм грунтів лісостепу середня і висока. В світло-сірих і сірих опідзолених грунтах на фоні однорідних ґрунтоутворюючих порід зміна гранулометричного складу від легко до важкосуглинкових супроводжується зростанням вмісту рухомих форм калію від пониженого до високого. Темно-сірі опідзолені грунти легкого гранулометричного складу мають середній і підвищений вміст калію, середньосуглинкові - низький і середній, а важкосуглинкові дуже низький і низький. Аналогічним вмістом рухомими формами калію володіють чорноземи опідзолені.

Чорноземи глибокі загалом містять дещо більше рухомого калію, ніж сірі опідзолені грунти. Для легкосуглинкових різновидностей характерна середня забезпеченість, середньо-суглинкових – середня і низька, важко-суглинкових низька і дуже низька – глинистих.

В загальному для грунтів лісостепу характерна значна залежність вмісту калію від властивостей грунтоутворюючих порід, гранулометричного складу, наявності мулистої фракції, ємності вбирання і дещо менша від генезису грунтів. В Лісостепу вміст рухомого калію тісно корелює із сумою увібраних основ. Чорноземи звичайні глибокі мало і середньогумусні важкосуглинкові і глинисті містять значну кількість калію в Харківській, Дніпропетровській і Одеській областях. В Задністров’ї при наближенні до Дніпра (Кіровоградська область) вміст калію дещо знижується, а на лівобережному степу він дуже низький.

Зростання солонцюватості в чорноземів південних, темно-каштанових, каштанових грунтів супроводжується зростанням вмісту калію, що пов’язано із гранулометричним складом, ґрунтоутворюючими породами та генезисом грунтів. Грунти Карпат, Передкарпаття і Закарпаття середньо і мало забезпечені калієм.

На Україні географія рухомого калію визначається наявністю мулистої фракції. Підвищений і високий його вміст мають грунти, які містять 31-55% мулистої фракції, сягаючи максимальної величини (18-25% К₂О) в Задонецькому степу і в Криму, де вміст мулистої фракції становить 40-55 відсотків.

Ареали калійного голодування рослин і високої ефективності калійних добрив характерно ґрунтам, які містять до 70-80% піщаних і крупнопіщаних фракцій і 2-19% мулистої фракції, знаходячись по всій зоні Полісся, Придніпровської низовини, Закарпаття, Карпат, Передкарпаття і практично на всій території Західного Лісостепу. На цих ґрунтах встановлено тісний кореляційний зв’язок між вмістом рухомого калію і врожаєм сіль-ськогоподарських культур.

рН сольової витяжки в значній мірі змінюється по районах, які виділені при фізико-географічному (1968) і агрогрунтовому (1969) районуваннях. Отримані дані мають дещо обмежені значення для центрального і південного Степу, північного Криму, Донбасу.

Закарпатська низовина і Передкарпаття характеризуються приблизно однаковими і найбільш низькими значеннями рН (не рахуючи Карпат) - в межах 4,4-4,7. Такі рівні рН зустрічаються ще лише на найбільш вилугуваних територіях Полісся. Низьке рН поєднується із значною насиченістю ґрунтового вбирного комплексу рухомим алюмінієм, з високим показником гідролітичної кислотності, зумовленого своєрідною літологією місцевих ґрунтоутворюючих порід.

На Поліссі найбільш кислі грунти знаходяться в північно-східній частині. Присутні вони і в Західному Поліссі, в межах Українського кристалічного щита, в західній частині Житомирської області, де рН становить 5,2-5,5, або аналогічний сірим опідзоленим ґрунтам Вінничини. В районі залягання лесових порід рН зміщується до 6,0 і вище.

В межах Лісостепу по рівню рН виділено чотири регіони: західний, який займає західний Лісостеп, із різним рН; Вінницький острів із значеннями рН 5,2-5,5; правобережна підвищена частина Лісостепу з рН 6,0-6,3, а також територія терас Дніпра з рН>6,0; схили середньоруської височини із вилугуваними ґрунтами з рН 5,6-5,9.

Отже для чорноземних грунтів рівень рН становить 6,0-6,3, лісостепових - 5,6-5,9, західного лісостепу і Вінницького острова - 5,2-5,5, окарбоначених і солонцюватих рН всюди має значення 6,6 і більше.

Гідролітична кислотність і ступінь насиченості основами також підпо-рядковані значенню рН, проте мають менш виражений регіональний характер. Бурі гірсько-лісові і дерново-буроземні грунти Карпат мають рН <4,3 з високим вмістом рухомого алюмінію (9-24 мг на 100 г грунту), гідролітична кислотність становить 4-11 мг-екв на 100 г грунту, а ступінь насиченості ввібраними основами - 30-60 відсотків. В зоні Полісся на дер-ново-підзолистих ґрунтах легкого гранулометричного складу гідролітична кислотність становить 2-3 мг-екв на 100 г ґрунту, а ступінь насиченості основами - 35-60 відсотків.

В опідзолених лісостепових грунтах гідролітична кислотність становить 1,9-4,8 мг-екв, сягаючи максимальних значень в Придністров’ї, Вінниць-кому острові – 1,6-3,0, Луцько-Рівненському регіоні 2,1-2,5 мг-екв на 100 г грунту.

Ступінь насиченості основами опідзолених лісостепових грунтів стано-вить 5-30%, зменшуючись від світло-сірих грунтів до чорноземів опідзолених. В ґрунтів одного і того ж виду ступінь насиченості основами падає із підвищенням ступеня опідзолення і оглеєності.

Грунтоутворення і родючість грунтів нерозривно взаємопозв’язані з біохімічними процесами, серед яких першочергове значення мають розклад рослинних і кореневих залишків, які сприяють нагромадженню мінеральних і органічних поживних речовин. Характер цих процесів та інтенсивність їх проходження визначаються гідротермічними і грунтовими умовами. Для оцінки інтенсивності і направленості фізіолого-біохімічних проце-сів, важливими показниками є амоніфікаційна і нітрифікаційна здатність грунтів, вміст в них амінокислот, ферментативна активність. Інтенсивність процесу амоніфікації залежить від співвідношення азоту до вуглецю в органічній речовині, а також від гідротермічних умов, наявності кисню.

Переважна більшість грунтів України характеризуються високою амоніфікаційною здатністю, яка має тенденцію до зменшення енергії нагромадження аміаку від чорноземів глибоких (62-77 мг/100 г) до чорноземів звичайних (56-60 мг/100 г). Опідзолені лісостепові грунти нагромаджують аміаку аналогічно чорноземам звичайним (62-80 мг/100 г). Дещо більша амоніфікаційна властивість в підзолисто-бурих і буро-опідзолених оглеєних ґрунтах (70-78 мг/100 г грунту), які характеризуються реакцією середовища від слаболужного до сильнокислого, що вказує на широкий мік-робіологічний спектр процесів амоніфікації. Серед генетичних горизонтів найбільш високим вмістом і нагромадженням аміаку характеризуються дернові горизонти цілинних степових грунтів, що пов’язано із їх достатньою забезпеченістю поживними речовинами і рослинними залишками.

Інтенсивність процесів амоніфікації по грунтовому профілю різних типів грунтів неодна-кова. В чорноземах вона практично не змінюється до 40 см, в темно-сірих опідзолених і особливо буро-підзолистих і підзолисто-бурих оглеєних грунтах в підорному шарі вона помітно падає. Глибокі елювіальні і ілювіальні горизонти дуже бідні поживними речовинами, зокрема органічними, що знижує інтенсивність їх мікробіологічних процесів.

Нітрифікаційна властивість, як показник який вказує на здатність грунтів до нагромадження рухомого азоту залежить від реакції середовища в більшій мірі, ніж від агротехнічних та інших факторів. Чорноземи, темно-каштанові грунти, а також темно-сірі опідзолені і буроземні із слабокислою реакцією грунтового розчину володіють значною нітрифікаційною здатністю. Виявлено тенденцію зростання нітрифікаційної здатності із півночі на південь, від чорноземів глибоких до чорноземів звичайних і темно-каштанових грунтів. В ґрунтах чорноземного типу нітрифікаційна здатність із глибиною змінюється слабо, а в опідзолених лісостепових і буроземних різко падає (до 0,1-0,5 мг азоту на 100 г грунту).

Інтенсивність процесу нітрифікації в буроземних ґрунтах із дуже кислою реакцією (більше 5,5-5,4) висока. Із пониженням рН вона значно знижується, при рН 5,0 – дуже слабка, а при рН 4,8 – малопомітна, або і відсутня.

В буроземних грунтах, різкіше ніж в лісостепових опідзолених, проявляється зниження нітрифікаційної здатності. Навіть на грунтах, де вона в глибоких горизонтах достатньо висока, в підорному шарі ледве проявляється, що пов’язано із різким зниженням біологічних показників (вмісту органічної речовини, кількості мікроорганізмів і поживних елементів).

Грунти України характеризуються високою целюлозолітичною активністю. По глибині активного горизонту розкладання целюлози грунту поділяється на дві групи: групу чорноземних грунтів і групу лісостепових опідзолених та буроземних. Такий розподіл целюлозолітичної активності пов’язаний із вмістом поживних речовин, зокрема азоту і ступенем розвитку процесу розкладу клітковини.

Серед чорноземних грунтів спостерігається тенденція до підсилення процесів розкладу клітковини від чорноземів глибоких до чорноземів звичайних. В орному шарі чорноземів целюлозолітичний процес послаблюється від весни до літа і осені; в підорному горизонті, навпаки. Влітку процес розкладу клітковини в підорному шарі підсилюється, оскільки його прогрівання проходить пізніше орного.

Серед опідзолених лісостепових грунтів більш активним у відношенні розкладу клітковини є цілинні різновидності. При їх переорюванні значно (іноді в декілька разів) зменшується кількість поживних речовин, в тому числі і азоту, що затримує розвиток целюлозорозкладаючих мікроорганізммів. Буроземні опідзолені оглеєні грунти володіють більш коротким активним горизонтом, ніж опідзолені грунти Лісостепу, і дуже низькою активністю нижніх горизонтів.

Ґрунти, різні за генезисом і властивостями, мають неоднакову активність інвертази, яка має високу позитивну кореляцію із вмістом органічної речовини. Фосфатазна активність грунтів залежить від вмісту рухомого фосфору, а активність протеази характеризує потенційну властивість грунтів до гідролізу білкових сполук, зокрема їх амінокислотного складу. Вільні амінокислоти являють собою сумарний продукт біохімічної діяльності мікрофлори і є одним із показників біологічної активності ґрунтів.

Основи теорії живлення рослин

Живлення рослин  – процес поглинання із зовнішнього середовища і перетворення поживних речовин у сполуки, необхідні для життєдіяльності рослини, пересування первинно поглинених поживних речовин та їхнє перетворення і локалізація для наступного використання. У процесі живлення відбувається обмін речовин між рослинами і навколишнім середовищем. Неорганічні речовини ґрунту, атмосфери і води надходять у рослину, де використовуються в процесі синтезу складних органічних сполук, в той же час, низка речовин виводиться з рослинного організму в навколишнє середовище.

Існують автотрофний і симбіотрофний (мікотрофний і бактеріотрофний) типи живлення рослин. У більшості випадків у рослин переважає автотрофний тип живлення, тобто самостійне забезпечення неорганічними елементами, азотом ґрунту та вуглекислим газом, з яких синтезуються органічні речовини. При симбіотрофному типі живлення вища рослина тісно співіснує з іншими організмами (симбіонтами).

При симбіозі вищої рослини із грибами встановлюється мікотрофний тип живлення.

Наочним прикладом бактеріотрофного типу живлення рослин є симбіоз бульбочкових бактерій з бобовими рослинами. При створенні умов, що забезпечують ефективний симбіоз, величина біологічної фіксації азоту досягає кількох сотень кілограмів на 1 га в рік.

Рослина споживає поживні речовини через корені і листя. Через листя здійснюється вуглецеве живлення рослин – фотосинтез (асиміляція зеленими листами вуглекислого газу з атмосфери за допомогою сонячної енергії). Тому, фотосинтез називають ще повітряним живленням рослин.

Через коріння рослина поглинає та засвоює із ґрунту воду і різні іони мінеральних солей (кореневе живлення).

Поглинання води і поживних речовин через коріння тісно пов'язане з вуглецевим живленням рослин через листя. Фотосинтез і кореневе живлення, по суті, єдиний, хоча й багатоступеневий процес поглинання рослинами необхідних поживних речовин із зовнішнього середовища, перетворення води, вуглекислоти та мінеральних солей у численні органічні сполуки з утилізацією сонячної енергії і при участі ферментів.

До складу рослин входить вода і так звана суха речовина, яка представлена органічними і мінеральними сполуками. Співвідношення між кількістю води і сухої речовини в рослинах, їхніх органах і тканинах змінюється в широких межах. Так, вміст сухої речовини у плодах огірків, баштанних культур може становити до 5% загальної їхньої маси, у капусті, коренеплодах редису і турнепсу – 7-10%, коренеплодах цукрового буряка й бульбах картоплі – 20-25, у зерні хлібних злаків і бобових культур – 85-90, насінні олійних культур – 90-95%.

Суха речовина рослин на 90-95% представлена органічними сполуками – білками та іншими азотистими речовинами, вуглеводами (цукрами, крохмалем, клітковиною, пектиновими речовинами), жирами, вміст яких визначає якість урожаю.

Білки відіграють вирішальну роль у всіх процесах обміну речовин. Білки виконують структурні й каталітичні функції, а також однією з основних запасних речовин рослин. Вміст білків у вегетативних органах рослин звичайно становить 5-20% від їхні маси, у зерні хлібних злаків - 6-20%, а в зерні бобових й олійних культур - 20-35%. Білки мають наступний елементарний склад (%):

вуглець - 51-55, кисень - 21-24, азот - 15-18, водень - 6,5-7, сірка - 0,3-1,5.

Вуглеводи в рослинах представлені цукрами (моноцукрами й олігоцукрами, що містять 2-3 залишки моноцукрів) і поліцукрами (крохмалем, клітковиною, пектиновими речовинами). Цукри містяться в невеликих кількостях у всіх сільськогосподарських рослинах, але в коренеплодах та окремих органах овочевих культур, плодах винограду, ягодах і фруктах можуть накопичуватися як запасні речовини. Переважними моноцукрами в більшості рослин є глюкоза й фруктоза, а олігоцукрами - дисахарид сахароза.

Крохмаль у невеликих кількостях міститься у всіх зелених органах рослин, але в якості основного запасного вуглеводу накопичується в бульбах, цибулинах і насінні. У бульбах картоплі ранніх сортів вміст крохмалю 10-14%, середньо - і пізньостиглих - 16-22%. Приблизно такий же відносний вміст крохмалю міститься в насінні рису та пивоварного ячменю. В зерні інших хлібних злаків вміст крохмалю пересічно становить55-70%.

Клітковина, або целюлоза – основний компонент клітинних стінок (у рослинах вона пов'язана з лігніном, пектиновими речовинами й іншими сполуками). Волокно бавовнику на 95-98%, а луб'яні волокна льону, коноплі, джуту на 80-90% представлені клітковиною. У зерні плівкових злаків (вівса, рису, проса) клітковини міститься близько 10-15%, а у не плівкових (кукурудза, просо, сорго) - 2-3%, у насінні зернобобових культур - 3-5%, у коренеплодах і бульбах картоплі - близько 1%. У вегетативних органах рослин вміст клітковини становить від 25 до 40% на суху масу.

Пектинові речовини – високомолекулярні поліцукри, які в містяться в плодах, коренеплодах і рослинних волокнах. У волокнистих рослинах вони скріплюють між собою окремі пучки волокон.

Жири й жироподібні речовини (ліпіди) є структурними компонентами цитоплазми рослинних клітин, а в олійних культурах виконують роль запасних сполук. Середній вміст жиру в насінні найважливіших олійних культур та сої такий (в %): рицина – до 60; кунжут, мак, олива– 45-50; соняшник – 2450; льон, коноплі, гірчиця – 30-35; бавовник – 25; соя – 20. Жири є найбільш енергетично вигідними запасними речовинами - при їхньому окислюванні виділяється на одиницю маси у два рази більше енергії, ніж у вуглеводів і білків.

Суха речовина рослин має в середньому наступний елементарний склад (у вагових відсотках): вуглець – 45, кисень – 42, водень – 6,5, азот та зольні елементи – 6,5. Усього в рослинах виявлено більше 70 елементів. На сучасному рівні розвитку наукових даних близько 20 елементів (у тому числі, вуглець, кисень, водень, азот, фосфор, калій, кальцій, магній, сірка, залізо, бор, мідь, марганець, цинк, молібден, ванадій, кобальт і йод) вважаються,безумовно необхідними для рослин. Без них неможливий нормальний хід життєвих процесів і завершення повного циклу розвитку рослин. Для більш ніж 10 елементів (у тому числі кремнію, алюмінію, фтору, літію, срібла тощо) є відомості про їхню позитивну дію на ріст і розвиток рослин. Ці елементи вважаються умовно необхідними. Очевидно, що по мірі вдосконалювання методів аналізу та біологічних досліджень загальне число елементів у складі рослин і перелік необхідних елементів буде розширений.

Вуглеводи, жири та інші безазотисті органічні сполуки побудовані із трьох елементів – вуглецю, кисню й водню, а до складу білків й інших азотистих органічних сполук входить ще й азот. Ці чотири елементи - С, О, Н и N одержали назву органогенних, на їхню частку в середньому припадає близько 95% сухої речовини рослин.

При спалюванні рослинного матеріалу органогенні елементи випаровуються у вигляді газоподібних сполук і пари води, а в золі залишаються переважно у вигляді окислів численні «зольні» елементи, на частку яких доводиться в середньому всього близько 5% маси сухої речовини. Азот і такі зольні елементи, як фосфор, сірка, калій, кальцій, магній, натрій, залізо, містяться у рослинах у відносно більших кількостях (від декількох відсотків до сотих часток відсотка сухої речовини) і називаються макроелементами.

Вміст інших необхідних елементів – бору, марганцю, міді, цинку, молібдену, ванадію, кобальту і йоду у рослинах становить від тисячних до стотисячних часток відсотка, і вони одержали назву мікроелементів.

Корінь виконує кілька функцій, але насамперед, поглинання мінеральних речовин і води із ґрунту. Корені рослин у ґрунті досить сильно розгалужені. Вони проникають на глибину 1,5-2 м, а в окремих сільськогосподарських рослин - до 5-10 м і більше.

Кожен корінь має три основні складові: зону зростання та розтягування коріння довжиною 1,5 мм – саме за рахунок тканин верхівкової меристеми; зону кореневих волосків, або зону усмоктування (поглинаюча зона), яка характеризується наявністю особливих виростів – кореневих волосинок довжиною до 1 мм (довжина самої цієї зони 1-2 см); зону побічних коренів.

Корінь і дрібні корінці, кореневі волоски густою мережею проникають в ґрунт. Кореневі волосинки живуть протягом однієї або декілька діб. Їх кількість дуже велика і вони мають тісний безперервний контакт між ґрунтом і кореневою системою рослини.

Рослина не є тільки споживачем поживних речовин у ґрунті. Корені рослин активно впливають на ґрунт. Добре відома здатність коренів виділяти в зовнішнє середовище органічні і мінеральні речовини (цукри, органічні кислоти, органічні сполуки, які містять азот, вітаміни, ферменти тощо). Виділені коренями органічні речовини є продуктом живленням для мікроорганізмів, які у процесі життєдіяльності сприяють мобілізації поживних речовин з ґрунту, підвищуючи їхню доступність для рослин у ділянках, які безпосередньо примикають до коріння..

Рослини роблять і прямий вплив на важкодоступні для споживання ґрунтові мінерали (особливо та ті, які містять фосфор), переводячи їх у легко засвоювані форми. Ще Д.Н. Прянішніков довів здатність люпину, гречки та гірчиці використовувати фосфор малорозчинних фосфатів або природних фосфоритів.

Кисла реакція ґрунтового розчину впливає на умови живлення рослин  підвищенням вмісту рухомих форм алюмінію, марганцю, заліза, які негативно впливають на рослину; зменшенням доступу для рослин молібдену; порушенням діяльності ферментів в ґрунті; пригніченням діяльності корисної мікрофлори в ґрунті (амоніфікаторів, нітрофікаторів, азотобактера тощо), стимуляцією розмноження тих бактерій і грибів, які виділяють в ґрунт токсичні речовини.

На умови живлення рослин впливає антагонізм іонів , коли високі концентрації однойменно заряджених одних іонів, які перешкоджають поглинанню тих іонів, що знаходяться в меншій концентрації. Екстремальна форма антагонізму іонів – це «зникнення» іонів, що є або переходом елементів живлення з розчинної форми в повністю нерозчинну або швидким розчиненням солей та вимиванням з ґрунту аніонів, які містять поживні речовини, а коли іони з протилежними зарядами взаємно прискорюють надходження їх в рослину, отримало назву синергізму.

На умови живлення рослин впливає і загальна концентрація ґрунтового розчину. При надмірній концентрації (>2 г/л) рослини гинуть, але коріння можуть використовувати поживні елементи і за дуже слабких концентрацій ґрунтового розчину.

На умови живлення рослин впливає аерація ґрунту - або через концентрацію СО₂ в ґрунтовому розчині, або через збільшення вмісту О₂ в повітрі ґрунту. В першому випадку проходить утворення вугільної кислоти, яка посилює розчинність солей, що містять поживні елементи. Збільшення вмісту О₂ в повітрі ґрунту приводить до покращення діяльності кореневої системи та аеробних мікроорганізмів, діяльність яких покращує поживний режим.

Вологість ґрунту на процес живлення рослин впливає через покращення загального стану рослини (і кореневої системи), покращення мікробіологічної діяльності, впливом на розчинність солей (вода є універсальним розчинником).

Вплив оптимального теплового режиму на процес живлення рослин пов'язаний з загальним станом рослини (і кореневої системи, зокрема); покращенням мікробіологічної діяльності, впливом на розчинність солей (на швидкість хімічних реакцій), що на загал позитивно впливає на поживне середовище.

Що стосується ролі світлового режиму, то поглинання поживних речовин кореневою системою рослини відбуваються лише при наявності процесу фотосинтезу, тому у темряві поглинання поживних елементів не відбувається. Чим краще освітлення рослини, тим інтенсивніше йде фотосинтез, тим більше потрібні рослині елементи живлення.

Вплив мікробіологічної діяльності на живлення рослин пов'язаний з: а) роллю мікроорганізмів в мінералізації рослинних залишків, органічних добрив, гумусу гірських порід та важкорозчинних сполук; б) генерацією СО₂ в приземному шарі повітря та в посиленні процесу фотосинтезу, процесу вуглецевого живлення в) виділенням антибіотиків, стимуляторів росту, ферментів та вітамінів. Особливо видатна роль мікробіологічної діяльності в трансформації азоту в ґрунті.