03 new gyvlennya roslyn by Максим Олександрович Олексієнко

Introduction to Plant Nutrition

Lior Avraham

Ministry of Agriculture Israel

PLANT NUTRITION What does the plants eat? How does the plants eat? What is the element role in the plant? Sources to plant nutrition?

Питание растений  Чем питаются растения?  Каким образом они питаются?  Основные питательные элементы  Источники питания растений

WHAT DOES THE PLANT EAT ??? •Light

•WATER

•MINERALS

PHOTOSYNTESIS Carbon dioxide and water are combined with chlorophyll through the action of sunlight to produce plant food (sugar) and oxygen. CO2 + H2O CH2O + O2 6CO2+6H2O

C6H12O6+6O2

PHOTOSYNTESIS ФОТОСИНТЕЗ Углекислый газ и вода объединяются с хлорофиллом под действием солнечного света, в результате образуются питательные вещества для растений (сахар) и кислород. CO2 +H2O CH2O +O2

6CO2+6H2O

C6H12O6+6O2

Essential Mineral Nutrient The plant can’t complete the cycle of life without this element. Another element can’t be substituted for it. It is directly involved in the metabolism of the plant.

Beneficial mineral element Encourage grows but not essential to complete cycle of life (Na).

Essential Mineral Nutrient

Основные минеральные вещества  The plant can’t complete the cycle of life with out this element.  Another element can’t be substituted for it.  It is directly involved in the of the plant.

- Без этих веществ растение не может пройти свой жизненный цикл. - Их не могут заменить другие вещества. - Они непосредственно содержатся в растениях.

Plant Nutrients Macro nutrients: (%) N (Nitrogen), P (Phosphorus), K (Potassium) Secondary nutrients: Ca (Calcium), Mg (Magnesium), S (Sulfur) Micro nutrients: (mg/l), (mg/kg), (g/m^3), (ppm) Fe (Iron), Cu (Copper), Zn (Zinc), B (Boron), Mn (Manganese), Mo (Molybdenum), Cl (Chloride)

Биогенные элементы Macro nutrients: Макровещества N (азот), P (фосфор), K (Калий) Secondary nutrients: Второстепенные вещества: Ca (кальций), Mg (магний), S (сера) Micro nutrients: Микровещества: •Fe (железо), Cu (медь), Zn (цинк), B (бор), •Mn (марганец), Mo (молибден), Cl (хлор)

The ionic form of nutrition elements absorbed by plants

Cation = Positive charged Ammonium - NH4+ Potassium - K+ Magnesium - Mg++ Iron - Fe++, Fe+++ Manganese - Mn++ Zinc Zn++ Copper Cu++

Na+

Anion = Negative charged Nitrate NO3Phosphate - H2PO4Sulfate SO4-Molybdate - MoO4-Borate B4O7--

Cl-

The ionic form of the nutrition elements absorbed by plants

Ионная форма питательных элементов

Аммоний - NH4+ Калий K+ Магний - Mg++ Железо - Fe++, Fe+++ Марганец - Mn++ Цинк Zn++ Медь Cu++

Нитраты NO3Фосфаты - H2PO4Сульфаты SO4-Молибдаты - MoO4-Бораты B4O7--

Liebig's law of the minimum Yield

Nitrogen Magnesium

How Transport does the plants eats? Nutrient to Plant Roots Mass flow - Active movement of nutrients to the roots in flow of water caused by plant transpiration and water absorption. Quantity: Related to water used and nutrient concentration.

Depends on

climatic

conditions

* - Independent of soil characteristics and of irrigation technic

Diffusion - Passive

Транспортировка питательных веществ к корням

Массовый поток - Активное движение питательных веществ к корням

с током воды вызванное транспирацией и поглощением воды растениями Количество: зависит от воды и концентрации питательных веществ

Зависит от

климатических условий

* - Не зависит от характеристик почвы и поливной техники

Диффузия - Пассивная

Sources of the elements: Absorption Nutrient Element atmosphere(CO2) C soil(HCO3) Atmosphere(02), O water(H20) and CO2 Water in soil, Atmosphere H in high humidity, photosynthesis

Sources of the elements:

Источники элементов:

Absorption Nutrient Element источник поглощения элемент атмосфера (CO2) C почва (HCO3) атмосфера (02), вода (H20) и O CO2 Вода в почве и атмосфере в H условиях повышенной влажности, расщепление воды в процессе фотосинтеза

Sourses of the elements:

N - Nitrogen

Soil: NO3/NH4 Atmosphere:NH3/N2 Assimilation by reduction process: N/NH3 Assimilation by Amination;NH4

Sources of the elements: Источники элементов:

N

Почва: NO3/NH4 Атмосфера:NH3/N2 Ассимиляция в восстановительном процессе: N/NH3 ассимиляция аминированием: NH4

Sources of plant food Water

Fertilizers

Manure

Soil

soil and water contain a big part from the nutrition elements. manure and The fertilizers complement the necessary.

Sources of plant food

Источники питательных веществ

Water вода

Fertilizers удобрения

Manure навоз

Soil почва

•soil and water contain a big part from the nutrition elements , manure and The fertilizers complement the necessary Почва и вода содержат большую часть элементов питания, навоз и удобрения дополняют потребность

From the nature ď ś Manure can supply all the needed of the plant ď ś Crude manure has to dismantle by microbes before it will be available to the plants. ď ś It is impossible to feed all the people in the world by giving only manure to plants.

From the nature  Навоз может дать растениям все

необходимое

 Сырой навоз должен быть переработан почвенными микроорганизмами, чтобы питательные вещества стали доступными для растений (в зависимости от влажности и температуры почвы).

 Невозможно накормить всех людей в мире, подпитывая растения исключительно навозом.

Compost

Trenches filled with compost

17/10/2008

Chemical fertilizers Essential elements (macro) Nitrogen-product from nitrogen in air and from kerosene. Phosphorous- from rich rocks of phosphorus. Potassium- dried up from the dead sea.

Micro - elements Different metals bringing out by digging/refining

Минеральные удобрения Основные элементы (макро) Азот – из воздуха и керосина. Фосфор – из пород, богатых фосфором. Калий – из Мертвого моря.

Микроэлементы Различные металлы, выходящие на поверхность при выкопке/обработке.

The Dead Sea â&#x20AC;&#x201C; The lowest place in the world!

Nitrogen cycle in nature Air Fertilizer

Soil microbes

Soil

Nitrogen cycle in nature Air воздух

Круговорот азота в природе Fertilizer удобрения

Soil microbes

Soil

почвенные микроорганизмы

почва

Available Forms of Nitrogen to Plants AMID ( NH2 ) (Urea)

NH2 NH2

Ammonification AMMONIUM ( NH4+ ) (Ammonium Nitrate)

NH4+

Nitrification ( NH4+

Nitrosomonas

NO2-

Nitrobacter

NITRATE ( NO3- ) (Potassium Nitrate)

NO3- )

* Good aeration * Available water * pH close to 7 * High temperature NO3-

Available Forms of Nitrogen to Plants Доступные растениям нитрогены AMID ( NH2 ) (Мочевина)

NH2

Аммонификация AMMONIUM ( NH4+ ) (Нитрат аммония) ( NH4+

Нитрозомонас NO

NH4+

Нитрификация

Нитрифицирующие бактерии

НИТРАТ ( NO3- ) (Нитрат калия)

NO3 -)

NO3-

* Хорошая аэрация * Доступный источник воды * pH близок к 7 * Высокая температура

NH4+

nitrification

NO3-

How long it takes ? Half life of this process

at 25 0 C and field capacity moisture content is about

2 weeks

NH4+

nitrification

NO3-

нитрификация

How long it takes ? Сколько требуется времени? Half life of this process at 25 0 C and field capacity moisture

content is about 2

weeks

Период полураспада при 250С в условиях абсолютной влагоемкости почвы составляет около 2-х недель

ALL THE NITROGEN IS

IN NITRATE ( NO3- ) NO3-

NO3-

NO3 non-adsorbed Readily NNO3-

NO3-

NO3 NO3-

NH4+

NO3NO3-

NO3-

NH4+

NO3NH4+

NH4+

- - - - - - - - - - - - - - - - - -- - Clay - - - -- - -

NH4+

FORM

NH4+

NH4

NH4+

Restricted mobility NO3NO3-

NO3-

ВЕСЬ АЗОТ ИМЕЕТ НИТРАТНУЮ ФОРМУ( NO3- )

NO3-

NO3 не адсорбированный доступный N NO3NO3-

NO3 NO3-

NO3-

NH4+

- - - - - - - - - - - - - - - - - -- - Глина - - - -- - -

NH4+

NO3NO3-

NH4+

NO3-

NH4+

NH4

Ограниченная подвижность NO3-

NO3-

NH4+ NO3-

Model of ammonium assimilation in roots * Sucrose Protein Amino-NH2

Amide - (NH2)2

Amino - NH2 H+ * - Raven and Smith, 1976

NH4+ H+

Model of ammonium assimilation in roots * Модель ассимиляции аммония в корнях Protein

Sucrose сахароза

протеин Amino-NH2 амино NH2

Amide (амид)- (NH2)2

Amino (амино)- NH2 H+ * - Raven and Smith, 1976

NH4+ H+

NH4+

NH4 H+

H+

H+ R-COO -

NH4-40%

NH4-20%

NH4-10%

High control of ammonium/nitrate ratio.

Romheld V.1986. pH changes in the rizosphere in relation to nitrogen uptake. Kali-Brief.18

Nitrogen in plant (N)  Central component in protein and chlorophyll.  Major constituent of organic material.

 Involved in enzymatic processes  Enhances growth especially in the vegetative stage.

Азот  Основной компонент аминокислот (белок). Способствует увеличению содержания белка в листьях и зернах. Играет важную роль в составе: хлорофилла, протоплазмы и нуклеиновых кислот.  Основной компонент органического материала.  Участвует в ферментативных процессах, входит в состав мембран и клеточных структур.  Усиливает рост, особенно в вегетативной стадии.

Nitrogen deficiency  Growth is depressed ,thin stems, root system is restricted.

 Leaves becomes yellow-green, first on the old leaves. leaves are small, older leaves begin to fall.  Sensitivity to diseases.  Delay absorption of other elements.

Результат дефицита азота: Задержка роста, истончение стеблей, прекращается рост корневой системы. Листья желтеют, в первую очередь старые листья. Листья мелкого размера, старые листья опадают. Восприимчивость к болезням. Снижение органической массы. Задержка абсорбции других элементов.

ARUGULA 200 mg/kg N

0 mg/kg N

70 mg/kg N

10 mg/kg N

Nitrogen Excessive level Leaves are dark green, grows reduced. Ammonium - reduced PH Nitrate - increase PH, chlorotic plant. Urea - plant hardening, osmotic stress

Nitrogen toxicity: Ammoniacal/nitrite (NO2-) occur at extreme soil moisture ,soil is cold, poorly drained.

Превышение нормы Темно-зеленый цвет листьев, замедление роста

Аммоний – сниженный PH Нитрат – повышение PH, хлороз Мочевина - затвердение растений Токсичность азота: аммиачные/нитритные формы

Возникает при повышенной влажности почвы, почва холодная, плохо дренируется.

Remedy: ď şLeaching- Nitrate-N compounds are leached easily from the soil. ď şAdjustments in PH may be necessary after leaching

Способ решения Выщелачивание нитратов -Nсоединения легко вымываются из почвы. При выщелачивании может

Phosphorus in plant (P)  Important ingredient in proteins and nucleic acids  Involved in energy transfer reaction.  Enhanced flowering, essential for the development of seeds and fruits.

Phosphorus in plant  Фосфор является важным компонентом в образовании: белков, нуклеиновых кислот  Участвует в реакции передаче энергии.  Улучшает цветение, имеет важное значение для развития семян и плодов, необходим для деления клеток в меристематических тканях

Phosphorus Deficiency Reduction in leafs and shoot size Root development is reduced. Leaves color - dark to blue green.

Root system is restricted. Stems are woody.

Delay in maturity, poor seed and fruit development

Недостаток Уменьшение размера листьев и побегов

Снижение развития корневой системы. Азот не абсорбируется, цвет листьев темный, сине-зеленый. Снижен рост корневой системы. Отвердение стеблей. Задержка созревания, отсутствие или плохое развитие семян и плодов.

ARUGULA

10 mg/kg P

20 mg/kg P

0 mg/kg P 0.5 mg/kg P

Phosphorus Excessive level Hard and stunted growth Limit the availability of cooper ,iron and zinc

Cause a tie up of calcium or aluminum

Phosphorus toxicity Токсичность фосфора Hard and stunted growth Limit the availability of cooper,iron and zinc Cause a tie up of calcium or aluminium Затруднение и замедление роста Ограничено усвоение меди, железа и цинка Приводит к образованию связи кальция с алюминием

Mole Fraction of Total P

Effect of pH on the Distribution of P - Orthophosphate Ions in Solution * 1.0 -

H2PO4 -

H3PO4

HPO4 2 PO4 3 -

0.8 0.6 -

0.4 0.2 l

0.0 - O * Lindsay, 1979

массовая доля общего P

1.0

Влияние рН на распределение ортофосфат-ионов в растворе H PO H PO HPO * 3

PO4 3 -

0.8 0.6 -

0.4 0.2 l

0.0 - O * Lindsay, 1979

Potassium in plant (k)  Activity in membrane cells

 Activate enzymes involved in photosynthesis  Establishing osmotic potential

 Prevention sodium damage  Improves the quality of fruits and vegetables.  Utilizes plant water use by regulating the stomata.

Калий  Активность в клеточных мембранах  Активация ферментов, участвующих в фотосинтезе и обмене веществ при создании белков и углеводов.  Формирование осмотического потенциала

 Предупреждает разрушение натрия  Транслокация фосфора

 Улучшает качество фруктов и овощей.

Potassium deficiency Chlorosis along the leaf margin ,leaves are pale yellow. Growth depress ,stem and roots are thin.

Fast senescence of tissues. Sensitivity to thirst and disease. Lack of sweetness in fruits, shriveled seeds and fruits.

Дефицит калия Хлороз по краю листа, листья бледножелтого цвета Снижение интенсивности роста, истончение стебля и корней Быстрое старение тканей

Восприимчивость к болезням и засухе Недостаточная сладость плодов, сморщенность семян и плодов.

ARUGULA 0 mg/kg K 100 mg/kg K 200 mg/kg K

Forms of Potassium in the Soil K+

K+ K+

K+

CLAY mineral K+

K + K+ K+ K+ K+

Fixed K+ exchangeable K+ in soil solution

K+ K+ K+ adsorbed

K+ K+ K+ in soil solution

Four Forms of Potassium in the Soil Четыре формы калия в почве K+

K+ K+

K+

CLAY mineral K+

K + K+ K+ K+ K+

Fixed

обменный

K+ in soil solution

в почвенном растворе

поглощенный

K+

фиксированный

K+ exchangeable

K+ K+ K+ adsorbed

K+ K+ in soil solution

в почвенном растворе

90 - 95 % of K in the Soil is

NOT Available to Plants

90 - 95 % К в почве находится

в недоступной для растений форме

How POTASSIUM Moves from Soil to Roots K+

K K

K K K K

K K

K K K

K K K K

K K K K K K K K

K K

K K K

K K

K K K K K K

K K

K K K

High K Soil

K K

K K K

K+

K+ comes to roots by diffusion

K K

K K+

K K K K K K K K K K K K K

K K+

K K

K K K

K K K K

K K

Only 7 mm

K+ moves only short distance: 7 mm or less

K K

K+

K K K

K K

Roots contact only very small proportion of total soil

K K K

K+ supply near root may be depleted even in high K soil

Перемещение КАЛИЯ из почвы к корням •K+

•K •K •K •K •K •K

•K •K •K •K •K •K •K •K •K •K •K •K •K •K •K •K •K •K •K •K •K •K •K •K •K •K •K •K •K •K •K •K •K •K •K

•K •K •K •K •K •K •K •K •K •K •K •K •K •K•K •K •K •K •K •K

•K •K+ •K •K •K •K •K •K+ •K •K •K •K •K •K •K •K •K •K •K •K+ + •K •K + •K + •K •K •K •K •K •K •K •K •K •K •K •K •K •K •K •K •K •K •K •K •K •K •K •K •K •K •K •K •K •K •K •K •K •K •K •K •K •K •K •K •K •K •K

•K •K •K •K •K •K

Высокое содержание K в почве

•K

7 мм

•K

•K •K

K+ поступает в корни посредством диффузии K+ передвигается на короткое расстояние: 7 мм или менее

Корни контактируют с пропорционально малой частью почвы

Поглощение K+ у корней может быть истощено даже при высоком содержании К в почве

REQUIRRMENT :Macro element

Nitrogen - 1500-2000

gr/Ha/day

Potassium - 2000-6000

“

Phosphorus - 200-400

“

Sulphur -

“

300

Calcium - 500-1000

“

Magnesium - 200-300

“

REQUIREMENT: micro element

Iron 7-10 Zinc 5 Boron 10-20 Manganese 5-7 Molybdenum 2

gr/Ha/day “ “ “ “

Ca and k competition

Ca and k competition Конкуренция Ca и К

Diagnosis of Nutrition elements status in the plant

What is the best method? Soil test, plant analysis or visual ?

Visual observation Quick, not destructive, precise On the other hand its… Hard to learn, sometimes its too late combined or low level deficiencies are hard to detect

Visible

Place of Deficiency / excessive in the leaves Location All

Mature

Young

Element

Excessive fertilization

Fertilizer leakage

Tomato Nutrition Deficiencies -N +N P

Tomato Blossom end rot

â&#x20AC;˘Blossom-end rot: a lack of calcium in the fruit. Usually the result of problems transporting fruit water, salinity, ammonia concentration, high potassium and magnesium

Вершинная гниль

•Вершинная гниль: недостаток кальция в плодах. •Как правило, результат недостаточного количества влаги, засоленности почвы, высокой концентрации аммиака, калия и магния

Potassium deficiency Yellow upper edges of leaves turn later in the walls. Lack of uniformity in appearance of the color red fruit and ripening

Дефицит калия •Yellow upper edges of leaves turn later in the walls. Lack of uniformity in appearance of the color red fruit and ripening •Пожелтение и дальнейшее закручивание листьев по краю. Отсутствие единообразия, покраснение фруктов, неравномерное созревание

Magnesium deficiency

Cucumber Nutrition Deficiencies N

excessive B

Pepper Nutrition Deficiencies Ca

Strawberries Nutrition Deficiencies K

Nutrition elements consumption in crops

Optimal fertilization… a complicated task Tools for setting a good fertilization regime: Soil test, on-line analysis and monitoring Documentation Uptake curves

Nutrient uptake rates (g / plant)

Nutrient Uptake Rates for Tomatoes * 12 -

10 -

N 8 6 -

Ca 4 -

P Mg

2 l

0 -1 2

3 4

Transplant

5 6

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

Flowering and fruiting

Vegetative growth

Time (weeks)

Harvest * - (source: Huett 1985)

Интенсивность поглощения элементов (г / раст.)

Nutrient Uptake Rates for Tomatoes * 12 -Интенсивность поглощения питательных K элементов на примере томатов 10 -

N 8 6 -

Ca 4 -

P Mg

2 l

0 Высаживание -1 2 3 4

5 6

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

Цветение и созревание

Вегетативный рост

Time (weeks)

Урожай * - (source: Huett 1985)

ELEMENT COMPOSITION OF TOMATO PLANT

CaO 25%

MgO 7%

N 25%

N 29%

P2O5 5%

K2O 39%

P 2O 5 4%

ELEMENTS COMPOSITION OF TOMATO FRUIT MgO CaO 3% 6%

K2O 57%

элементный состав СТЕБЛЯ ТОМАТОВ

CaO 25%

PLANT

MgO 7%

N 25%

K2O 39%

P 2O 5 4%

элементный состав ПЛОДА ТОМАТОВ N 29%

P2O5 5%

MgO 3%

CaO 6%

FRUIT

K2O 57%

9 NUTRIENTS UPTAKE DURING GROWTH STAGES OF MELONS 8 7 -

Nutrient Use Uptake (kg / ha / day)

6 -

5 4 3 -

N 2 1 0 -

P l

100

Days (after transplanting or emergence)

110

NUTRIENTS UPTAKE DURING GROWTH STAGES OF MELONS ПОГЛОЩЕНИЕ ПИТАТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ НА ЭТАПАХ ВЫРАЩИВАНИЯ ДЫНЬ 9 -

Поглошение (кг / га / день)

8 -

7 6 5 -

4 3 -

P 2 l

1 10 0 -

100

Дней (после высадки рассады или всхода)

110

120

Total Nutrient Uptake (kg / ha )

NUTRIENT UPTAKE BY POTATOES THROUGH THE SEASON *

400 350 -

300 -

KNO3

250 200 -

Bulking up

150 100 -

50 0 -

44 * - Harris (1978)

108

Days After Planting

118

128

142

Removal of Nutrients in Tubers * 5.5 5.0 -

5.2

kg / tone tubers

4.5 4.0 -

3.5 3.0 -

3.0

2.5 2.0 -

1.5 -

1.2

1.0 0.5 0.0 -

P2O5

K2O

0.2

0.3

CaO

MgO

* - Loueâ&#x20AC;&#x2122;, (1977)

Removal of Nutrients in Tubers * Вынос пит. веществ в клубнях 5.5 -

5.2

кг / тонн клубней

5.0 4.5 4.0 -

3.5 3.0 -

3.0

2.5 2.0 1.5 -

1.2

1.0 0.5 0.0 -

* - Loue’, (1977)

P2O5

K2O

0.2

0.3

CaO

MgO

Uptake curves Daily nutrient uptake rates (for optimum yield and quality), * - Depend on climatic conditions * - Independent of soil characteristics and of irrigation technic Consumption * - Not monotonic - sharp changes at critical physiological stages.

Over fertilization may lead to: * - Salinity buildup * - Reduced intake of other nutrients

Sub-optimal supply may result in: * - Depletion of nutrients from the soil * - Inadequate uptake rates.

Uptake curves Кривые поглощения Сут. норма поглощения пит. элементов (для миним. урожайности и качества),

* - Зависит от климатических условий * - Не зависит от характеристик почвы и поливной техники

Потребление * - Неоднородное - резкие изменения на критических физиологических стадиях. Перенасыщение может привести к: * - засоленности * - снижению потребления других питательных веществ

Недостаток может привести к: * - Истощению питательных веществ в почве * - Недостаточным темпам поглощения.

Thank you

CLAY SOIL SANDY SOIL