Soil Fertility & Plant Nutrition

Transcript

1 Soil Fertility & Plant Nutrition Basic Soil- Plant Relationships E. Katsalirou Spring 2013 Ταφυτάκαιτοριζικότουςσύστημα: Μεταφορά& πρόσληψη θρεπτικών στοιχείων Σκοποί: Ανάπτυξη& κατανόησητωντριώντρόπωνμετους οποίους τα θρεπτικά του εδάφους φτάνουν στο ριζικό σύστημα των φυτών Ανάλυση των κύριων μηχανισμών εφοδιασμού για κάθε απαραίτητο θρεπτικό στοιχείο Γνώσητουπωςταχαρακτηριστικάτωνριζώνκαιτου ριζικού συστήματος επηρεάζουν την πρόσληψη των θρεπτικών στοιχείων Περιγραφήτουτρόπουμετονοποίοταφυτά απορροφούν τα θρεπτικά που χρειάζονται

2 Ταφυτάκαιτοριζικότουςσύστημα Γιανασυμβείηπρόσληψηκάποιουθρεπτικούθα πρέπει αυτό να φτάσει στην επιφάνεια της ρίζας του φυτού Αυτό επιτυγχάνεται αφενώς μέσω της κίνησης των θρεπτικών στο εδαφικό περιβάλλον και αφετέρου μέσω της ανάπτυξης των ριζών ΜέροςΑ: Κίνησηιόντωναπότοέδαφοςπροςτιςρίζες Τρεις οι κύριες μέθοδοι εφοδιασμού των ριζών με θρεπτικά Ανταλλαγή εξ επαφής Μαζικήροή Διάχυση

3 Εφοδιασμός με θρεπτικά vs. Μεταφορά θρεπτικών Ανταλλαγή εξ επαφής Αποκλειστικά μηχανισμός εφοδιασμού Μαζικήροήκαιδιάχυση Μηχανισμοί εφοδιασμού και μεταφοράς Κατανόηση των μηχανισμών κίνησης των θρεπτικών Σημαντικό για την κατανόηση Συνεπειών στο περιβάλλον Πρόσληψη των θρεπτικών Ανταλλαγή εξ επαφής ΟΙ ρίζες μεγαλώνουν στο έδαφος Έρχονταισεεπαφήμετιςεπιφάνειεςτων εδαφικών τεμαχιδίων Οι επιφάνειες των ριζών ακουμπούν τα θρεπτικά που πρόκειται να προσροφήσουν

4 Ικανότητα ανταλλαγής κατιόντων των ριζών Κυρίως εξαιτίας των παρουσίας καρβοξυλικών ομάδων (όπωςκαιμετηνοργ. ουσία) COOH COO - + H + Μονοκότυλα meq/100 g Προσλαμβάνουν πιο εύκολα μονοσθενή κατιόντα Δικότυλα meq/100 g Προσλαμβάνουν πιο εύκολα δισθενή κατιόντα Ανταλλαγή εξ επαφής ΡιζικότριχίδιοH +, K + Επιφάνεια εδαφικού κολλοειδούς (άργιλος ή ΟΟ) ανταλλαγή Ριζικότριχίδιο K +, H + Επιφάνεια εδαφικού κολλοειδούς (άργιλος ή ΟΟ)

5 Θρεπτικά που προσλαμβάνονται από τις ρίζες Η ποσότητα εξαρτάται από: Η συγκέντρωση του θρεπτικού στο έδαφος Οόγκοςτουεδάφουςόπουεξαπλώνεταιτοριζικό σύστημα ΟΙρίζεςσυνιστούν<1% ως~2% τουόγκουτου εδάφους Ακόμηκαιστοεπιφανειακόστρώμαόπουη πυκνότητα των ριζών είναι μεγαλύτερη Διαφορετικά φυτά έχουν διαφορετικό όγκο ριζών καταλαμβάνουν διαφορετικό όγκο εδάφους Ανταλλαγή εξ επαφής Σχετικά μικρή ποσότητα θρεπτικών προσλαμβάνεται με αυτό τον τρόπο Έχει σημαντική συμβολή για τα θρεπτικά που φτάνουν στην επιφάνεια των ριζών Ιδιαίτερα σημαντικός μηχανισμός για: Τα θρεπτικά που βρίσκονται σε υψηλές συγκεντρώσεις(π.χ. Ca, Mg) Για θρεπτικά που απαιτούνται σε μικρές ποσότητες (π.χ. Zn, Mn, και άλλα μικροθρεπτικά)

6 Παράγοντες που επηρεάζουν την ανταλλαγή εξ επαφής Οποιοσδήποτε παράγοντας εμποδίζει την ανάπτυξη των ριζών Έλλειψη υγρασίας- Φτωχός αερισμός Συμπίεση ΌξινοpH Ασθένειες ριζών, έντομα, νηματώδεις Υψηλές/χαμηλές θερμοκρασίες εδάφους Ηανάπτυξητωνριζώνείναιαπαραίτητηγιαόλους τους μηχανισμούς εφοδιασμού με θρεπτικά, αλλά είναι απολύτως απαραίτητη για να συμβεί η ανταλλαγή εξ επαφής Μαζική ροή Διαλυμένα θρεπτικά μεταφέρονται μέσω της ροήςτουνερούστιςρίζεςτωνφυτών Η ροή κατευθύνεται από: Διαπνοή(κύριος παράγοντας) Εξάτμιση Διήθηση νερού

7 Εφοδιασμός θρεπτικών μέσω μαζικής ροής: Ποσότητα ανάλογη: Ρυθμού ροής(όγκο νερού ποου διαπνέεται) Συγκέντρωση θρεπτικού στο εδαφικό διάλυμα Εφοδιάζει τις > ποσότητες για τα«ευκίνητα» θρεπτικά NO 3-, SO 4 2-, Cl -, καιh 3 BO 3 Συχνά παρέχει > από τις απαιτούμενες ποσότητες σεca,mg ΜπορείναικανοποιήσειτιςανάγκεςγιαCu, Mn, καιmo Μπορεί να παρέχει σημαντικό μέρος των απατούμενων ποσοτήτων για τα Fe και Zn Παράγοντες που επηρεάζουν τη μαζική ροή Περιεκτικότητα εδάφους σε νερό Ξηρό έδαφος- καμιά μετακίνηση θρεπτικών Θερμοκρασία Χαμηλές θερμοκρασίες μειώνουν διαπνοή και εξάτμιση Μέγεθος ριζικού συστήματος Επηρεάζει την πρόσληψη νερού(και συνεπώς την μετακίνηση θρεπτικών) Ποσότητα νερού και όγκο εδάφους από τον οποίο προέρχεται Πυκνότητα ριζών λιγότερο σημαντική για τον εφοδιασμό με θρεπτικά μέσω μαζικής ροής

8 Διάχυση Μετακίνηση ιόντων από περιοχές υψηλής συγκέντρωσης προς περιοχές χαμηλής συγκέντρωσης Οι ρίζες απορροφούν θρεπτικά από το εδαφικό διάλυμα Η συγκέντρωση του εδαφικού διαλυματος στην επιφάνεια της ρίζας είναι μειωμένη σε σχέση με το σύνολο του εδαφικού διαλύματος Τα ιόντα διαχέονται ακολουθώντας την κλίση(πτώση) της συγκέντρωσης προς την επιφάνεια της ρίζας Θρεπτικά που κινούνται με διάχυση Σημαντικός μηχανισμός για θρεπτικά που αλληλεπιδρούν ισχυρά με το έδαφος Κύριος μηχανισμός εφοδιασμού P και K ΣημαντικόςκαιγιαμικροθρεπτικάειδικάταFe καιzn

9 Παράγοντες που επηρεάζουν τη διάχυση Fick s Law dc/dt = De* A * dc/dx dc/dt = ρυθμός διάχυσης(μεταβολή της συγκέντρωσης με το χρόνο) De = effective συντελεστής διάχυσης A = επιφάνειαδιαμέσωτηςοποίαςσυμβαίνειη διάχυση dc/dx = βαθμίδα συγκέντρωσης(μεταβολή της συγκέντρωσης με την απόσταση) Παράγοντες που επηρεάζουν τη διάχυση Ο ρυθμός διάχυσης έιναι ευθέως ανάλογος προς τη βαθμίδα συγκέντρωσης, το συντελεστή διάχυσης και την διαθέσιμη επιφάνεια για να συμβεί διάχυση (Effective) συντελεστής διάχυσης De= Dw*θ* (1/T) * (1/b) Dw = συντελεστής διάχυσης στο νερό θ = περιεκτικότητα εδάφους σε υγρασία κ.ο. T =συντελεστής στρεβλότητας(turtuocity) b = ρυθμιστική ικανότητα εδάφους

10 Effective Συντελεστής Διάχυσης Συντελεστής διάχυσης στο νερό(dw) Περιλαμβάνει τον παράγοντα θερμοκρασία Κρύο νερό = αργή διάχυση Περιεκτικότηταεδάφουςσευγρασία(θ ν ) Πιοξηρόέδαφος= Πιοαργήδιάχυση Μικρότερη υγρασία = Μικρότερη περιοχή για διάχυση Πολυπλοκότητα(Τ) Οι διαδρομές διάχυσης εντός του εδάφους δεν είναι προφανείς Συμβαίνουν γύρω από τα εδαφικά τεμαχίδια, μέσω λεπτών υμενίων νερού Επηρεάζοναται από την μηχανική σύσταση και την περιεκτιοκότητα σε υγρασία >% αργίλου = μεγαλύτερες διαδρομές διάχυσης Λεπτότερα υμένια νερού = επιμηκυσμένες διαδρομές Ρυθμιστική ικανότητα(b) Τα θρεπτικά καθώς κινούνται μέσα στο έδαφος μπορεί να απομακρυνθούν με προσρόφηση, μειώνοντας έτσι το ρυθμό διάχυσης Πόσο μακρια τα θρεπτικά διαχέονται σε μια καλλιεργητική περίοδο? Οι αποστάσεις διάχυσης είναι πολύ μικρές K ~ 0.2 cm P ~ 0.02 cm Τομέγεθοςκαιηπυκνότητατουριζικού συστήματος του φυτού είναι πολύ σημαντικά για τα θρεπτικά των οποίων ο εφοδιασμός γίνεται με διάχυση Έχει επιπτώσεις για την εφαρμογή των λιπασμάτων

11 Κινητικότητα θρεπτικών στοιχείων Η κινητικότητα επηρεάζει τις συστάσεις λίπανσης και την διαχείριση του θρεπτικού στο περιβάλλον Η κινητικότητα εξαρτάται από την ένταση των αλληλεπιδράσεων μεταξύ εδάφους και θρεπτικών Τα θρεπτικά των οποίων ο εφοδιασμός γίνεται κύρια μέσωμαζικήςροήςθεωρούνται«ευκίνητα»(π.χ. N, S, Cl, B) Τα θρεπτικά των οποίων ο εφοδιασμός γίνεται κύρια μέσω διάχυσης θεωρούνται«δυσκίνητα» θρεπτικά (π.χ. P, K) Δυσκίνητα θρεπτικά Η απόδοση των καλλιεργειών ανάλογη των συγκεντρώσεών τους κοντά στην επιφάνεια των ριζών Τα επίπεδα επάρκειας για το θρεπτικό βασίζονται στην σχετικό δυναμικό παραγωγής της καλλιέργειας(relative yield potential) Δεν διαφοροποιούνται με τις συνθήκες ανάπτυξης Υπό ευνοϊκές συνθήκες ανάπτυξης, μεγαλύτερη ανάπτυξη ριζικού συστήματος ευνοεί την πρόσληψη του θρεπτικού Αναλογική τροφοδότηση Τα εδαφικά τέστ αποτελούν δείκτες διαθεσιμότητας Εκτίμηση των σχετικά διαθέσιμων ποσοτήτων των θρεπτικών Ποσοστό επάρκειας ΟΙ συστάσεις λίπανσης δεν βασίζονατι στο στόχο συγκομιδής

12 Ευκίνητα θρεπτικά Η απόδοση ανάλογη της συνολικής ποσότητας του θρεπτικού στη ζώνη του ριζοστρώματος Τα επίπεδα επάρκειας για το θρεπτικό διαμορφώνονται από τις συνθήκες καλλιέργειας και τον απόλυτο στόχο συγκομιδής Η πυκνότητα τν ριζών έχει περιορισμένη επίδραση στην πρόσληψη του θρεπτικού Ταεδαφικάτέστπρέπειναεκτιμούντησυνολική ποσότητα του θρεπτικού στη ζώνη του ριζοστρώματος ΟΙ συστάσεις λίπανσης εξαρτώνται από το στόχο συγκομιδής ΜέροςB Ανάπτυξη ριζών και απορρόφηση θρεπτικών Υγιή, εύρωστα ριζικά συστήματα Ειδική επιφάνεια ριζών

13 Υγιή, εύρωστα ριζικά συστήματα Εκτεταμένο, καλά κατανεμημένο ριζικό σύστημα Απομακρύνουν θρεπτικά από μεγαλύτερο όγκο εδάφους Εξασφαλίζουν μεγαλύτερη παροχή θρπεπτικών Προσλαμβάνουν περισσότερα θρεπτικά Σημαντικά χαρακτηριστικά ριζών: Μήκος ριζών Κάθετων και οριζόντιων Διακλάδωση ριζών Ριζικά τριχίδια Ειδική επιφάνεια ριζών Σημαντικός παράγοντας πρόσληψης Μέγεθος επιφάνειας πρόσληψης στις ρίζες Μικρές και λεπτές ρίζες έχουν μεγαλύτερη ειδική επιφάνεια από ίδια μάζα μεγαλύτερων ριζών Προσαρμογές για αύξηση της ειδικής επιφάνειας Ριζικά τριχίδια Μυκόρριζες

14 Ριζικά τριχίδια Κάθετες προεκτάσεις της επιδερμίδας ακριβώς πίσω από το ακρορρίζιο Αυξάνουν την ειδική πειφάνεια της ρίζας κατά 2-10 φορές Μήκος ~ mm, εξαρτάται από το είδος φυτού και το περιβάλλον ΣεεδάφηφτωχάσεP, ταριζικάτριχίδιαέχουν μεγαλύτερο μήκος Διάρκεια ζωής από μερικές ημέρες ως μερικές εβδομάδες Απαιτείται συνεχής ανάπτυξη των ενεργών ριζών-τροφοδοτών για τη συνεχή ανανέωση αυτών των σημαντικάνω επιφανειών απορρόφησης θρεπτικών Μυκορριζες Λειτουργούν ως επεκτάσεις των ριζικού συστληματος των φυτών «μυκηλιακές ρίζες" Συμβιωτικές σχέσεις βεταξύ μυκήτων τοπυ εδάφους και των ριζών των φυτών Μυκόρριζες επωφελούνται λαμβάνοντας φωτοσυνθετικά προϊόντα(τροφή) από τις ρίζες Τα φυτά επωφελούνται κεθώς λαμβάνουν επιπλέον νερό και θρεπτικά

15 Mycorrhizae Μπορείναεκτείνονταιωςκαι7,5 cmστοέδαφοςπου περιβάλλει τη ρίζα Αυξάνουν την ειδική επιφάνεια των ριζών ως 10 φορές Ιδιαίτερα σημαντικές στην πρόσληψη του P ΣταφτρωχάσεΡεδάφη Συμβάλλουν θετικά και στην πρόσληψη Zn και Cu Η καλλιέργεια του εδάφους αναστέλλει(ενοχλεί) τις μυκόρριζες Επίσης μικρότερο το δίκτυό τους όταν τα επίπεδα θρε[πτικάνω στο έδαφος είναι υψηλά Εδαφικές ιδιότητες που επηρεάζουν την ανάπτυξη των ριζών Δομή Συμπίεση Ισορροπία αέρα-νερού αερισμός Ικανότητα συγκράτησης υγρασίας ph Ασθένειες, έντομα, νηματώδεις Θερμοκρασία

16 Απορρόφηση ιόντων από τις ρίζες Τα περισσότερα θρεπτικά απορροφούνται από τις ρίζες σε ανόργανη μορφή Μετάτηνάφιξήτουςστηνεπιφάνειατωνριζών τα ιόντα-θρεπτικά ακολουθούν μια σειρά ενεργειών για να μεταφερθούν στα φύλλα των φυτών Παθητική πρόσληψη από τις ρίζες Ενεργός προσληψη από τις ρίζες Μετατόπιση(μεταστέγαση)