Поглощение азота растениями

Растения способны поглощать азот в основном в двух неорганических формах: ниتراتной (NO₃⁻) и аммонийной (NH₄⁺). Нитратная форма характерна для хорошо аэрированных почв и является наиболее мобильной в почвенном растворе. Аммонийная форма преобладает в слабокислых и слабо аэрированных почвах, где нитрификация протекает медленно. Органические формы азота (аминокислоты, пептиды) могут усваиваться отдельными видами растений, но в почвенной агрохимии их значение считается второстепенным.

Ключевые факторы, влияющие на усвоение азота растениями:

• Почвенная влажность – оптимальная влагоёмкость обеспечивает растворение азотных соединений и их транспорт к корням.
• Температура – процессы поглощения активнее при 15–30 °C.
• pH почвы – аммоний лучше усваивается в слабокислой среде (pH 5,5–6,5), нитраты – при нейтральной или слабощелочной.
• Состав и структура почвы – высокая пористость и содержание гумуса увеличивают доступность азота.

Механизмы поглощения

Азот поступает в растение двумя основными путями:

1. Пассивный транспорт – осуществляется по градиенту концентрации через мембраны корневых клеток. Преимущественно характерен для нитратов, которые легко диффундируют в апопласт.
2. Активный транспорт – требует затрат энергии (АТФ) для перемещения ионов через мембрану против градиента. Аммоний и нитраты активно захватываются специфическими переносчиками на плазматической мембране корневых клеток.

После поступления в клетки корней азот подвергается редукции и ассимиляции:

• Нитраты сначала восстанавливаются до нитритов под действием нитратредуктазы, затем до аммония.
• Аммоний сразу включается в синтез аминокислот через глутаминсинтетазный путь.

Влияние физиологических особенностей растений

Разные виды и сорта растений имеют различную способность к поглощению форм азота.

• Зерновые культуры предпочитают нитратную форму, хотя способны усваивать и аммоний.
• Бобовые способны фиксировать атмосферный азот через симбиоз с бактериями рода Rhizobium, но поглощают также нитратный и аммонийный азот из почвы.
• Теплолюбивые растения (кукуруза, сорго) интенсивнее усваивают нитраты при высоких температурах и достаточной влажности.

Физиологическое состояние корневой системы напрямую влияет на скорость поглощения. Разветвлённая и развита зона корнеобразования увеличивает контакт с почвенным раствором и эффективность усвоения азота.

Роль почвенного поглощающего комплекса

Азот в почве может находиться в растворимой форме, но значительная часть связана с коллоидными частицами и гумусом. Катионообменная способность (КАС) и антионная буферность почвы регулируют доступность аммония и нитратов.

• Аммоний связывается с отрицательно заряженными коллоидами, что уменьшает его потери при вымывании и обеспечивает постепенное поступление к корням.
• Нитраты слабо удерживаются почвой, поэтому интенсивно вымываются, особенно в песчаных и супесчаных почвах, что делает их доступность кратковременной.

Временные и сезонные колебания поглощения

Поглощение азота зависит от стадии роста растений:

• В фазе активного вегетативного роста скорость поглощения максимальна.
• В фазе созревания происходит снижение интенсивности, особенно при ограниченном доступе воды и питательных веществ.

Сезонные изменения также определяют эффективность усвоения: весной и летом при умеренной температуре и достаточной влажности поглощение азота выше, чем осенью при низких температурах и высокой влажности, когда процессы нитрификации замедлены.

Взаимодействие аммония и нитратов

Совместное присутствие аммония и нитратов в почве часто улучшает их усвоение растениями. Аммоний способствует частичному подкислению апопласта корней, что увеличивает активность нитратредуктазы и ускоряет редукцию нитратов. Соотношение форм азота регулирует метаболизм и синтез белка в растении.

Патологические и экологические аспекты

Избыточное поступление нитратов может привести к накоплению их в листьях и стеблях, снижению качества урожая и увеличению риска нитратной интоксикации. Недостаток аммония замедляет синтез аминокислот и белков. Эффективное усвоение азота тесно связано с оптимизацией агротехнических приёмов: своевременное внесение удобрений, поддержание влажности и аэрации почвы, подбор форм азота в зависимости от культуры и почвенных условий.