Токсичность и концентрация фосфора в высших растениях — Наука в гидропонике

Если вы будете искать в Интернете симптомы отравления питательными веществами, вы часто найдете четкие изображения и описания для большинства элементов. Дайте растению слишком много азота, и оно вырастет длинноногим и слабым, с темными листьями и длинными стеблями, дайте ему слишком много бора, и вы увидите пожелтение и некроз тканей. Однако вам будет сложно найти описание симптомов отравления калием (K) или фосфором (P). Действительно ли нет токсичности P или K? Почему у них нет картинок или четких представлений о том, как выглядят эти проблемы? Сегодня я собираюсь немного поговорить о токсичности фосфора и о том, почему так трудно достичь уровней, при которых растения очень негативно реагируют на ионы из семейства фосфатов. Размещенные изображения были взяты из статей, процитированных в этом посте.

–

–

Вы часто найдете веб-сайты, которые говорят о токсичности фосфора, говоря, что это редкость или что она вызывает в основном проблемы с другими элементами. В целом увеличение концентрации P может вызвать проблемы с другими элементами, особенно из-за растворимости солей дигидрофосфата ( H₂ПОСЛЕ₄^–), соли, которые образуются с ионной формой фосфата, которая в основном присутствует при значениях pH, используемых в гидропонике (5,5-6,5), могут быть очень нерастворимыми. Вам будет трудно найти значения растворимости для дигидрофосфатов тяжелых металлов, но можно разумно предположить, что дигидрофосфаты Fe, Zn и Cu плохо растворимы. Однако дигидрофосфат кальция имеет растворимость 20 г/л при 25°C и, следовательно, очень хорошо растворим, поэтому проблем с кальцием нет из-за большого количества фосфора (эта соль также известна как монофосфат кальция).

Растворимость дигидрофосфата кальция на самом деле очень важна, потому что каменный фосфат – трикальцийфосфат – является одним из основных источников фосфора в почве и растворяется с образованием протонированных фосфатов при pH, обычно создаваемом вокруг корней растений. Это означает, что многие растения развивались в условиях очень больших случайных концентраций дигидрофосфата вокруг них, и поэтому они создали механизмы, снижающие поглощение фосфора из действительно высоких концентраций.

–

–

О вышеизложенном есть веские доказательства. На самом деле растения, которые развивались в почвах с низким содержанием фосфора, не развили механизмов подавления и проявляют токсичность фосфора даже при умеренных концентрациях этого элемента. Некоторые растения, произрастающие в Австралии, демонстрируют такое поведение. Подробнее об этом можно прочитать здесь. В связи с этим многие растения можно выращивать на средах, дополненных удобрениями, которые создают большие локальные концентрации фосфора при поливе, не оказывая сильного негативного воздействия. Обратите внимание, однако, что растения значительно устранят эти механизмы подавления, если они находятся в среде с дефицитом фосфора, и если вы будете кормить их фосфором быстро, вы можете вызвать токсичность фосфора только потому, что растение не может достаточно быстро отреагировать на значительное увеличение концентрации фосфора. См., например, это исследование с использованием ячменя с дефицитом фосфора, который накапливал токсичные уровни фосфора при добавлении, хотя этого не происходило, когда растения постоянно подвергались воздействию высоких уровней фосфора.

В гидропонике мы видим, что избыток фосфора проявляется в дефиците других элементов из-за проблем с растворимостью кислых фосфатов тяжелых металлов, упомянутых выше. Несколько исследований показывают тесную связь между концентрацией фосфора и наличием некоторых микроэлементов. Например, в этой статье показана взаимосвязь между фосфором и цинком и то, как эта взаимосвязь соответствует осаждению фосфата цинка в корнях. Однако, если тяжелые металлы правильно хелатированы, мы фактически не видим этих проблем. Я провел эксперименты с растениями — базиликом и мятой — культивируемыми в среде с 600 ppm фосфора, и не обнаружил каких-либо существенных проблем, хотя мне не удалось найти никаких документов, описывающих эксперименты при таких экстремальных концентрациях фосфора.

–

–

Чем больше P, тем лучше? Исследования томатов показывают лучшую реакцию на соленость при более высоких концентрациях фосфора (например, здесь). Хотя самая высокая испытанная здесь концентрация составляет 61 ppm (2 мМ), что выше, но все же близко к тому, что обычно используется в гидропонной культуре томатов (30-50 ppm). Также было обнаружено, что перец табаско лучше растет при более высоких концентрациях фосфора (см. здесь). Исследование изменения концентрации фосфора в майоране показало более низкие концентрации эфирного масла при более высоких уровнях фосфора, хотя эти уровни также составляют около 60 частей на миллион. Салат, с другой стороны, показывает увеличение сесквитерпеновых лактонов при высоких уровнях фосфора (см. здесь). Есть несколько публикаций о токсичности фосфора для высших растений, особенно эта о томатах, где проблемы, вызванные фосфором, обычно связаны с ранее упомянутыми проблемами питательных микроэлементов и концентрацией фосфора в тканях листьев выше 1%.

Таким образом, токсичность фосфора в значительной степени зависит от типа растения и его способности регулировать поглощение фосфора, а также, скорее всего, в значительной степени зависит от концентрации питательных микроэлементов, а также силы и стабильности хелатирующих агентов, используемых для предотвращения осаждения фосфатов тяжелых металлов. Я не смог найти исследований с фосфором в очень высоких концентрациях (>=20 мМ) с использованием хелатных источников тяжелых металлов, поэтому это интересная тема для исследований для всех, кто интересуется изучением пределов поглощения фосфора.