Функции основных питательных элементов NPK

Для чего нужны основные питательные вещества растению? Детально разбираемся с точки зрения биохимии. 

Каннабис содержит множество химических элементов, необходимых для его роста, развития и функционирования. Всего в каннабисе может быть обнаружено до 60 различных элементов, однако жизненно необходимыми являются 20 из них. Эти элементы классифицируются на три категории в зависимости от их количества и важности: макроэлементы (необходимы растениям в больших количествах, они играют ключевую роль в основных физиологических и биохимических процессах), мезоэлементы (необходимы в умеренных количествах и играют важную роль в поддержании здоровья растения и его устойчивости к стрессам) и микроэлементы (необходимы в небольших количествах, но они критически важны для различных ферментативных реакций и общего метаболизма растения).

Химический состав каннабиса, жизненно необходимые элементы:

Углерод, водород и кислород

Углерод, водород и кислород – основа всех живых существ, что объясняет их значительное количество по сравнению с другими элементами. Эти элементы поступают в организм растений через фотосинтез и поглощение воды, обеспечивая необходимые строительные материалы для формирования разнообразных органических соединений. Эти соединения составляют основу структуры и функции клеток, участвуют в метаболических процессах и обеспечивают рост и развитие.

• Углерод (C): Поступает в растения в процессе фотосинтеза из углекислого газа (CO₂) в атмосфере. Углерод составляет основу всех органических молекул, включая углеводы, белки и липиды. 40-50% от общей массы.
• Водород (H): Поступает в растения через воду (H₂O), поглощаемую из почвы. Водород участвует в образовании воды и органических соединений. 6-7 % от общей массы.
• Кислород (O): Также поступает в растения через воду и углекислый газ. Кислород необходим для фотосинтеза и клеточного дыхания, а также для окисления глюкозы с целью производства АТФ (энергии). 40-45% от общей массы.

Эти элементы составляют около 90% от сухой массы растения и поглощаются пассивным путём. Остальные элементы каннабис получает в процессе минерального питания. Разобравшись с основным объемом массы, давайте перейдём к основным питательным элементам, которые растение потребляет – азоту, фосфору и калию.

Азот (N — Nitrogenium)

Плодородные качества азота были признаны задолго до научного открытия самого элемента. Если исключить использование навоза различных животных для улучшения почвы в древних цивилизациях, первые научные записи об использовании азотных добавок относятся к XII веку. В работе De mirabilibus mundi («О чудесах мира») Альберт Великий, известный философ, теолог и учёный, описывает использование селитры (нитрата калия) не только в качестве компонента для изготовления пороха, но и для других целей, включая сельское хозяйство.

Первое упоминание об азоте принадлежит И.Р. Глауберу, который называл элемент nitrum или «начало селитры». Он писал: «Может быть, «начало селитры» и есть «азот», о котором пишут философы?».

Слово «азот» появилось параллельно с открытием элемента nitrum и принадлежит алхимикам. Они подразумевали под этим словом некий таинственный талисман, ключ к красоте, молодости и богатству, а иногда и философский камень, якобы способный превращать все металлы в золото. Это слово было искусственно создано самими алхимиками: они взяли первую букву трех наиболее известных тогда алфавитов — латинского, греческого и еврейского, то есть «A», и последние буквы тех же алфавитов: «Z» (в латинском), «Ω» (омега, долгое «О») — в греческом и «ת» (тав) — в еврейском. Так появилось слово Azoth (или Azot), символизирующее некую сущность в духе апокалипсиса: «Аз есмь альфа и омега, начало и конец».

Поэтому, когда И.Р. Глаубер говорил, что «душа селитры» и есть «азот философов», это не следует понимать так, что он имел в виду азот в современном смысле. Это было лишь фигуральное сравнение, использованное для того, чтобы подчеркнуть важность «начала селитры».

Азот и каннабис

Мы предоставляем азот нашим растишкам в трёх формах — нитратный азот (NO₃⁻), аммонийный азот (NH₄⁺) и органический азот. Каждая из этих форм имеет свои особенности и взаимодействует с растениями по-разному.

Нитратный азот (NO₃⁻):

Основная форма, усваиваемая растениями. Нитраты поглощаются корнями и транспортируются в надземную часть, где восстанавливаются до аммония. Затем аммоний используется для синтеза аминокислот и белков.

Нитратный азот стимулирует рост и развитие надземной части растений, способствуя формированию зелёной массы.

Аммонийный азот (NH₄⁺):

Менее подвижен в почве, по сравнению с нитратным. Хорошо адсорбируется почвенными частицами, такими как гумус и органические остатки. Аммоний быстро встраивается в органические соединения и используется непосредственно для синтеза аминокислот и белков. Способствует развитию корневой системы и улучшает устойчивость растений к стрессам.

Аммонийный азот способствует развитию корневой системы и улучшает устойчивость растений к стрессам.

Органический азот:

Органический азот содержится в составе органического вещества почвы — гумуса и растительных остатков, и не доступен растениям в своей первоначальной форме. Чтобы стать доступным для поглощения, органический азот должен пройти процесс минерализации. Этот процесс осуществляется почвенными микроорганизмами, которые разлагают органическое вещество, высвобождая аммоний и нитраты. Высвобожденный аммоний может поглощаться растениями или подвергаться нитрификации (превращение в нитраты) в почве.

Органический азот обеспечивает медленное и устойчивое снабжение растений азотом.

Основные функции азота в жизни каннабиса

1) Синтез белков и аминокислот:

Азот является основным компонентом аминокислот, которые объединяются в белки. Белки выполняют множество функций, включая структурные (образование клеточных стенок), каталитические (ферменты / энзимы), транспортные (перенос веществ внутри клетки) и регуляторные (гормоны).

2) Формирование нуклеиновых кислот:

Азот входит в состав нуклеиновых кислот (ДНК и РНК), которые хранят и передают генетическую информацию. Это важно для роста и деления клеток, а также для синтеза белков на основе генетического кода.

3) Производство хлорофилла:

Азот является критическим компонентом молекулы хлорофилла, который необходим для фотосинтеза. Хлорофилл позволяет растению улавливать световую энергию и преобразовывать её в химическую энергию, что жизненно важно для роста и развития растения.

4) Рост и развитие:

Азот стимулирует рост зеленых частей растения, таких как листья и стебли. Он способствует увеличению листовой массы, что повышает способность растения к фотосинтезу и, следовательно, к производству энергии и биомассы.

5) Энергетический метаболизм:

Азот входит в состав АТФ (Аденозинтрифосфат), который является основным переносчиком энергии в клетках. АТФ используется в различных метаболических процессах, обеспечивая энергию для роста и развития.

Признаки дефицита азота

Хлороз: Дефицит азота проявляется в виде хлороза листьев, поднимающегося снизу вверх (от старых к новым). Так  каннабис перемещает азот из старых тканей к новым растущим частям для обеспечения питания наиболее важных структурных элементов — новые листья, точки роста, соцветия.

Пожелтение самых нижних, затенённых листьев не является дефицитом хлороза. Так каннабис избавляется от ненужных листьев, ведь на поддержание их жизнедеятельности уходит больше сил, чем профит от их наличия.

Побочный эффект: Недостаток азота приводит к тому, что стебли и листья становятся тонкими и слабыми, что ухудшает общее состояние растения и снижает его устойчивость к стрессам и заболеваниям.

Фосфор (P — Phosphorus)

Первым упоминанием фосфора в качестве самостоятельного элемента можно считать работы арабских алхимиков XII века, которые получали его после перегонки мочи с песком и углём. Но все же общепринятой датой открытия фосфора считается 1669 год, когда немецкий торговец Хенинг Бранд отделил его подобным же образом во время своих экспериментов в поисках философского камня. Он назвал этот новый элемент «фосфором» по греческому слову φωσφόρος, что означает «носитель света», из-за свойства свечения при воздействии кислорода без нагрева.

Фосфор и каннабис

Каннабис поглощает фосфор в основном в двух формах – ионы фосфата (PO₄³⁻) и органические фосфаты. 

Ионы фосфата:

Минерализированные фосфаты представлены в двух формах – H₂PO₄⁻ (дигидрофосфат) и HPO₄²⁻ (гидрофосфат). Механизм их поглощения одинаковый – корни выделяют органические кислоты (лимонную или яблочную) и ферменты, которые помогают растворить фосфор, переводя их в доступную форму. Однако поглащения каждого зависит от уровня рН среды. Дигидрофосфат при более низком уровне рН, в то время, как гидрофосфат при более высоком. 

• pH ниже 5.5: При сильно кислых условиях большая часть фосфора связывается с алюминием и железом, делая его менее доступным для растений.
• pH 5.5-6.5: В этом диапазоне H₂PO₄⁻ является преобладающей формой фосфата, наиболее доступной для поглощения растениями.
• pH 6.5-7.5: В этом диапазоне H₂PO₄⁻ и HPO₄²⁻ существуют в равновесии, обеспечивая доступность фосфора для растений.
• pH выше 7.5: При щелочных условиях большая часть фосфора связывается с кальцием, что также снижает его доступность.  

Для обеспечения оптимального поглощения фосфатов рекомендуется поддерживать уровень pH почвы в диапазоне 6.0-7.5. Этот диапазон позволяет обеспечить доступность как H₂PO₄⁻, так и HPO₄²⁻, что способствует эффективному питанию растений фосфором.

Органические фосфаты:

Органические фосфаты, как и другие органические формы питательных элементов, нуждаются в обработке микроорганизмами. Однако в этом случае роль микоризы в поглощении фосфора значительно выше. Транспортировка фосфатов происходит за счёт специфических транспортных белков на мембранах клеток корней и требует много энергии (АТФ). Увеличивая площадь всасывания, микоризные организмы увеличивают количество транспортных белков. 

Основные функции фосфора в жизни каннабиса

1) Энергетический обмен и синтез АТФ:

Фосфор является компонентом АТФ, который служит основным источником энергии для клеточных процессов. АТФ участвует в синтезе, делении и росте клеток, а также в транспорте веществ через клеточные мембраны.

2) Фотосинтез:

Фосфор играет важную роль в фотосинтезе, участвуя в образовании и функционировании фотосинтетических ферментов и коферментов (вещества, способствующие воздействию ферментов). Он способствует преобразованию солнечной энергии в химическую энергию.

3) Синтез нуклеиновых кислот:

Фосфор является важным компонентом ДНК и РНК, молекул, которые хранят и передают генетическую информацию, а также участвуют в производстве белков. Это играет ключевую роль в клеточном росте, делении и сохранении генетики. 

4) Рост и развитие корневой системы:

Фосфор стимулирует развитие корневой системы, улучшая укоренение и поглощение воды и питательных веществ. Этот эффект достигается благодаря симбиотическому взаимодействию с микоризными грибами, поскольку фосфор является одним из наиболее активно передаваемых элементов от грибов к растениям.

5) Цветение и плодоношение:

Фосфор входит в состав фосфолипидов, которые являются ключевыми компонентами клеточных мембран. Это особенно важно для развивающихся соцветий, где требуется интенсивный рост клеток и образование новых тканей.

6) Устойчивость к стрессам:

Фосфор помогает растениям справляться с различными стрессовыми условиями, включая засуху и низкие температуры. Он способствует укреплению клеточных мембран и повышению общего иммунитета растения.

Признаки дефицита фосфора

Хлороз:  Листья могут приобретать темную или фиолетовую окраску из-за недостатка фосфора, поскольку этот элемент влияет на процессы фотосинтеза и синтез хлорофилла.

Дефицит может привести к появлению коричневых пятен на листьях, что указывает на нарушение метаболических процессов и транспорта питательных веществ.

Побочный эффект: Недостаток фосфора может привести к уменьшению количества соцветий или цветков у растений. Это связано с тем, что фосфор играет важную роль в развитии цветков и образовании цветочных почек.

Калий (К — Kalium)

Соединения калия были известны людям с древних времён. Они упоминаются в различных источниках, таких как книги Ветхого Завета, древнеегипетские записи и произведения греческих авторов, включая Аристотеля и Диоскорида. У древнеримского естествоиспытателя Плиния также упоминается вещество под названием nitrum. Однако в природе встречались смеси натриевых и калийных соединений, которые использовались как моющие средства и для производства стекла.

Первооткрывателем калия стал английский химик и физик Сэр Хамфри Дэви. В начале XIX века он разработал метод электролиза, пытаясь разложить гидроксиды калия и натрия с помощью тока. В результате Дэви смог впервые выделить калий и натрий в чистом виде, обнаружив, что металлический калий образуется на одном электроде, а натрий – на другом.

Калий и каннабис

Калий не является строительным материалом для растения, но играет важную роль во множестве биологических, химических и физических процессах. Внутри растения он обычно находится в виде ионов (K⁺) и не входит в состав других органических веществ. После поглощения из почвы в виде ионов, калий может временно встраиваться в состав органических молекул, таких как аминокислоты или ферменты, но затем быстро освобождается для участия в различных клеточных процессах и функциях.

Основные функции калия в жизни каннабиса

1) Энергетический обмен и синтез АТФ:

Калий участвует в поддержании электрохимического градиента через клеточные мембраны. Благодаря этому свойству, он поддерживает поток синтеза АТФ, запуская необходимые ферменты. 

2) Регуляция водного баланса:

Калий играет важную роль в регуляции водного баланса в растениях. Он контролирует открытие и закрытие устьиц, через которые растения выпускают воду в процессе транспирации. Калий влияет на функционирование клеточных насосов, которые регулируют потоки воды и ионов в клетках. Когда концентрация калия в клетках высока, устьица открываются, что позволяет активно транспирировать. Это способствует охлаждению растения и поглощению воды и питательных веществ из почвы. 

3) Активация ферментов:

Калий активирует множество ферментов, играющих ключевую роль в метаболических процессах растения, таких как фотосинтез, дыхание и синтез белков.

4) Осмотическое давление:

Калий участвует в формировании осмотического давления в клетках растения, обеспечивая им необходимую тургорную жесткость. Это помогает растениям сохранять форму и поддерживать оптимальное напряжение в клетках.

5) Транспорт питательных веществ:

Калий участвует в транспортировке и распределении других питательных элементов внутри растения, являясь самым мобильным (после водорода) элементом. Это помогает обеспечить равномерное питание всех клеток растения..

6) Устойчивость к стрессам:

Калий повышает устойчивость растений к различным стрессовым условиям, таким как засуха, низкие температуры и заболевания, помогая им лучше переносить неблагоприятные внешние факторы.

Признаки дефицита калия

Хлороз (пожелтение) на краях листьев и между жилками. Калий важен для поддержания функций хлоропластов и синтеза хлорофилла.

Побочный эффект: Каннабис начинает хуже переносить стрессы и более податлив к болезням и атакам патогенов. 

Заключение

Азот, фосфор и калий часто рассматриваются как основа здорового роста и развития каннабиса. Их значение нельзя недооценивать, несмотря на то, что их содержание в растениях не столь невелико по сравнению с углеродом, водородом и кислородом. Эти элементы играют ключевую роль во всех жизненных процессах и считаются неотъемлемой частью получения богатого урожая.

Выбор качественных базовых удобрений открывает доступ к полному раскрытию потенциала каннабиса. Однако стоит помнить, что эти элементы действуют в комплексе, взаимодействуя не только друг с другом, но и с менее задействоваными питательными веществами. Именно в совокупности они обеспечивают оптимальные условия для здорового и продуктивного роста каннабиса.

Желаем всем мощных урожаев! А если у вас возникли траблы, то вы всегда можете обратиться в этот раздел.

Автор: @McFingerFukk

Еще почитать:

• Второстепенные макроэлементы минерального питания: кальций, магний и сера
• Исследование: как проявляются дефициты NPK у каннабиса
• Связь NPK с урожайностью каннабиса при беспочвенном выращивании