Ugrás a tartalomhoz

Agrokémia és növényvédelmi kémia

Loch Jakab – Nosticzius Árpád

Mezőgazda Kiadó

A növényi tápelemek és osztályozásuk

A növényi tápelemek és osztályozásuk

A tápelemek a növény számára nélkülözhetetlen (esszenciális) elemek. Allen és Arnon szerint a tápelemeknek az alábbi kritériumoknak kell megfelelniük:

• az elem hiánya esetén a növény fejlődésében zavar áll be,

• az elem pótlásával a hiánytünetek megelőzhetők vagy megszüntethetők,

• az elem hatása kimutatható az élettani folyamatokban,

• az elem nem helyettesíthető más elemmel.

Mengel szerint tápelemek azok az elemek, amelyek a növények növekedéséhez és zavartalan fejlődéséhez szükségesek, s funkciójukat más elem nem tudja ellátni.

Nélkülözhetetlen elemek: C, H, O, N, P, S, K, Ca, Mg, Fe, Mn, Cu, Zn, Mo, B.

Megkülönböztetünk ezenkívül kedvező hatású elemeket (pl. Na, Cl, Si), amelyek élettani szerepe eddig nem tisztázott, esetenként azonban kedvező hatásuk kimutatható. Az élettani funkciók felismerésével, tisztázásával a tápelemeknek minősíthető elemek száma várhatóan növekszik.

Egyes nehézfémek (pl. Cd, Cr, Hg, Ni, Pb) – különösen nagyobb koncentrációkban – kifejezetten károsak a növényekre. Ezeket toxikus elemeknek nevezzük. Az alumínium is mérgező hatású. A toxikusság azonban a nélkülözhető és nélkülözhetetlen elemeknél egyaránt a koncentrációtól függ.

A növények általában szervetlen ionok (pl. nitrát, foszfát) vagy szervetlen vegyületek (pl. szén-dioxid) formájában veszik fel az elemeket. Kimutatták továbbá, hogy a növény egyes szerves vegyületeket (pl. karbamid, aminosavak, kelátok) is képes közvetlenül hasznosítani. Ezzel függ össze, hogy a tápelem megjelölés helyett gyakran használjuk a tápanyag kifejezést (tápanyagellátás, tápanyagfelvétel stb.). Bár ez eléggé elterjedt, különbséget kell tennünk az előzőekben definiált tápelemek és a növények táplálását szolgáló ionok, vegyületek (tápanyagok) között.

A tápelemek osztályozása

A tápelemeket csoportosíthatjuk mennyiségi alapon és az elemek funkciója szerint.

A növények szárazanyagában előforduló mennyiségük alapján makro- és mikroelemeket különböztetünk meg. Makroelemeknek tekintjük azokat a tápelemeket, amelyek 0,1%-nál nagyobb mennyiségben, mikroelemeknek pedig azokat, amelyek ennél kisebb mennyiségben találhatók a szárazanyagban.

Makroelemek: C, H, O, N, P, S, Ca, Mg.

Mikroelemek: Fe, Mn, Cu, Zn, Mo, B.

A kalciumot és magnéziumot mezoelemként is szokás jelölni. A mikroelemeket nyomelemeknek (trace element, Spurenelemente) is nevezik. Célszerű azonban különbséget tenni a mikrotápelemek és egyéb nyomelemek között. Mennyiségüket korábban ppm-ben adták meg (ppm = parts per million = milliomod, 10–6 rész). A ppm kifejezhető g/t, mg/kg, μg/g egységben is. A rendkívül kis mennyiségben előforduló toxikus elemeket ppb = parts per billion (billiomod, 10–9 rész) egységben is kifejezhetjük. Az SI rendszer a ppm helyett a mg/kg használatát írja elő.

A tápelemek mennyiségi osztályozása általánosan elterjedt a gyakorlatban, pedig az elemek jelentőségét nem a mennyiségük határozza meg. A viszonylag kis mennyiségben előforduló mikrotápelemek élettanilag ugyanolyan fontosak, mint a makrotápelemek, ezért a tápelemeket egyre inkább kémiai tulajdonságuk és élettani funkciójuk alapján csoportosítjuk (7. táblázat). A táblázatból kitűnik, hogy a nemfémes elemek, illetve az alkálifémek és alkáliföldfémek, továbbá a nehézfémek élettani hatása jelentősen eltér egymástól. Ugyanakkor a mikroelemekhez tartozó bór sok hasonlóságot mutat a nemfémes elemek csoportjába tartozó makroelemekkel (foszfor, bór felvétele, beépítése).

7. táblázat - A növényi tápelemek csoportosítása kémiai tulajdonságuk és élettani funkciójuk, szerepük alapján (Mengel 1976)

Elemcsoport, elemek

Felvétel és szállítás

Elemek szerepe, élettani,

biokémiai funkció

Nemfémes elemek

C, O

H

Felvétel gáz alakban (CO2, O2)

C felvétel HCO3- formában is

O-felvétel részben H2O-ból

H-felvétel H2O-ból

A szerves vegyületek legfontosabb építőkövei

N

S

P

B

Si

Felvétel oxokomplexként:

NO3, H2PO4, HPO42–, SO42– stb.

N-felvétel NH4+ formában is.

Szállítás szervetlen ion vagy szerves molekulaként is, pl. aminosav, amid, foszfolipid vagy észter alakjában.

Egyes szerves vegyületek alkotói.

A NO3, és SO42–-redukció után atomos kötéssel kapcsolódnak a szénvázakhoz.

A S és N az anyagcsere-folyamatok szabályozásában is részt vesznek foszfát-, borát-, szilikátionok észtereket képeznek alkoholos csoportokkal.

Alkálifémek, alkáliföldfémek

K

Na

Mg

Ca

Felvétel és szállítás kationként.

Túlnyomóan adszorpciós úton, szerves anyaghoz kötődnek könnyen kicserélik, kiszorítják egymást. Enzimekre nem specifikus kolloidkémiai hatást

gyakorolnak (duzzadási fok).

A Mg részben kelátként kötődik, ebben

a formában specifikus enzimaktivátor.

Nehézfémek

Fe

Mn

Cu

Zn

Mo

Felvétel Mo kivételével kationként vagy fémkelát formában.

Mo-felvétel MoO42– formában, szállítás fémkelát vagy szervetlen ionként.

Többnyire enzimek fémkomponensei, hatásuk gyakran a fém vegyértékváltozásán alapszik. A Mn és Zn szerepe részben hasonlít a Mg szerepéhez: elősegíti

az enzim és szubsztrátum reakcióját.

A kelátkötés uralkodó.


A nemfémes elemek csoportjába tartozik a szén, a hidrogén, az oxigén, amelyek a szerves vegyületek legfontosabb építőkövei, de a csoportban található többi elem is részt vesz bizonyos szerves vegyületek felépítésében. A nitrogén és kén a nitrát és szulfát redukciója után atomos kötéssel épül be a fehérjékbe. A foszfor, a bór és a szilícium redukálatlanul foszfát, borát, szilikát formában észterkötést képez a különböző szerves vegyületek, különösen a cukrok -OH csoportjával. A szén, az oxigén és a hidrogén a vázanyagokat: a cellulózt, a lignint és a pektint építi fel. A nitrogén, a foszfor és a kén nemcsak alkotórészei az egyszerű és összetett fehérjéknek, hanem fontos szerepet játszanak az anyagcsere-folyamatok szabályozásában is.

Az alkálifémek és az alkáliföldfémek túlnyomórészt ionos állapotban vannak jelen a növényben. Ezeket az elemeket a növény kationként veszi fel, így is szállítja. Elsősorban a szerves vegyületek negatív töltéseinek lekötése a szerepük. Az alkálifémek és az alkáliföldfémek ionjai lazán kötődnek, kiszoríthatják egymást a helyükről. Jelentős hatásuk van a plazma duzzadtsági állapotára, illetve az ozmotikus potenciálra. Ez a hatásuk nem specifikus. Enzimekhez kötve módosítják azok térszerkezetét (fém–protein komplexek), e funkciójuk már specifikus. A magnézium szerepe a foszforilálási folyamatokban jelentős.

A nehézfémek az alkáliionokkal ellentétben igen erősen kötődnek a szerves anyaghoz, illetve kelát formában beépülnek. Legszembetűnőbb tulajdonságuk kifejezett hajlamuk a fémkomplexképzésre. A kelátok a nehézfémek felvételében és szállításában vesznek részt. A mangán szerepe a magnéziuméhoz hasonló, így közbülső helyet foglal el az alkáliföldfém-csoport és a nehézfémek elemei között. A nehézfémek többnyire enzimalkotók.

Tápelemtartalom

A növények tápelemtartalma a szárazanyagban növényfajonként és fajtánként különböző. Az egyes növényi részek (szervek) összetétele is eltérő. A növények, növényi részek tápelemtartalmát külső tényezők: a talaj tápanyagtartalma, vízellátottsága és a trágyázás ugyancsak befolyásolják, ezért csak értékhatárok jelölhetők meg (8. táblázat).

8. táblázat - A tápelemtartalom értékhatárai a növényi szárazanyagban

N, K

2,0–6,0%

Ca, P, S

0,3–1,5%

Mg, Na

0,2–0,6%

Fe, Mn

20–200 mg/kg

Zn

20–100 mg/kg

Cu

5–10 mg/kg

B (egyszikűekben)

< 10 mg/kg

B (kétszikűekben)

20–100 mg/kg

Mo

1 mg/kg


A növények tápelemtartalma változik a korral. A fiatal növényi részek mindig több ásványi anyagot és nitrogént tartalmaznak, mint az idősebbek. A növényi szervezet a tápanyagok felvételével teremti meg a feltételeket a fotoszintézishez, amitől a termés nagysága függ.

A tápelemtartalom a szárazanyagban – a kalcium kivételével – a tenyészidő előrehaladásával csökkenő tendenciájú (3. ábra). Ennek ellenére a tápanyagszükséglet a növények fejlődésével mégis növekszik, mert a növények tömege állandóan gyarapszik.

3. ábra - A tavaszi árpa N- és P-tartalmának alakulása (Finck 1969)

kepek/3abra.png


A növények tápanyagigénye a tenyészidőszak különböző szakaszaiban elemenként eltérő. A nitrogént elsősorban a vegetatív fázisban igényli a növény. A foszfor felvételében két maximum figyelhető meg: a fejlődés kezdeti szakaszában a gyökérképződéshez, illetve a reproduktív szakaszban a virág- és magképződéshez szükséges nagyobb mennyiségű foszfor. A káliumigény nagy a vegetatív fázisban, ekkor a levéltömeg kialakulásában és szénhidrátképzésben vesz részt, később a reproduktív fejlődési szakaszban, a tartalék anyagok képzéséhez szükséges.

A tápanyagfelvétel üteme és ritmusa növényfajonként is változó, ezért általánosságban nem határozható meg egyértelműen.

Kérdések

 1. Melyek a növényi tápelemek jellemzői?

 2. Milyen mennyiségben fordulnak elő a makro-, illetve mikroelemek a növények szárazanyagában?

 3. Melyek a hasznos elemek?

 4. Milyen nagyságrendű a toxikus elemek mennyisége a növények szárazanyagában?

 5. Milyen csoportokba oszthatók a növényi tápelemek kémiai tulajdonságuk és funkciójuk szerint?

 6. Jellemezze csoportonként az egyes elemek felvételét, szállítását és szerepét!

 7. Az egyes elemek milyen mennyiségben fordulnak elő a szárazanyagban?

 8. Milyen az elemek megoszlása a különböző növényi szervekben?

 9. Hogyan változik az elemek mennyisége a szárazanyagban a tenyészidő alatt?

10. Milyen szezonális dinamika figyelhető meg a nitrogén-, foszfor-, káliumfelvételben?