Informatie

Waarom worden kalium- en nitraationen in planten sneller opgenomen dan andere?


Ik citeer mijn A-niveau biologie leerboek:

$ce{K^+, NO3^-}$ worden sneller door planten opgenomen dan andere ionen. Terwijl $ce{Ca^2+, SO4^2-}$ met de laagste snelheid worden geabsorbeerd.

Wat is de reden?

Mijn redenering: ik dacht eerst dat de grootte van ionen er in dit geval toe zou doen. Uiteraard is $ce{K^+}$ kleiner dan $ce{Ca^2+}$, dan 'lijkt het mij' dat kleinere ionen sneller zouden worden geabsorbeerd. Dezelfde redenering kan worden toegepast op $ce{NO3^-, SO4^2-}$. Maar er zijn kleinere ionen dan $ce{K^+}$ die langzamer worden geabsorbeerd, bijv. $ce{Na+}$. Dus het is duidelijk dat alleen de grootte hier niet van belang is. Er zijn andere factoren.


Omdat planten mineralen opnemen, zoals kalium, calcium, zwavel, enz. in hun ionische vorm, zoals K+, NEE3-, DUS42-, Ca2+, ze moeten ze actief absorberen. Omdat deze ionen geladen zijn, hebben ze moeite om door het plasmamembraan te gaan. Planten hebben dus energie nodig om ze te transporteren. Hiervoor gebruiken ze ATP en membraantransporteiwitten. Deze transporters transporteren ionen over het celmembraan met een begeleidend ion (H+) om de elektrochemische gradiënt te behouden. Hierdoor zijn deze transporters (deels) zeer selectief voor de ionen die ze dragen. Bijvoorbeeld een K+ vervoerder zal SO . niet vervoeren42- of een ander ion. Zie dit antwoord om te zien hoe transporteurs deze selectiviteit bereiken.

In het bovenstaande deel wordt uitgelegd hoe ionen in planten worden getransporteerd. Laten we nu tot de hoofdvraag komen, namelijk waarom sommige ionen sneller worden getransporteerd dan andere. Welnu, hier is geen definitief antwoord op (tenminste geen die ik ken). Maar ik kan hiervoor twee mogelijke redenen bedenken (met alleen de voorbeelden van K+, Ca2+, NEE3- en dus42-):

  • Omvang van lading: een feit hier is dat zowel K+ en nee3- hebben een toeslag van $pm$1, terwijl Ca2+ en dus42- hebben een toeslag van $pm$2. En dan? Dit maakt hun transport wat moeilijker. Om bijvoorbeeld K . te vervoeren+ over het membraan, zou de transporter 1 H . antiporteren+ voor 1 K+, terwijl een vergelijkbare antiporter 2 H . zou transporteren+ uit om 1 Ca . te brengen2+ in. Uiteraard verklaart dit niet het verschil tussen ionen met dezelfde lading, wat het volgende punt lijkt te doen.

  • Vereiste: een van de belangrijkste punten om hier rekening mee te houden is het verschil in behoefte van verschillende ionen door de plant. Dit is de reden waarom macronutriënten voor planten (d.w.z. die in grote hoeveelheden nodig zijn) zijn onderverdeeld in primaire macronutriënten (N, P, K) en secundaire macronutriënten (alle andere, inclusief Ca, S, Na). Zoals u ziet, zijn stikstof en kalium meestal de beperkende factoren voor de productie van gewassen. Dit is de reden waarom planten ze in grote hoeveelheden nodig hebben en ze daarom zo snel mogelijk proberen op te nemen. Dit verklaart, deels opnieuw, waarom K+ en nee3- (de enige andere kunstmatige stikstofbron dan NH4+) worden sneller door planten opgenomen, terwijl Ca2+ en dus42- worden langzaam opgenomen.

Referenties:

  • Minerale absorptie - Wikipedia

  • Secundaire plantenvoedingsstoffen: calcium, magnesium en zwavel - Mississippi State University


Planten hebben 16 elementen nodig om gezond te groeien en stevige wortels, bloemen, fruit of blad te produceren. Volgens het North Carolina Department of Agriculture & Consumer Services zijn die elementen onderverdeeld in mineralen en niet-mineralen. De niet-minerale elementen zijn koolstof, waterstof en zuurstof, die planten opnemen uit lucht en water. Er zijn 13 minerale voedingsstoffen die essentieel zijn voor een gezonde plantengroei. Die zijn onderverdeeld in macronutriënten, die planten veel nodig hebben, en micronutriënten, die planten in sporenhoeveelheden nodig hebben.

De belangrijkste macronutriënten zijn stikstof (N), fosfor (P) en kalium (K). Planten nemen deze voedingsstoffen wel op uit de bodem, maar de bodem kan snel uitgeput raken van deze belangrijke voedingsstoffen omdat de planten grote hoeveelheden verbruiken. Tuinders vervangen deze voedingsstoffen meestal door kunstmest. Zakken met plantenmest zijn gelabeld met nummers zoals 24-8-16, 10-10-10 of andere nummers. Deze cijfers geven het percentage N, P en K aan dat in elke zak meststof zit.

N, P en K zijn cruciaal voor de groei van een plant en elk element regelt en beïnvloedt een andere fase van plantengroei. Volgens de Old Farmer's Almanac bevordert stikstof de bladgroei en de groene kleur van planten. Fosfor bevordert de wortelontwikkeling, wat belangrijk is om planten in de loop van de tijd sterk te laten worden. Kalium, ook vermeld op kunstmestzakken als potas, helpt de plant om ziekten te bestrijden en houdt hem veerkrachtig om bijvoorbeeld temperatuurschommelingen te weerstaan.


Overmatige bladgroei

Een van de belangrijkste acties van stikstof is het verhogen van de chlorofylproductie. Dit proces wordt gedaan door grotere bladstructuren te creëren met grotere oppervlakten voor het fotosynthetiserende pigment. Overtollige stikstof zorgt voor snelle bladgroei, zodat uw tuin eruitziet als een verwilderde jungle, maar andere plantengroei lijdt als gevolg daarvan. De energie voor bloemgroei wordt omgeleid naar de groei van het gebladerte, zodat planten tijdens het groeiseizoen misschien niet eens hun noodzakelijke voortplantingsorganen produceren.


Bodem-pH en de beschikbaarheid van plantaardige voedingsstoffen

Bodem-pH is een kenmerk dat de relatieve zuurgraad of alkaliteit van de bodem beschrijft. Technisch gezien wordt pH gedefinieerd als de negatieve (-) log- of base 10-waarde van de concentratie van waterstofionen (H+). Zuiver water zal bijna een neutrale pH hebben, dat wil zeggen 10 tot de min 7 concentratie van H+ ionen (10-7 [H+]). Deze concentratie wordt uitgedrukt als 7. Elke waarde boven 7 betekent dat de H+ ionenconcentratie lager is dan bij een neutrale pH en dat de oplossing alkalisch is en dat er meer hydroxyl (OH-) ionen aanwezig zijn dan H+ ionen. Elke waarde onder 7 betekent dat de H+-ionenconcentratie hoger is dan bij neutrale pH en dat de oplossing zuur is. Bodems worden als zuur beschouwd onder een pH van 5 en zeer zuur onder een pH van 4. Omgekeerd worden bodems als alkalisch beschouwd boven een pH van 7,5 en zeer alkalisch boven een pH van 8. Typisch worden de pH-waarden van de bodem gemeten wanneer 10 g aan de lucht gedroogde grond wordt gemengd met 20 ml dubbel gedestilleerd water of 20 ml 0,01 M CaCl2 oplossing, en de pH wordt gemeten met behulp van een geschikte elektrode die is aangesloten op een pH-meter. Deze bodemanalyse is een vast onderdeel van de meeste, zo niet alle protocollen voor bodemonderzoek.

De beschikbaarheid van sommige voedingsstoffen voor planten wordt sterk beïnvloed door de pH van de bodem. De "ideale" pH van de bodem is bijna neutraal, en neutrale bodems worden geacht te vallen binnen een bereik van een licht zure pH van 6,5 tot een licht alkalische pH van 7,5. Er is vastgesteld dat de meeste plantenvoedingsstoffen optimaal beschikbaar zijn voor planten binnen dit pH-bereik van 6,5 tot 7,5, en dit pH-bereik is over het algemeen zeer compatibel met de wortelgroei van planten.

Stikstof (N), Kalium (K) en Zwavel (S) zijn belangrijke voedingsstoffen voor planten die minder direct door de pH van de bodem lijken te worden beïnvloed dan vele andere, maar dat zijn ze tot op zekere hoogte nog steeds. Fosfor (P) wordt echter direct aangetast. Bij alkalische pH-waarden, bijvoorbeeld hoger dan pH 7,5, hebben fosfaationen de neiging snel te reageren met calcium (Ca) en magnesium (Mg) om minder oplosbare verbindingen te vormen. Bij zure pH-waarden reageren fosfaationen met aluminium (Al) en ijzer (Fe) om weer minder oplosbare verbindingen te vormen. De meeste andere voedingsstoffen (met name micronutriënten) zijn doorgaans minder beschikbaar wanneer de pH van de grond hoger is dan 7,5, en zijn in feite optimaal beschikbaar bij een licht zure pH, b.v. 6.5 tot 6.8. De uitzondering is molybdeen (Mo), dat minder beschikbaar lijkt te zijn bij zure pH en meer beschikbaar bij matig alkalische pH-waarden.

In sommige situaties worden materialen aan de grond toegevoegd om de pH aan te passen. Op veldschaal wordt dit meestal gedaan voor zure bodems om de pH te verhogen van 4,5 tot 5,5 tot 6,5 of de neutraliteit benadert. Dit gebeurt door het aanbrengen en inwerken van een kalkmateriaal, vaak fijngemalen calcietkalksteen of dolomietkalksteen, dat wordt uitgestrooid met behulp van gespecialiseerde kalkstrooiers, of spinstrooiers aangepast met trilsystemen om brugvorming van het materiaal in de trechters van de strooiers te voorkomen. Het is mogelijk om de pH van een bodem te verlagen met behulp van een vloeibare zuuroplossing, of fijngemalen elementair S dat oxideert tot zwavelzuur door de werking van bodem waarin S-oxiderende bacteriën leven. Vanwege de hoge kosten wordt dit echter zelden op veldschaal gedaan. Het wordt vaker gedaan in toepassingen in de tuinbouwproductie waar individuele plantencontainers of beperkte gebieden (bijv. <r. 10 tot 20 acres) de pH kunnen verlagen voor aan zure grond aangepaste planten zoals sommige bloemen, bomen en/of klein fruit (bijv. bosbessen en veenbes). Het is belangrijk op te merken dat de meeste lopende gewasproductie de pH van de bodem geleidelijk zal verlagen naarmate de H+-ionen vrijkomen en worden omgezet in nitraat door bodemmicroben. Dit geldt met name waar N-meststoffen zoals watervrije ammoniak, ammoniumsulfaat en ureum worden toegepast.

Of u nu wel of niet probeert de pH aan te passen, het is belangrijk om andere methoden te begrijpen om de beschikbaarheid en het gebruik van toegevoegde voedingsstoffen te vergroten. Dit kan op een aantal manieren worden gedaan voor de hierboven genoemde voedingsstoffen die nadelig worden beïnvloed door extremen in de pH van de bodem, zuur of alkalisch. P-bevattende meststof kan bijvoorbeeld worden aangebracht in of nabij de zaadrij bij het planten om de opname van fosfaationen in het vroege seizoen door gewaswortels te vergemakkelijken voordat deze kan reageren met bodemkationen die domineren onder zure of alkalische pH-omstandigheden in de bodem. Onder alkalische bodem pH-waarden kan de fosfaatmeststof in banden worden toegepast met meststof die een geïoniseerde vorm van ammoniak genereert (NH4). Dat zal een lichte verzuring van de grond naast de mestband mogelijk maken. Een andere methode is het vervaardigen van samengestelde meststofkorrels die de N-, P- en zelfs elementaire S-bevattende meststoffen bevatten, voor toepassing op alkalische bodems. De grond naast de korrel wordt ook licht aangezuurd en zorgt voor een verhoogde P-opname wanneer de gewaswortels de korrels onderscheppen. Nog een ander voorbeeld is de bladtoepassing van oplosbare Fe-meststoffen op Fe-deficiënte gewassen die worden gekweekt in bodems met een hoge pH, waar de meststof zo snel reageert met de grond dat de voedingsstof vastzit en niet beschikbaar is voor planten. Dit is de reden waarom in de grond aangebrachte Fe-meststoffen vaak Fe-tekorten niet met succes corrigeren. Door de grond te vermijden en de Fe op de bladeren aan te brengen, wordt de kleine hoeveelheid plant-benodigde Fe met succes in het gewas geïntroduceerd.

Neem de volgende keer dat u grondmonsters op uw velden laat nemen de tijd om te noteren wat de pH-waarden in uw resultaten zijn. Het is handig om deze waarden te vergelijken met eerdere pH-waarden van bodemtesten en te bepalen of er een trend is in de pH-verandering van de bodem. Door de pH-waarden regelmatig (elke 2 tot 3 jaar) in een veld te controleren, kunt u maatregelen overwegen om de pH van de bodem van zure naar bijna neutrale pH-waarden te verhogen door te kalken. Verhoogde beschikbaarheid van voedingsstoffen en verbeterde gewasgroei kan worden bereikt door het toevoegen van kalkmateriaal aan een te zure grond. Dit kan vooral belangrijk zijn voor gewassen die een neutrale pH vereisen, zoals peulvruchtenvoeders of peulvruchten, aangezien de Rhizobia-soorten bacteriën niet noduleren en N effectief fixeren onder pH-waarden van minder dan 5,5


De rol van minerale elementen in planten

De minerale elementen vervullen, wanneer ze aanwezig zijn als ionen of als bestanddelen of organische moleculen, verschillende belangrijke functies in planten op een aantal verschillende manieren (Tabel 9-3).

Het zijn belangrijke bestanddelen van protoplasma en celwand, bijvoorbeeld zwavel komt voor in eiwitten, fosfor in nucleoproteïnen en adenosinefosfaten, magnesium in chlorofyl en calciumpectaat in de middelste lamel. In het celsap opgeloste minerale zouten beïnvloeden gedeeltelijk de osmotische druk van de cel.

De minerale zouten die uit de bodem worden opgenomen, beïnvloeden ook de pH van het celsap en het cytoplasma. Fosfaat- en carbonaatsystemen zijn twee van de belangrijke plantenbuffersystemen. Ze zijn afkomstig van stoffen die de plant uit zijn omgeving opneemt.

De kationcomponenten van plantenbuffersystemen, anders dan H + -ionen, zijn minerale elementen zoals kalium, calcium, natrium en magnesium. Een buffersysteem is een mengsel van een zwak zuur en zijn zout, bijvoorbeeld koolzuur + natriumcarbonaat.

Het zorgt ervoor dat het cytoplasma en het celsap van de cel weerstand kunnen bieden aan veranderingen in pH als gevolg van het verlies of de toevoeging van H+- of OH'8211-ionen. Kationen en anionen beïnvloeden de permeabiliteit van de cytoplasmatische membranen. Zo hebben calcium en andere twee- en driewaardige kationen een verlagend effect op de permeabiliteit van de cytoplasmatische membranen, terwijl monovalente kationen een verhogend effect hebben.

Bovendien beïnvloeden de specifieke ionen die in contact staan ​​met de cel ook het mechanisme van accumulatie van ionen in plantencellen. Ionen van veel minerale elementen hebben een toxisch effect op het protoplasma, waardoor het zelfs in zeer verdunde concentraties uiteenvalt. Enkele van deze ionen die een toxisch effect hebben, zijn aluminium, arseen, boor, koper, lood, mangaan, kwik en molybdeen.

Antagonistisch effect:

Soms kan het effect van het ene ion worden omgekeerd door een ander ion en wordt dit antagonisme-effect genoemd. Er bestaat een zekere mate van antagonisme tussen elk paar zouten. Natriumchloride verhoogt bijvoorbeeld de permeabiliteit van cytoplasmatische membranen voor verschillende opgeloste stoffen, terwijl calciumchloride dat aan het medium wordt toegevoegd een verminderend effect heeft.

Evenzo verminderen calciumionen ook de toxiciteit van koperionen. In vivo voeren deze en andere elementen balancerende functies uit.

Katalytische effecten:

Bepaalde mineralen zoals ijzer, koper en zink nemen deel aan katalytische systemen en zijn prothetische groepen van bepaalde enzymen. IJzer is een bestanddeel van de cytochromen. Andere mineralen zoals magnesium, mangaan en kobalt werken als activatoren of remmers in een of meer enzymatische systemen.

Bovendien kunnen silicium, aluminium, selenium, chroom, tin en jodium als sporenelementen aanwezig zijn en hebben ze mogelijk geen specifieke rol in het plantenmetabolisme. Met het oog op discussie en gemakkelijk begrip kunnen voedingselementen in vier groepen worden ingedeeld.

Deze worden hieronder gegeven:

N en S, in gereduceerde vorm, zijn covalent gebonden bestanddelen van plantaardig organisch materiaal.

P, B en Si, ze komen voor als oxyanionen, fosfaat, boraat of silicaat.

K, Na, Mg, Ca, CI, ze spelen een rol in de osmotische en ionenbalans en hebben specifieke functies in enzymconformatie en katalyse (bijv. Metaalloproteïnecomplexen).

Fe, Cu, Mo, Zn, ze zijn aanwezig als structurele chelaten of metalloproteïnen. De eerste drie elementen nemen deel aan redoxreacties.

Tabel 9-5 geeft een functionele indeling van de minerale voedingsstoffen die de hogere planten nodig hebben.

overgenomen van Clarkson en Hanson (1980) in Annual Review of Plant Physiology, 31.239.

Koolstof, waterstof en zuurstof:

Ze worden in de vorm van respectievelijk kooldioxide en water van de lucht en de bodem geborgd. De drie gassen zijn componenten van het protoplasma, de celwand en de meeste organische bestanddelen van de planten.

Met uitzondering van de peulvruchten, krijgt de plant zijn stikstofvoorraad voornamelijk in de vorm van nitraat (NCT3) uit de bodem maar ook als ammoniumionen (NH4). Peulvruchten, die Rhizobium-bacteriën in hun knobbeltjes hebben, hebben het vermogen om moleculaire stikstof te gebruiken. In de plantencel worden de nitraationen gereduceerd tot NH2 groep door reeksen enzymatische reacties.

Stikstof is een essentieel onderdeel van eiwitten, protoplasma, enzymen en ook chlorofyl. Het is ook een bestanddeel van purines, pyrimidines, porfyrinen en co-enzymen.

Waar purines en pyrimidines componenten zijn van nucleïnezuren (RNA en DNA), is de porfyrinestructuur aanwezig in chlorofylen en de cytochroomenzymen. Het komt ook voor in co-enzymen die essentieel zijn voor het functioneren van enzymen. Daarnaast bevatten vitamines ook stikstof. Planten die te veel stikstof krijgen, zijn meestal donkergroen van kleur, hebben veel bladeren, maar hebben meestal een zwak ontwikkeld wortelstelsel.

Aardappelplanten die aan veel stikstof zijn blootgesteld, hebben bijvoorbeeld kleine knollen maar een overvloedige scheutgroei. Misschien wordt de translocatie van suiker naar de knollen en wortels op de een of andere manier beïnvloed. Bovendien vermindert een overmatige hoeveelheid stikstof ook de bloei en zelfs zaadvorming in verschillende gewassen.

Kortedagplanten die veel stikstof krijgen, bloeien echter sneller. Tarweplanten die met hoge stikstofdoses worden geleverd, hebben een verhoogde gevoeligheid voor roest laten zien. In een volgend hoofdstuk zullen we details van het stikstofmetabolisme bespreken.

Deficiëntiesymptomen:

Stikstofgebrek leidt tot vergeling van bladeren door het verlies van chlorofyl, eerst in de oude bladeren en ten slotte in de jonge. De symptomen verschijnen het laatst in de jonge bladeren vanwege de mobiliteit van stikstof, omdat ze stikstof krijgen die uit de oude bladeren is getransloceerd.

In de ernstige gevallen worden de oude bladeren geel en vallen ze af terwijl de jonge bladeren lang blijven zitten maar door de ontwikkeling van anthocyanine bleekgroen worden, waardoor de bladstelen en nerven paars worden. Door de verminderde beschikbaarheid van stikstof is de bladontwikkeling slecht en raken planten onvolgroeid door een lage eiwitsynthese.

De bodem is een belangrijke bron van fosfaationen (H2 PO4 ‑ ) en in de organische verbindingen komt het voor in geoxideerde vorm.

Het is een belangrijk bestanddeel van elke levende cel en wordt opgenomen in de samenstelling van fosfolipiden, nucleïnezuren, nucleo-eiwitten, co-enzymen zoals NAD en NADP, en zelfs ATP. Het komt in overvloed voor in de meristeemweefsels en opslagorganen zoals zaden en vruchten.

De co­-enzymen zoals NAD en NADP zijn belangrijk bij oxidatie-reductiereacties en verschillende processen, zoals fotosynthese, glycolyse, ademhaling en vetzuursynthese zijn afhankelijk van hun werking.

De toepassing van fosfaatmeststoffen op de bodem verandert de stikstofbalans in planten en daarom is de rol van stikstof en fosfor in het plantenmetabolisme op verschillende manieren met elkaar verbonden.

Deficiëntiesymptomen:

Planten zijn onvolgroeid, maar zijn vaak donkergroen van kleur. De bladstelen van bladeren of vruchten ontwikkelen necrotische gebieden. Fosfortekort leidt tot voortijdige bladval en paarse anthocyaninepigmentatie als gevolg van verminderde eiwitsynthese en ophoping van suikers in de vegetatieve organen.

Vanwege de hoge mobiliteit van fosfor naar de groeiende weefsels in planten, vertonen de oude bladeren als eerste symptomen van fosfortekort. De verminderde beschikbaarheid van fosfor kan ook de bladvorm vervormen. De rijping van de plant kan ook worden uitgesteld.

Calcium wordt uit de bodem opgenomen als calciumnitraat of calciumsulfaat. Het is relatief immobiel in planten. Oude bladeren zijn rijk aan calcium in vergelijking met de jonge. Het is een bestanddeel van de middelste lamel en komt voor als calciumpectaat.

Het helpt om de wand van de cellen samen te cementeren. Soms bevatten celvacuolen onoplosbare kristallen van calciumoxalaat zoals raphides en sphaeroraphides. Calcium is essentieel voor de vorming van celmembranen en lipidestructuren.

In kleine hoeveelheden is calcium essentieel voor het beïnvloeden van normale mitose en kan het betrokken zijn bij de organisatie van chromatine of mitotische spoel.

Het tekort veroorzaakt afwijkingen van de chromosoomstructuur en zelfs mitose. Het activeert een aantal enzymen, waaronder α-amylase, en speelt een belangrijke rol in het stikstofmetabolisme door deel te nemen aan de vermindering van nitraten. Het beïnvloedt ook de permeabiliteit van cytoplasmatische membranen en onderdrukt de toegang van natrium en kalium.

De rol van calcium bij de hydrolyse van zetmeel tot suiker en het daaropvolgende transport wordt ook getoond. Zo leidt een tekort aan calcium tot de ophoping van zetmeel in bladeren.

Evenzo neemt het aantal mitochondriën onder calciumtekort af, zoals gerapporteerd in tarwewortels. Calciumtekort leidt tot de dood van meristeemgebieden. Chlorose treedt op langs de rand van jonge bladeren die necrotisch worden. De toppen van jonge bladeren raken verslaafd, celwanden worden stijf en broos.

Magnesium speelt een belangrijke rol bij de fotosynthese en het koolhydraatmetabolisme. Het is een bestanddeel van het chlorofylmolecuul en voorkomt de chlorose van de oude bladeren tussen de nerven. Het activeert talrijke enzymen van het koolhydraatmetabolisme, de synthese van nucleïnezuur (DNA en RNA) uit nucleotidepolyfosfaten.

Deze reacties omvatten fosfaatoverdracht en ATP wordt via magnesium als intermediaire drager aan het enzymoppervlak gekoppeld en vergemakkelijkt het breken van de binding. Dit element helpt bij het behoud van de structuur van ribosomen. Het activeert enzymen die betrokken zijn bij de synthese van nucleïnezuur en ook verschillende andere enzymen, waaronder bepaalde transfosforylasen, dehydrogenasen en carboxylasen.

Het fungeert ook als een belangrijk bindmiddel in ribosomale deeltjes. Magnesium speelt een belangrijke rol in het ademhalingsmechanisme door het fosfaatmetabolisme in planten te reguleren. Een tekort aan magnesium veroorzaakt chlorose tussen de nerven, eerst in de oude bladeren en daarna in de jonge bladeren.

Het komt voornamelijk voor als oplosbaar anorganisch zout of zouten van organische zuren in de cellen en is zeer mobiel in planten. Jonge en actief groeiende gebieden zoals knoppen, bladeren en wortelpunten hebben een overvloed aan K+. Dit element activeert enzymen die betrokken zijn bij de synthese van bepaalde peptidebindingen tijdens de eiwitsynthese.

Daarom veroorzaakt kaliumgebrek een laag eiwitgehalte maar een hoge accumulatie van aminozuren en amiden of activeert het ook enzymen van het koolhydraatmetabolisme. Het is essentieel voor de ontwikkeling van chlorofyl en katalyseert de normale afbraak van koolhydraten tijdens de ademhaling.

Kaliumgebrek leidt tot bladverzwakking, chlorose, bladverliezen, groeiachterstand en verkorting van de internodiën.

Zwavel wordt als sulfaationen uit de bodem opgenomen en gereduceerd tot de SH-groep bij de vorming van zwavelhoudende aminozuren zoals cystine en methionine. Het is ook essentieel voor de synthese van zwavelhoudende vitamines zoals biotine, thiamine en co-enzymen.

Zwavel is ook aanwezig als sulfhydrylgroepen in veel enzymen. Zwaveltekort resulteert in algemene chlorose gevolgd door anthocyaninepigmentatie. Zwavelarme planten vertonen als eerste chlorose van de jonge bladeren. Ernstig tekort resulteert in chlorose van alle bladeren omdat zwavel immobiel is in de plant.

Aminozuren en andere stikstofhoudende verbindingen hopen zich op in het weefsel en de proteolytische activiteit neemt ook toe. Planten zien er onvolgroeid uit en de bloei is vertraagd. Zwavel wordt omgezet in organische verbindingen door middel van adenosinederivaat genaamd 3′-phosphoadenosine-5′-phosphosulphate (PAPS). Deze verbinding wordt geproduceerd ten koste van ATP. Het zwavelgedeelte van PAPS wordt vervolgens gereduceerd en opgenomen in organische moleculen.

Het is in de ijzertoestand (Fe+++) dat ijzer wordt geabsorbeerd, maar metabolisch is het actief in de ijzerhoudende toestand. Het is geen bestanddeel van chlorofyl, maar is belangrijk voor de synthese ervan. Het is de component van metallo-flavoproteïnen en component van ijzerporfyrine-eiwitten zoals cytochromen, peroxidase en catalase. IJzer is ook een belangrijk onderdeel van ferredoxine en nitrietreductase.

IJzerarme planten vertonen chlorose tussen de nerven in de bladeren. Het maximale effect zit in de jonge bladeren, terwijl de volwassen bladeren mogelijk helemaal geen chlorose vertonen. IJzer is onbeweeglijk. Gebrek aan ijzer kan de eiwitsynthese remmen.

Veel wetenschappers geloven dat ijzer een essentiële activator is voor enzymen die reacties katalyseren die betrokken zijn bij de synthese van chlorofyl. Als ijzerzout in oplosbare vorm op de chlorotische bladeren wordt aangebracht, ontstaat er een groene kleur op de plaatsen waar het zout de bladeren is binnengedrongen.


Vormen van essentiële voedingsstoffen voor planten

Om door een plant te worden gebruikt, moet een essentiële voedingsstof worden afgebroken tot zijn basisvorm. De voedingsstof moet de vorm hebben van een positief geladen ion (kation) of een negatief geladen ion (anion). Een plant kan geen organische verbindingen gebruiken, zoals die in mest of dode bladeren, totdat ze zijn afgebroken tot hun elementaire of ionische vormen.

Ook kunnen planten geen element gebruiken dat niet in de juiste vorm is (een specifiek ion), zelfs als het in hoge concentraties in de bodem aanwezig is. Zo zal de aanwezigheid van ijzer (Fe) in de bodem niet garanderen dat er voldoende van de juiste ijzerionen, Fe2+ of Fe3+, beschikbaar zullen zijn voor de plant.

Planten nemen bijna alle essentiële voedingsstoffen op via hun wortels. De uitzondering is koolstof, die wordt opgenomen via bladporiën of huidmondjes. Twee soorten organismen die in de bodem leven, helpen de wortels om voedingsstoffen op te nemen:

  • Micro-organismen, of microben, breken organische verbindingen af ​​tot anorganische verbindingen in een proces dat mineralisatie wordt genoemd.
  • Schimmels stellen sommige planten in staat om fosfor op te nemen door de grootte van de wortels te vergroten en meer grond-op-wortelcontact te bieden.

Compartimentering en opslag in vacuolen

Zodra K+ zich in de wortelsymplast bevindt, kan het lokaal in vacuolen worden opgeslagen of naar de scheut worden getransporteerd via xyleem en opgehoopt in luchtweefsels. Planten accumuleren grote hoeveelheden K+ in hun vacuolen en overtreffen de puur voedingsbehoefte. In K+-voldoende planten kan het K+-gehalte oplopen tot 10% van het drooggewicht van de plant, waardoor de ca. 2% die bijna maximale groeipercentages ondersteunt (White en Karley, 2010). De vacuolaire K+-pool speelt een belangrijke biofysische functie, d.w.z. het verlagen van het osmotische potentieel om water te onttrekken, turgor te genereren en celexpansie aan te drijven. Omdat vacuolen het grootste deel van het intracellulaire volume van plantencellen innemen en het belangrijkste cellulaire reservoir voor K+ zijn, zijn veranderingen in de K+-concentratie in weefsel grotendeels een weerspiegeling van de dynamiek van de vacuolaire pool. De cytosolische K+-concentratie zal alleen dalen tot onder het optimale instelpunt van 80� mM wanneer de vacuolaire K+-reserve is uitgeput tot onder het thermodynamische evenwicht met de cytosolische pool (Walker etਊl., 1996). Omgekeerd wordt overtollige K+ in de vacuole geplaatst om cytosolische K+ binnen nauwe grenzen te houden, onafhankelijk van de overvloed aan K+ in het groeimedium.

In tegenstelling tot het plasmamembraan hangt de accumulatie van K+ in de vacuole af van de gecoördineerde activiteit van tonoplast H+-pompen en secundaire K+-transporters die K+-fluxen koppelen aan de dissipatie van de pH-gradiënt of de elektrische membraanpotentiaal gecreëerd door de asymmetrische verdeling van de lasten. De vacuolaire H + -ATPase (V-ATPase) en de pyrofosfatase van de tonoplast (PPase) pompen H + naar het vacuolaire lumen en genereren pH-gradiënten van 1𠄲 pH-eenheden (zure binnenkant) en een elektrische lading (membraanpotentiaal) van 20� mV die positief is in het vacuolaire lumen ten opzichte van het cytosol. Dit betekent dat positief geladen K+-ionen worden uitgesloten van K+-rijke vacuolen, tenzij het transport is gekoppeld aan een energie-afhankelijk opnamemechanisme, terwijl de efflux wordt aangedreven door vacuolaire kanalen die K+ door de elektrochemische gradiënt heen doordringen. Er werd lang gesuggereerd dat AK+ /H+-antiporter, geactiveerd door de pH-gradiënt over de tonoplast, vacuolaire K+-accumulatie katalyseert (Walker et al., 1996 Carden et al., 2003), maar de moleculaire identiteit van de onderliggende transporter(s) ) is tot voor kort ongrijpbaar gebleven. Van vacuolaire NHX-type wisselaars is aangetoond dat ze deze kritieke functie vervullen in plantencellen (Venema etਊl., 2002 Venema etਊl., 2003 Leidi etਊl., 2010 Bassil etਊl., 2011 Barragan etਊl. , 2012).

NHX-wisselaars werden oorspronkelijk beschreven als Na+/H+-antiporters die zouttolerantie kunnen verlenen door de opslag van overtollig Na+ in vacuolen te drijven (Blumwald, 2000). Het onderliggende mechanisme bleef echter onzeker omdat de zouttolerantie van transgenen die NHX-eiwitten uit verschillende bronnen tot overexpressie brengen, niet altijd correleerde met verhoogde Na+-accumulatie (Jiang etਊl., 2010). Bovendien hebben biochemische studies aangetoond dat NHX-eiwitten de uitwisseling van Na+/H+ en K+/H+ met vergelijkbare affiniteiten katalyseren (Venema etਊl., 2002). De recente meta-analyse van een groot aantal publicaties die tolerantiefenotypes rapporteren, verleend door uitwisselaars van de Cation/Proton Antiporter Family 1 (CPA1, die NHX-eiwitten omvat) concludeerde dat het effect op de K+-status over het algemeen meer uitgesproken was dan op het Na+-gehalte (Ma etਊl., 2017). Een informatief werk toonde aan dat overexpressie van de AtNHX1  in tomaat K+-deficiëntiesymptomen veroorzaakte, ondanks dat transgene planten een groter K+-gehalte hebben dan controles (Leidi etਊl., 2010). De intense sekwestratie van K+ in planten die NHX1 tot overexpressie brengen, verminderde de cytosolische K+-activiteit, leidde tot de inductie van het K+-opnamesysteem met hoge affiniteit en veroorzaakte een reeks metabole en hormonale stoornissen die verband houden met K+-deprivatie (Leidi etਊl. , 2010 De Luca etਊl., 2018). Niettegenstaande deze onbedoelde effecten als gevolg van NHX-overexpressie, verhogen NHX-eiwitten de zouttolerantie, vermoedelijk omdat retentie van cellulair K+ een vereiste is voor aanpassing aan een zoute omgeving (Jiang etਊl., 2010). Saliniteitsstress veroorzaakt depolarisatie van het wortelplasmamembraan en ROS-productie, die beide naar buiten rectificerende K + -kanalen openen die K + ontladen om het membraanpotentieel opnieuw op te bouwen (Shabala en Pottosin, 2014). Het door zoutgehalte geïnduceerde K + -verlies impliceert de noodzaak om de cytosolische K + -pool aan te vullen door K + opgeslagen in vacuolen te onttrekken (Cuin etਊl., 2003 Leidi etਊl., 2010).

Verwijdering van NHX1 en NHX2 genen die coderen voor de twee belangrijkste vacuolaire NHX-isovormen resulteerden in het onvermogen om K + te compartimenteren en, verrassend genoeg, in gevoeligheid voor K + -toevoer bij concentraties die de groei van controleplanten niet in gevaar brachten (Bassil etਊl., 2011 Barragan etਊl. , 2012). Bovendien, nhx1 nhx2 mutante lijnen vertoonden disfunctionele stomatale activiteit, met verminderde opening en sluiting (Barragan etਊl., 2012 Andrés etਊl., 2014). De snelle opname en afgifte van K+ en anionische organische zuren door wachtcellen, meestal in het vacuolaire compartiment, drijft de bewegingen van huidmondjes aan. Veranderingen in het volume en de vorm van wachtcellen lopen parallel met de intense hermodellering van vacuolen (Gao etਊl., 2005 Tanaka etਊl., 2007). Verstoring van K+-accumulatie in de wachtcellen van nhx1 nhx2 mutante planten correleerden met meer zure vacuolen en het verdwijnen van de zeer dynamische hermodellering van de vacuolaire structuur geassocieerd met stomatale bewegingen (Andrés etਊl., 2014).

Elektrofysiologische opnames van kanaalactiviteiten in de tonoplast hebben snelle vacuolaire (FV), langzame vacuolaire (SV) en K+-selectieve vacuolaire (VK) kationkanalen geïdentificeerd die de afgifte van vacuolaire K+ bemiddelen (Hedrich, 2012). De VK-stromen zijn toegewezen aan K+ (TPK) kanalen met twee poriën (Gobert etਊl., 2007). TPK1, 2, 3 en 5 van Arabidopsis bevinden zich in de tonoplast, terwijl TPK4 is in plasmamembraan. TPK1-stromen zijn onafhankelijk van de membraanspanning maar gevoelig voor cytosolisch Ca2+ en worden gereguleerd door calciumafhankelijke proteïnekinasen (CDPK's) en 14-3-3-eiwitbinding (Latz etਊl., 2013). Ook in Arabidopsis, het TPC1-kanaal is verantwoordelijk voor de SV-stroom (Peiter etਊl., 2005). TPC1 is spanningsafhankelijk en niet-selectief, waardoor K+ en Na+ naar het cytosol kunnen doordringen. Whether TPC1 also permeates Ca 2+ or Ca 2+ is only an effector of TPC1 gating is a matter of controversy (Hedrich etਊl., 2018). TPC channels are activated by a decrease in transmembrane potential and increased cytosolic Ca 2+ , and inhibited by low luminal pH and Ca 2+ . Structurally, TPC1 resembles two subunits of voltage-dependent Shaker-like channel fused in tandem, and two cytosolic EF hands in between (Guo etਊl., 2016 Kintzer and Stroud, 2016). The ubiquitous nature of TPC channels and the magnitude of the SV/TPC currents are such that TPC channels are capable of contributing substantially to cellular K + homeostasis. Accordingly, the transcriptome of the tpc1 loss-of-function mutant of Arabidopsis is reminiscent of profiles that were obtained under K + limitation (Bonaventure etਊl., 2007b). However, plants lacking TPC1 function are not impaired in growth and development. This may indicate that the TPC1 channel is closed most of the time and opens upon specific inputs or under stress. Current thinking is that TPC1 is part of a Ca 2+ /ROS relay that propagates stress signals (Choi etਊl., 2014 Evans etਊl., 2016). The gain-of-function mutant fou2 results in a hyperactive TPC1 channel with an altered voltage-dependent gating behavior that increases the probability of the channel to be open under physiological vacuolar potentials. As a consequence of this “leaky” channel, the fou2 mutant plant behaves as being wounded and shows elevated levels of the stress hormone jasmonate (Bonaventure etਊl., 2007a).

Several KT/HAK/KUP transporters have been localized to the tonoplast (Table 1). They are thought to force the energetically uphill release of K + into the cytoplasm under chronic K + starvation, in which the cytosolic concentration of K + could be low enough to impair the discharge of luminal K + by tonoplast channels (Ahmad and Maathuis, 2014).


AP Bio: Plants

Eudicots: bundles are arranged in a ring that separates the ground tissue into cortex and pith regions cortex fills the space between the vascular ring and the epidermis and the pith fills the center of the stem and is important in food storage

Tracheids: long, thin cells with tapered ends

Vessel elements: wider, shorter, and less tapered

Chains of these with overlapping ends form a system of tubes that conveys water from the roots to the stems and leaves as part of xylem tissue tubes are hollow because they are dead when mature, with only their cell walls remaining

Water passes through pits in the walls of tracheids and vessel elements and through openings in the end walls of vessel elements

Moving up from the root tip, they are the zone of cell division, the zone of elongation, and the zone of differentiation

Potassium: cofactor required for activity of several enzymes main solute for osmotic regulation in plants (potassium ion movements regulate opening and closing of stomata)

Chemical: distasteful or toxic compounds ex: amino acid called canavanine takes place of arginine, thus changing function of proteins and harming the insect

But can cross through wounds or stomata once infected.

Second line of defense: chemicals- release microbe-killing molecules and chemicals that signal other cells to do the same infection stimulates chemical changes in plant cell walls, which toughen and thus slow spread of microbes in plant

Compromise: pathogen can perpetuate in host without severely harming the plant- pathogen is avirulent plant is resistant

This is because they have complementary pair of molecules: plant has R genes and pathogen has Avr genes

R gene encodes for R protein, a receptor protein in cells Avr gene encodes an Avr protein, a signal molecule that binds to R protein

Triggers signal transduction pathway that leads to both local and plant-wide defense responses

Cells at site of infection mount a vigorous chemical defense, tightly seal off the area, and then kill themselves


In plants why are potassium and nitrate ions absorbed faster than any others? - Biologie

How does excess amounts of nitrate affect the growth of a plant and why is this so?

Increase in nitrate, like increase in any salt will increase the osmotic concentration of the soil solution. The roots of the plant then have to take up minerals from a more and more concentrated solution. If the solution outside gets too concentrated, there will come a point where the plant is not able to take up any water against the concentration gradient and the plant will start to wilt. Even before this point is reached, the plant will grow slower.

When plants are irrigated in arid areas, the salts from the irrigation water become concentrated in the soil and the soil can become "saline" and no longer fertile. So the effect you have observed is very important in some areas of the world.

If farmers apply too much fertilizer, then it cannot be taken up be plants fast enough, or retained by the soil, so there is a danger that it will be washed through into the drainage water and get into the rivers. If this happens then algal growth (and the growth of other water plants) in rivers can be stimulated and the result is eutrophication. This is another reason for not applying too much nitrate.

As the amount of fertilizer is increased, the amount of extra yield is reduced. each extra kg of fertilizer produces less extra crop. There comes a point where the value of the extra crop is less than the cost of the extra fertilizer. Another reason to only apply the right amount of fertilizer and not too much.


Fertilizing: It’s Mainly About Nitrogen

I learned my first lesson about fertilizing many years ago as a boy on our family farm. My young mind was having a hard time reconciling the lessons of my elementary school botany studies with the bags of Chilean nitrate fertilizer stacked up to the ceiling of our barn. Impressionable youth that I was, I had come away from the class with the understanding that plants made their own food out of thin air and sunlight through the miraculous process of photosynthesis.

So why, I asked my dad, do we have to feed them all this fertilizer? He thought about it for a few moments and answered: “Well, I suppose those tomatoes might be able to grow on their own, but they’d never make it to market without us. We’re just giving them a little push in the right direction.”

It seemed like more than a little push to me. Whenever I returned home from school, I knew where to find my dad: out on the tractor, side-dressing the crops with fertilizer. I wasn’t sure if the plants required his constant attention or if he just enjoyed the solitude of the job.

I later found out that, like most things we learn when we’re very young, fertilization is a little more complicated than I had been led to believe.

You could spend years studying the science of fertilizing crops. But I try to keep it simple in my garden. I bear in mind the basics of plant nutrition. I’ve learned that one of the most important distinctions among fertilizers is how soluble they are, a concept critical to protecting ground water. And I’ve organized my garden in a way that makes fertilizing easier.

Plants do absorb oxygen, hydrogen, and carbon dioxide from the air. Fueled by sunlight, plants use these elements to manufacture carbohydrates through the process of photosynthesis. But that’s just a part of what they need. In order to make vital proteins and amino acids, they require 13 other elements.

There are the primary nutrients: nitrogen, phosphorus, and potassium. And the secondary nutrients: calcium, magnesium, and sulfur. Then the micronutrients: zinc, iron, manganese, copper, boron, molybdenum, and chlorine. Each plays a vital role in plant growth, and if any one of them is deficient, the plants will suffer.

Nitrogen is the element that gets most of our attention, and rightly so.

Nitrogen is the fuel that makes plants go. It’s used to synthesize amino acids, proteins, chlorophyll, nucleic acids, and enzymes. Plants need more nitrogen than any other element. It’s the nutrient we most often have to apply.

The good news is that nitrogen is in plentiful supply in nature it comprises 78 percent of the earth’s atmosphere. The bad news is plants cannot extract nitrogen from the air. In fact, whether in the air or in the soil, nitrogen cannot be absorbed by plants in its elemental form. For nitrogen to be absorbed by plant roots, it must be converted, or “fixed,” into nitrates (NO3) or ammonium (NH4) ionen.

That transformation occurs naturally in the nitrogen cycle. Some nitrogen is fixed in lightening strikes and delivered via rainfall. But most is converted from organic matter in the soil with the aid of microorganisms, which transform the nitrogen to nitrates.This transformation can be a slow process. But the richer the soil, the higher it is in organic matter and microorganisms, and the faster the nitrogen is made available.

Until about 100 years ago, this natural nitrogen cycle was the only way nitrogen was converted to nitrates. We farmed and gardened under the restrictions of time and nature, and in harmony with the nitrogen cycle—applying manure and wastes, and allowing them to break down over time, thus providing a steady stream of nitrogen. In those days, virtually all nitrogen fertilizers came from natural sources: manure, plant residue, bone and blood meals.

That all began to change in the late 19th century with a breakthrough discovery that nitrogen could be fixed artificially by combining atmospheric nitrogen with hydrogen to form ammonia. That ammonia could then be used to produce nitrates. Het resultaat? The nitrogen cycle was speeded up dramatically, and the synthetic fertilizer industry was born.

This breakthrough changed the way we looked at fertilizer. Unlike in natural fertilizers, the nitrogen in these synthetics was available to plants almost as soon as it hit the ground. We could practically watch the plants green-up and grow before our eyes. But there was, and is, a downside to these fast-acting, water soluble synthetics. They are also very mobile in the soil. They can rapidly wash out of the reach of plant roots and into groundwater. So they must be used carefully and applied frequently. If you apply too much at one time, the excess nitrates can leach into groundwater and pose a health hazard too little and plants suffer.

Phosphorus and potassium round out the big three nutrients

Phosphorus is second only to nitrogen in the amount required by plants. It is a vital element early in the season, as it stimulates early shoot growth and root formation. When phosphorus levels are low, plants grow slowly and may have poor fruit or seed development. Phosphorus is especially important in cool weather. That’s why most starter fertilizer contains high amounts of it.

The problem with phosphorus is the opposite of that with nitrogen. Soils generally contain a good supply of it, but it is not readily available to plants. Phosphorus is extremely immobile in the soil. It does not travel in the soil solution, and plant roots must be in contact with phosphate ions to absorb them.

All phosphate fertilizers originate from phosphate rock, generally in the form of francolite. But in its natural form, it takes forever to become available in the soil. However, in 1842 it was found that treating phosphate rock with sulfuric acid would greatly speed the release of phosphorus. The result was superphosphate.

Superphosphate (0-20-0) is produced by reacting finely ground phosphate rock with sulfuric acid. Concentrated, or triple superphosphate, containing as much as 45 percent phosphate, is formed if phosphoric acid is used.

Finely ground phosphate rock (0-30-0) is still used as a natural source of phosphorus, as are colloidal phosphate (0-20-0) and bone meal (0-12-0). They all release their nutrients very slowly. No matter what type of phosphate fertilizer you use, the key is location, location, location. Make sure to work the fertilizers into the root zone of the soil. Add the required amount of phosphorus in fall or early spring. Don’t bother to side-dress during the year. If the soil is cold, use a liquid starter fertilizer containing ammonium phosphate. The nitrogen in the formula seems to make the phosphorus more readily available.

Potassium, the third primary nutrient, also encourages root growth and helps plants resist disease. It helps increase the size of vegetables and improves cold hardiness. Signs of potassium deficiency include weak plants, slow growth, small or shriveled fruit, and leaf burning at the tips and margins. As with phosphorus, only about 1 percent of the soil potassium is available to plants.

Potassium fertilizer comes in several forms. Potassium chloride (0-0-60), also known as muriate of potash, is the most common. Derived from sylvanite ore, it is available to plants almost immediately. However, potassium chloride is rather acidifying, and some crops, notably beans, potatoes, and tomatoes, have a low tolerance to chlorides.

Potassium nitrate (13-0-45) is produced when potassium chloride reacts with nitric acid. Its advantage is that it does not acidify the soil and does provide nitrogen as well as potassium. However, it leaches from the soil rapidly. Sulfate of potash magnesia (0-0-21), sold as Sul-po-mag or K-mag, is derived from the mineral langbeinite. It is in a form that is available to plants rapidly.

Potassium sulfate (0-0-50) another mined product, provides sulfur as well as potassium. Other common sources of potassium include greensand, from the mineral glauconite (0-0-6), wood ashes (0-0-10), and granite dust (0-0-7).

Small amounts of other elements aid plant growth

The secondary nutrients, calcium, magnesium, and sulfur, are not required in great quantities by plants and are often present in the soil in adequate amounts. Also, some nitrogen and phosphorus fertilizers contain small amounts.

Calcium must be present in plants for the construction of new cells, where it strengthens the walls and membranes. The soil usually has sufficient quantities, except in alkaline or very dry conditions. Calcium deficiencies show up as tip burn on young leaves, or abnormally green leaves. Limestone is a good source of calcium, as are calcium nitrate and superphosphate fertilizers.

Magnesium is an essential element in the process of photosynthesis. It may be deficient in sandy soils and it will show in yellowing of leaves. Dolomitic limestone is a good source of magnesium. You can also provide magnesium with magnesium sulfate, epsom salts, and sulfate of potash magnesia, Sul-po-mag.

Zwavel is necessary for protein synthesis. Much of it is absorbed through the air and from the soil. When sulfur is deficient, plants are small and spindly, and the youngest leaves are light green to yellow. To supplement, apply Sul-po-mag, gypsum, or superphosphate.

An even smaller set of dietary elements also influences plant development. We call them micronutrients, and plants need only traces of them. For example, just ¾ ounce of Borax, the laundry detergent, provides all the boron necessary for 100 square feet of garden.

Zinc, manganese, and copper contribute to the formation of enzymes and hormones in plants. Iron and chlorine are necessary for the formation of chlorophyll. Boron regulates the metabolism of carbohydrates in plants. Molybdenum helps convert nitrates to amino acids. Most of these micronutrients are available in chelated forms, formulas that dissolve easily, making them readily available. Properly fed soil with well-adjusted pH should require no added micronutrients.

Though it’s fine to add the three primary nutrients to your garden soil as a matter of course, the secondary and mi­cro­nutrients should not be applied unless indicated by a soil test. Overapplication may cause more harm than good by contributing to a mineral imbalance in the soil.

Organic or synthetic?

As a teenager in the 1960s, I reacted against my father’s stacks of chemical fertilizers with their acrid, nose-twitching odor and planted an organic vegetable garden in a corner of the farm. I soon learned what all organic gardeners come to understand: that organic fertilizer is bulky, occasionally inconvenient, sometimes sloppy, and often smelly.

But it works as long as you don’t expect instant results. If you’re patient and have time to build up the soil, organic fertilizers pay dividends over the long run. If you work into the soil about one bushel of manure per 100 square feet of garden early in the year, every year, you will be providing virtually all the nutrition most plants need. The residual organic matter means that the plants never starve, and you won’t overfeed or underfeed.

However, we often don’t have the luxury of time. Or after years of building the soil in our garden, we pull up stakes and move and must start all over again. Or the pepper plants lag just when the compost bin runs out, and you can’t lay your hands on some mellow, aged manure.

It was during one of those times, after I had just started a garden in soil as sandy as the beach, that I began to wonder: What’s the harm in spritzing those plants with a little bit of Miracle-Gro? I would never consider using just a touch of synthetic pesticide, but I confess, I couldn’t think of a compelling reason not to use a little bit of synthetic fertilizer.

So now, my fertilizer program, like many things in my life, is perhaps less pure and a little more utilitarian. I do occasionally supplement organic fertilizer with a synthetic pick-me-up. To me, the important distinction is not whether a fertilizer is organic or synthetic, but whether its nitrogen is water insoluble or water soluble. I believe water-insoluble nitrogen is superior, because it is released gradually for steady feeding. Whereas water-soluble fertilizers are here today and gone tomorrow. Applying them is like the old joke about voting in Chicago: You have to do it early and do it often. Not only do you have to reapply regularly, there is also a danger of harmful nitrates leaching into the groundwater.

Nitrates in drinking water at levels greater than the federal standard of 10 parts per million can cause a potentially fatal condition in infants commonly known as “blue-baby” syndrome, also called methemoglobinemia. Babies can develop blue-baby syndrome after drinking water contaminated with nitrate levels greater than 10 parts per million for as little as one week, according to the Environmental Work Group, an activist organization based in Washington, D.C. The group estimated that between 1986 and 1995 more than 2 million people, including approximately 15,000 infants, drank water from systems that had nitrates in excess of 10 parts per million. The survey dealt mainly with farms.

Some of the newer synthetics mimic the slow-release quality of organics. Some, such as sulfur-coated urea, come in a shell that breaks down to release the nutrients over time. Others, like isobutylene urea (IBDU) or methylene urea contain nitrogen forms that are less water soluble, relying on temperature and microorganisms to release the nitrogen over time. They eliminate the need to constantly reapply fertilizer, but they offer none of the soil-building qualities of organics.

When shopping for fertilizers, read the label carefully

The label will list the percentages of water-soluble and water-insoluble nitrogen. The bag, of course, will show the amount of other nutrients in percentages. A 100-pound bag of 10-10-10 fertilizer has 10 pounds of each of the nutrients, with stabilizers making up the rest. If you need 20 pounds each of nitrogen, phosphorus, and potassium, you would need two bags of the fertilizer.

You need to keep in mind the actual amount of the ingredients, not only to get the biggest bang for your buck, but also to determine how much to apply to different crops.

Choosing your nitrogen source
Not all sources of nitrogen are created equal. The synthetic sources of nitrogen carry a high percentage of the fertilizer and offer a quick boost to plants. But they do nothing to build the soil and may leach into groundwater. The organic sources contain less nitrogen, but last longer and contribute to a healthy soil matrix.
Kunstmest % Nitrogen Tendency
to leach
Period of
availability
in soil *
Nonorganic
Urea 46 high 2 weeks
Sulfur-coated urea 38 gematigd 6 maanden
Urea formaldehyde 38 gematigd 3 maanden
Ammonium nitrate 33 high 1 maand
Isobutylene urea (IBDU) 31 laag 9 months
Methylene uree 28-41 gematigd 6 maanden
Ammonium sulfate 21 high 1 maand
Nitrate of soda ** 16 high 3 maanden
Calcium nitrate 15 high 3 maanden
Potassium nitrate 13 high 3 maanden
Organic
Bat guano 11 laag 3 maanden
Blood meal 10 laag 1 year ***
Fish meal 10 gematigd 3 maanden
Cottonseed meal **** 6-8 laag 1 year ***
Alfalfa meal 5 laag 1 year ***
Cow manure (dry) 2-3 laag 1 year ***
Poultry manure 2 laag 6 months ***
Seaweed (dry) 2 laag 9 months ***
Horse manure (fresh) 1 gematigd 1 year ***
* Assumes idea soil conditions of neutral pH, moderate moisture, and warm temperature
** Though a natural product, not necessarily certified as organic
*** Available 2 weeks after application
**** May contain pesticide residues

Organizing the garden around feeding plants

Different plants have very different fertilizer requirements. Potatoes, for example, require about four times as much nitrogen and potash and twice as much phosphorus as beans. A 100-square-foot patch of potatoes needs about ½ pound each of actual nitrogen, phosphorus, and potassium per year for good growth. That’s about 5 pounds of a 10-10-10 fertilizer.

Root crops and leafy vegetables, such as lettuce, cabbage, and spinach, need about 1/3 pound of actual nitrogen, 1/4 pound of phosphorus, and 1/3 to 1/2 pound of potash per 100 square feet. Fruit crops, such as tomatoes, cantaloupes, and peppers, need 1/4 pound of actual nitrogen and phosphorus and 1/3 pound of potash per 100 square feet. While legumes, such as beans and peas, require only 1/10 pound of nitrogen, phosphorus, and potash for the same amount of space.

Trying to meet the diverse needs of a whole garden full of crops could make your head spin. But I have an easy way to keep the meal plans straight. Some people plan their kitchen gardens for aesthetics, some for succession and rotations, and some for ease of harvest. I take all of those elements into account, but plan my garden primarily according to the feeding needs—basically the nitrogen requirements—of the plants.

Potatoes, the heaviest feeders of all, get their own bed. I group the medium-feeding fruiting crops—tomatoes, peppers, melons, cucumbers—in a bed. Root crops get a bed, and so do the greens and legumes. That way, I can apply the same amount of fertilizer to a single bed, and know that every plant in it is getting the optimum amount of nutrition.

Over the years, I’ve learned that a fertilizer doesn’t have to be natural, but using it has to feel natural to you. That is, it must be in a form you feel comfortable with, one you will use faithfully. Because you need to feed. Choose the finest, tastiest, and best-looking varieties you can find—it doesn’t matter if they’re heirlooms or hybrids—and feed the plants properly. They will reward you with a harvest that’s everything you expected.

—This article originally appeared in Kitchen Gardener #21 (June 1999).

Get our latest tips, how-to articles, and instructional videos sent to your inbox.


Bekijk de video: Транспорт на вода кај растенијата (Januari- 2022).