Азот, фосфор и калий в питании растений

Азот, фосфор и калий — три главных элемента минерального питания растений, их обозначают буквами N, P и K. Азот нужен для роста листьев и стеблей: он входит в белки и хлорофилл. Фосфор отвечает за корни, цветение и созревание: из него строятся ДНК и «энергетическая» молекула АТФ. Калий регулирует водный обмен и повышает устойчивость к засухе, морозу и болезням. Удобрения со всеми тремя элементами называют NPK-удобрениями, а цифры на их упаковке показывают долю N, P₂O₅ и K₂O.

Для чего растениям азот, фосфор и калий

Растению нужно больше десятка химических элементов. Углерод, кислород и водород оно берёт из воздуха и воды, остальные — из почвы. Из почвенных элементов больше всего расходуются азот, фосфор и калий: их уносит каждый урожай, поэтому именно их чаще всего не хватает. Здесь действует закон минимума: урожай ограничивает тот элемент, которого меньше всего относительно потребности (подробнее — на странице «Агрохимия»).

Элемент	Где находится в растении	Главная роль
Азот N	белки, нуклеиновые кислоты, хлорофилл, ферменты	рост листьев и побегов, зелёный цвет
Фосфор P	ДНК и РНК, АТФ, фосфолипиды мембран	корни, цветение, завязывание плодов и семян, созревание
Калий K	ионы K⁺ в клеточном соке; в органические вещества не входит	водный баланс, работа устьиц, перенос сахаров, устойчивость к засухе и морозу

Элементы питания растений

В какой форме растения усваивают азот, фосфор и калий

Корни поглощают элементы не в виде простых веществ, а в виде ионов из почвенного раствора. Азот воздуха N₂ обычным растениям недоступен: связать его умеют только некоторые бактерии, например клубеньковые бактерии на корнях бобовых.

Азот — нитрат-ионы NO₃⁻ и ионы аммония NH₄⁺. Почвенные бактерии окисляют аммоний до нитрата (нитрификация), поэтому со временем аммонийный азот становится нитратным. Немного связанного азота дают грозы: N₂ + O₂ ⇄ 2NO электрический разряд; дальше оксиды азота с дождём превращаются в азотную кислоту.
Фосфор — дигидрофосфат-ионы H₂PO₄⁻ и гидрофосфат-ионы HPO₄²⁻. Фосфор малоподвижен: в кислой почве он связывается с алюминием и железом, в щелочной — с кальцием и становится недоступным. Лучше всего он усваивается при pH 6–7 (см. «Кислотность почвы»).
Калий — катионы K⁺. Почва удерживает их на поверхности глинистых частиц и гумуса и отдаёт растению постепенно; из лёгких песчаных почв калий вымывается быстрее.

Важно и соотношение ионов: избыток калия мешает поглощению магния и кальция, избыток аммония — поглощению калия. Поэтому больше удобрения — не всегда лучше.

Признаки нехватки и избытка азота, фосфора и калия

Элемент	Нехватка	Избыток
Азот	растение мелкое, листья бледно-зелёные, нижние желтеют первыми	буйная ботва, позднее созревание, накопление нитратов в овощах, слабая устойчивость к болезням
Фосфор	рост замедлен, листья тёмно-зелёные с фиолетовым или красноватым оттенком, цветение запаздывает	мешает усвоению цинка и железа
Калий	края старых листьев буреют и подсыхают («краевой ожог»), стебли полегают	мешает усвоению магния и кальция

Признаки нехватки азота и калия сначала появляются на нижних, старых листьях: эти элементы подвижны, и растение перебрасывает их к молодым побегам. Похожие симптомы бывают и от других причин — холода, переувлажнения, болезней, кислой почвы, — поэтому точный ответ даёт только анализ почвы.

Кроме NPK, растениям нужны кальций, магний и сера — тоже макроэлементы — и микроэлементы: железо, марганец, бор, цинк, медь, молибден. Например, магний стоит в центре молекулы хлорофилла, а при нехватке железа молодые листья желтеют между жилками — это хлороз.

Удобрение азот, фосфор, калий: что значат цифры NPK на упаковке

На упаковке комплексного удобрения пишут три числа, например «16:16:16» или «N 16 %, P₂O₅ 16 %, K₂O 16 %». Это массовые доли в процентах, но фосфор и калий по традиции указывают не как элементы, а в пересчёте на оксиды P₂O₅ и K₂O. Так сложилось исторически: раньше результаты химического анализа записывали в виде оксидов, и этот способ остался стандартом маркировки.

Чтобы перевести оксид в элемент, используют массовую долю элемента в оксиде:

в P₂O₅ (Mr = 142) доля фосфора 2·31 / 142 ≈ 0,436, то есть P = P₂O₅ × 0,436;
в K₂O (Mr = 94) доля калия 2·39 / 94 ≈ 0,83, то есть K = K₂O × 0,83.

Значит, в удобрении 16:16:16 содержится 16 % азота, около 7,0 % фосфора и около 13,3 % калия. Обратный пример: в чистом хлориде калия KCl массовая доля калия 39 / 74,5 ≈ 52,3 %, а в пересчёте на K₂O — 52,3 / 0,83 ≈ 63 %. Товарный хлорид калия маркируют немного меньшей цифрой — из-за примесей. Молярные массы для таких расчётов удобно находить калькулятором:

Фосфорно-калийные удобрения: названия

В конце лета и осенью азот обычно не дают: он подстёгивает рост побегов, которые не успеют подготовиться к зиме. В это время нужны фосфор и калий, поэтому так часто ищут названия фосфорно-калийных удобрений:

монофосфат калия — дигидрофосфат калия KH₂PO₄, хорошо растворимое бесхлорное удобрение; на упаковке его маркируют 0:52:34 (без азота, 52 % P₂O₅, 34 % K₂O);
смесь суперфосфата Ca(H₂PO₄)₂ с сульфатом калия K₂SO₄ или хлоридом калия KCl — самый простой вариант, его готовят перед внесением;
древесная зола — содержит поташ K₂CO₃ и фосфаты кальция, но одновременно подщелачивает почву;
готовые «осенние» комплексные смеси с малой долей азота — их состав указан цифрами NPK.

Монофосфат калия получается при нейтрализации фосфорной кислоты щёлочью в соотношении 1 : 1: KOH + H₃PO₄ → KH₂PO₄ + H₂O. Если взять втрое больше щёлочи, получится средняя соль: 3KOH + H₃PO₄ → K₃PO₄ + 3H₂O. Так из одной кислоты получают разные соли — кислые и средние.

Азот, фосфор и калий в природе: откуда берутся удобрения

У трёх элементов разные пути в природе. Азот циркулирует через атмосферу: бактерии и грозы связывают N₂, растения поглощают нитраты и аммоний, животные получают азот с пищей, а после гибели организмов бактерии возвращают его в почву и частично в воздух (денитрификация). Промышленность связывает азот синтезом аммиака N₂ + 3H₂ ⇄ 2NH₃, и почти все азотные удобрения — его производные.

Фосфор в этом круговороте газообразных соединений не образует: он переходит из горных пород в почву, растения, животных и снова в почву или на дно водоёмов. Его запасы в почве восполняются медленно, поэтому фосфорные удобрения делают из месторождений апатитов и фосфоритов. Калий высвобождается из минералов — полевых шпатов, слюд — при выветривании, а для удобрений его добывают из подземных залежей калийных солей. Состав и получение конкретных удобрений — на странице «Минеральные удобрения».

Связь с курсом химии: азоту и фосфору посвящены главы химии 9 класса, калию — тема щелочных металлов (урок «Щелочные металлы»). Ион калия легко узнать по фиолетовой окраске пламени — опыт «Окраска пламени».

Проведите опыт онлайн

Эти опыты есть в виртуальной лаборатории: запустите прямо здесь или откройте на весь экран.

Окраска пламени

Петлю с солью вносят в пламя: Na⁺ — жёлтое, K⁺ — фиолетовое, Cu²⁺ — зелёное.

Открыть в лаборатории

Частые вопросы

Для чего растениям азот, фосфор и калий?

Азот нужен для роста листьев и стеблей: он входит в белки и хлорофилл. Фосфор — для развития корней, цветения и созревания: он входит в ДНК и АТФ. Калий регулирует водный обмен и повышает устойчивость к засухе, морозу и болезням.

Что означают цифры NPK на удобрении?

Массовые доли в процентах: азота (N), фосфора в пересчёте на P₂O₅ и калия в пересчёте на K₂O. Например, 16:16:16 — это 16 % N, 16 % P₂O₅ и 16 % K₂O, то есть около 7 % фосфора и 13 % калия как элементов.

Какие удобрения фосфорно-калийные?

Монофосфат калия KH₂PO₄, смеси суперфосфата с сульфатом или хлоридом калия, древесная зола и комплексные удобрения с малой долей азота.

Как понять, что растению не хватает азота?

Растение отстаёт в росте, листья светлеют, а нижние желтеют первыми. Похоже выглядят и другие проблемы, поэтому вывод лучше подтвердить анализом почвы.

Почему азот из воздуха не питает растения?

Молекула N₂ очень прочная: атомы в ней связаны тройной связью. Разорвать её могут клубеньковые и некоторые другие бактерии, электрический разряд молнии и промышленный синтез аммиака при высокой температуре и давлении с катализатором.