ЭНЦИКЛОПЕДИЯ

Что извлекает корень из почвы

Ученые упорно работали десятки лет, чтобы узнать, какие вещества корень извлекает из почвы. Понять это удалось, выращивая растения в воде (метод водных культур). В дистиллированной воде растворяют определенные минеральные соли, кроме солей того химического элемента, значение которого для жизни растения хотят выяснить. Растение выращивают на этом растворе в стеклянной банке. Опыты показали, что растение хорошо развивается лишь в том случае, если в растворе солей есть калий, кальций, железо, магний, сера, фосфор и азот. Если из питательного раствора исключить калий, рост растения останавливается. Без кальция не разовьется корневая система. Магний и железо необходимы растениям для образования хлорофилла. Без азота, серы и фосфора не образуются белки, входящие в состав цитоплазмы и ядра.

Долгое время думали, что только эти элементы необходимы для нормального развития растений. Но потом выяснилось, что растению также нужны очень небольшие количества некоторых других элементов, которые и назвали микроэлементами. При обычных опытах эти элементы находились в минеральном растворе в виде ничтожных примесей или попадали в него с пылью из воздуха. Но для некоторых растений такое количество того или иного микроэлемента оказалось недостаточным. Например, для сахарной свеклы совершенно необходим бор: без него растение заболевает гнилью сердечка. На плодородных торфяных почвах пшеница и рожь иногда не образуют зерна, но, если в такую почву внести вместе с удобрениями медь, растения развиваются нормально. К наиболее важным в жизни растений микроэлементам относятся марганец, бор, медь, цинк, молибден, кобальт.

Водные культуры растений. В левом и среднем сосудах питательная смесь без фосфора; растению в среднем сосуде фосфор дан через листья. В правом сосуде полная питательная смесь.

Если растение сжечь, в его золе останутся те минеральные вещества, которые оно поглотило из почвы. У разных растений количество золы неодинаково. В среднем зола составляет 5 % веса высушенного растения. Следует учесть, что лишь незначительная часть минеральных веществ, содержащихся в золе, действительно необходима растению. Например, у ряда растений зола на 80% состоит из кремния, ненужного в таком количестве растению. Кальций также поглощается корнями из почвы в значительно большем количестве, чем это необходимо растению.

Круговорот азота в природе: N₂ — газообразный азот, NH₃ — аммиак, NO₂ — окисел азота, NO^-₂, NO^-₃ — анион, NH⁺₄ — катион.

Азот тоже поглощается из почвы и входит в состав важнейших для жизни белковых веществ. Доля азота в общем весе растения достигает 1,5%. Но в золе азота нет. При сгорании он соединяется с кислородом и в виде окислов азота улетучивается в воздух. Если в водной культуре исключить из питательной смеси азот, то растение перестает расти. У растения, испытывающего недостаток азота, светло-зеленая окраска: в листьях его мало хлорофилла, в состав которого входит азот.

Азот поглощается растением из почвы в виде аммиачных или азотнокислых солей. Но в почве много и органических соединений азота в виде белковых веществ, оставшихся от умерших растений и животных. В большинстве случаев растения не могут усвоить непосредственно эти сложные органические соединения азота. Но органический азот не остается в почве без изменений. Он может превратиться и в минеральные соединения, доступные растениям. Огромное число бактерий и грибов, населяющих почву, питается органическими соединениями азота. Они разлагают белки в остатках отмерших растений и животных. При таком разложении в почве образуется аммиак. Размер бактерий очень мал. Он не превышает обычно 2 мкм (двух тысячных миллиметра). Но в каждом грамме почвы со средним плодородием содержится несколько сотен миллионов бактерий, а в одном грамме чернозема — до трех миллиардов. Несмотря на малые размеры, эти бактерии и грибы перерабатывают в почве огромные массы органических веществ.

Большая часть аммиака, образовавшегося в почве при разложении бактериями органических остатков, окисляется особыми микробами-нитрификаторами сначала до азотистой, а затем и до азотной кислоты. Часть этой азотной кислоты разрушается другими микроорганизмами — бактериями-денитрификаторами. Освободившийся при этом газообразный азот уходит из почвы в атмосферу. В мировом круговороте веществ улетучивающийся из почвы азот может снова вернуться в почву и стать пищей для растений. Электрические разряды при грозе образуют в воздухе окислы азота. Полученные таким образом окислы растворяются в воде и превращаются в азотистую и азотную кислоты. Но таким путем в почву возвращается лишь очень небольшое количество азота.

Значительно большее количество атмосферного азота связывается в почве особыми микроорганизмами — бактериями-азотфиксаторами. Один из таких микроорганизмов — азотобактер, сравнительно крупная (от 3 до 5 мкм в поперечнике) бактерия. Азотобактер широко распространен в различных почвах, кроме кислых подзолистых.

Другая бактерия — клостридий — также связывает атмосферный азот и обогащает им почву. Клостридий способен к этому лишь при отсутствии в окружающей среде атмосферного кислорода. Микроб этот встречается и в кислых почвах.

Третий вид азотфиксирующих микробов — так называемые клубеньковые бактерии —имеет для растений, пожалуй, самое большое значение. На корнях любого бобового растения (вики, клевера, гороха, фасоли) можно рассмотреть маленькие вздутия — клубеньки. В них-то и живут клубеньковые бактерии. Эти бактерии проникают в корни из почвы через корневые волоски и вызывают интенсивное деление клеток. На корнях образуются наросты — клубеньки. Клубеньковые бактерии получают от растения углеводы и снабжают его азотом, который они усвоили из воздуха.