На данный момент вопрос о природном органическом земледелии является как актуальным, так и злободневным. Судить об этом можно исходя из того, что большое количество различной информации посвящается данной теме.

Так как природное органическое земледелие привносит много полезного, улучшая при этом общую экологическую обстановку и создавая безопасные продукты питания, но для него не характерна обработка растений химическими , пестицидами и другими веществами, что в корне задевает интересы производителей данный товаров, а также аграриев со стандартным набором знаний. Исходя из этого у подобного земледелия есть много противников и сторонников.

Однако в США, странах ЕС и Канаде данный вид земледелия быстро развивается. Там создана особая законодательная и правовая база на продукцию этого вида земледелия. Годовой рост органических продуктов на мировом рынке составляет до 20%. А весь рынок, например в 2006 году уже превысил 40 млрд. долларов.

В России в этом отношении власти ничего не предпринимают. В свое время, когда Главным санитарным врачом РФ был Г.Онищенко были созданы некоторые требования на товары органического земледелия, но это не правовые документы. Получение чистых продуктов сейчас в большом интересе у владельцев частных участков. При этом знания особенностей выращивания является первостепенной целью для данного земледелия.

Общий взгляд работников села на вещества перегнойной природы почвы, обычно основывался как на источник для питания растений с давних времен. Это произошло из-за ряда наблюдений и более частого совпадения, когда почва урожайная она имеет темный цвет. Отчасти это мнение складывалось из-за различных представителей агроэкономических наук, а также физиологии растений. Так во множестве работ, которые относятся непосредственно к 18 веку, говорилось о твердой уверенности, что не только питательные вещества может давать перегной, но и необходимый углерод может получать растение из перегноя находящегося в грунте. Высказывались также мысли о том, что почвенный гумус являлся, чуть ли не важнейшим источником питания для растений, и что остальная часть различных веществ является лишь помощниками в растворении “жира” данного гумуса.

Исследования показывают, что растения с легкостью усваивают не только минеральные соединения (простые), но и сложные органические вещества. Любопытно, то, что представления об органическом питании растений возникли раньше, нежели о питании с помощью минеральных элементов и положили основу для гумусной теории. На данный момент уже нельзя сомневаться в том, что растения на основе углекислоты, воды и различных минеральных солей и при усвоении солнечного света производить сложные соединения органического характера.

При развитии подобных представлений в первой половине 19 века отбросили представления Ж.А.Хассенфратца и А. Тэзера о питании растений с помощью органической почвы. Данные представления, получили название теории гумусов, и в основу этой теории было положено то, что урожай у растений чаще выше, если богат перегноем, и из-за того что органические удобрения (навоз) повышают общую урожайность. Используя эту теорию, в те времена строилась агротехника и многое другое.

После детального исследования Ю. Либиха о теории минерального питания и после изучения основных особенностей микробиологических процессов в грунте оказалось вполне возможным все явления жизнедеятельности и продуктивности растений разъяснить фотосинтезом и поступлением воды и солее, а также минерализации вещества в грунте с помощью микроорганизмов. Гумусу отводилась роль коллоида-адсорбента, который может улучшить питательный, а также водно-физический режим в грунте. Этого оказалось достаточно для обоснования и удовлетворения множества людей. Следственно гумусная теория пала в забвение, хотя до конца 19 века у нее еще было несколько сторонников.

Начиная с 20 века, в частности с ее второй половины, исследования по органическому питанию возобновились и уже получили развитие во множестве стран, в том числе и в СССР. Результаты были довольно любопытными. Но до текущего времени данным вопросом занималось очень мало специалистов, хотя и данный вид питания имеет немалое значение в жизни каждого растения. Мы уже хорошо знаем общие закономерности поступления ионов солей (минеральных) через корни и при подкормке внекорневого характера, но до настоящего момента не способны предоставить объяснения лучшего действия органоминеральных и органических удобрений, чем при применении минеральных.

Конечно же, значение данного питания надо оценивать правильно. Так как можно получить хороший урожай на минеральной среде, стоит также вспомнить технологию Миттлайдера, но в естественной среде растения всегда растут на субстрате с определенным количеством органических веществ. Количество растворимого гумуса в грунтах может быть от 1 до 2% от общей массы грунта, т.е. где-то до 100 тонн на 1 га. При этом возникает вопрос, могут ли растения воспользоваться этими запасами в качестве источника органического питания? Важное ли значение играет органическое питание в естественной среде для образования массы урожая и определении качество данной массы? В большей степени на подобные вопросы ученые отвечают положительными ответами.

Основными трудностями в экспериментальных исследованиях направленных на поступление гумусных или других веществ органического происхождения являются невозможность определения приемов биохимического анализа данных веществ в составе различных растений. Гумусные и другие вещества органического происхождения близки к органическим соединениям, которые входят в растительный состав. Применение новых методов (радиохроматография, изотопные индикаторы и др.) позволяют полностью изучить вопросы участия гумусных и других кислот, которые содержатся в грунте органических соединений, в росте, питании и общем развитии. И подобные методы уже широко применяются в последнее время во многих странах.

Результаты показали, что при участии гумусных кислот грунта в минеральном питании растений, которое заключается в связывании элементов, становящихся более доступными в их ионной форме при их непосредственном освобождении в результате процесса минерализации гумуса с помощью микроорганизмов, растения могут поглощать и сами гумусные кислоты из низкомолекулярных соединений и в виде средних и высокомолекулярных соединений. Также обнаружено то, что кислоты гумусные благодаря воздействию клеточной мембраны растений могут повысить их общую проницаемость, что способно увеличить поступление в растение минеральных веществ и соединений органической природы. Соединения металлоорганические попадают в растение без особого расщепления до неорганических фрагментов. Низкомолекулярные, а также высокомолекулярные частицы гумусных кислот которые поглощаются растениями, подвержены внутри растения различным преобразованиям, при этом участвуют в биосинтезе, а также являются источником физиологически активных веществ и способны оказывать положительный эффект на развитие, рост и общую продуктивность.

Могут ли высшие растения использовать фосфор?

Для того чтобы разрешить вопрос, могут ли растения (высшие) использовать фосфор в органических соединениях И.Шулов взял для своих опытов наиболее распространенные виды растений и соединений в почвах (фитин, лецитин). Работа происходила в стерильных условиях, при этом было доказана возможность поглощать и усваивать растениями (кукурузой и горохом) фосфора фитина. При изучении возможности использования растениями (высшими) азотных органических соединений отличился Г.Петров, который работал тоже в стерильных условиях и доказал, что аспарагин, может поглощаться растениями (кукурузой) и при этом является отличным источником азотистого вида питания. При этом автор выдвинул предположение, о том, что в данном случае употреблялся амидный азот из аспарагиновой кислоты. Также было констатирована возможность употребления растениями (кукурузой) лейцина, азота тирозина и пентона. Позднее ученый доказал, что растения (кукуруза) способно поглощать не только азот аспарагина амидный, но и усваивать азот непосредственно из аспарагиновой кислоты.

Например, опыты, проводимые с кукурузой показали поступление и интенсивное перемещение из корней низко -, средне- и высокомолекулярных ароматических соединений гуминовых кислот. Также стоит сказать, что физиологическую активность имели различные по молекулярной массе и в особенности низкомолекулярные соединения гуминовых кислот. При поступлении в растение они способны усилить окислительно - восттановительные, а также ферментативные процессы, которые связаны с азотным и фосфорным обменом. С помощью гуминовых кислот грунта наблюдается высокий рост корневой системы и ее надземной части, также отмечалось повешение количества элементов питания – фосфора, азота, кальция и калия.

Исследования, проводимые на различных растениях, смогли показать, что при наличии в растворе низкоконцентрированных гуминовых кислот в растении наблюдается увеличение общего количества фосфора и азота. Также увеличивается вынос питательных веществ. Объяснить это можно тем, что под определенным воздействием гуминовых кислот ускоряется развитие, и рост надземной части и корневой системы и увеличивается общая способность к поглощению питательных веществ. Совместно с веществами с гумусовой кислоты, которые отличаются высокой активностью, в растение также могут поступать аминокислоты, витамины, металлы (поливалентные) и другие вещества, которые играют важную роль при развитии и росте.

Показанные данные проведенных исследований свидетельствуют о том, что растения способны применять для питания органические вещества, содержащиеся в почве. Данные соединения в основном играют роль структурного элемента, при этом данные элементы входят в состав самого растения. Различные опыты, направленные на изучение поступления этих веществ, проводились на множестве видов, которые относились к различным семействам. Оказалось, что растения способны усваивать не только вещества органической природы из почвы, но и микроорганизмов, выделения растений, которые содержатся в почве.

Так что высшие растения могут питаться органикой. Низшие зеленые растения, склонны к питанию только готовыми соединениями органической природы. Например, эвгленовые водоросли в составе своем имеют множество бесхлорофилльных форм, которые используются как органические вещества как источник углерода. Зеленые водоросли, в частности хлорелла способны очень хорошо развиваться в воде, которая богата растворимыми веществами органической природы. Под влиянием подобных веществ – аминокислот, сахаров и др. – водоросли могут снижать общую интенсивность фотосинтезирующих процессов, т.е. питание органикой заменяет им фотосинтез.

Также при исследовании было замечено, что корни у растения могут отлично поглощать сахар и аминокислоты. Очевидно, что данные вещества после их попадания в растение ничем не отличаются от подобных соединений, которые образуются при фотосинтезе. Обычно они расходуются на обменные процессы и на общее построение тела у растения. Однако растение могут еще поглощать и специфические виды соединений, к ним можно отнести пестициды и гербициды.

Было обнаружено проникновение антибиотиков, которые продуцируются микроорганизмами, различных алкалоидов из почвы, при этом эти вещества являются ядами или противоядами. Стоит упомянуть о поступлении ряда фенольных и других соединений органического происхождения в грунте из-за жизнедеятельности микроорганизмов и растений, являются они в большинстве своем замедлителями развития и роста. Общий механизм поглощения сложных веществ органической природы полностью еще не изучен. Существует теории подобного поглощения.

Способность воспринимать культурными растениями азота из мочевины, а также из кислоты мочевой была подтверждена исследованиями Томсона в данной области, который исходя из целей устранения питания у растений (ячменя, льна, гороха) продуктами распада различных азотистых веществ помещал растения каждый день в новый раствор (при этом было предварительно протестирован раствор, и устанвлено, что состав данного раствора, а в частности его продуктов может начинать распадать не ранее чем через 2 дня или 48 часов). Тажке были попытки вести растения непосредственно на органических субстратах в стерильных условиях, где будет полностью исключена возможность разложения и дальнейшей минерализации данных субстратов. В этом исследовании брали растворы, которые вводились в вещества органической природы: крахмал, сахара и др. Растения которые переносились в растворы упомянутых ранее веществ, росли и развивались нормальными темпами, а вот наблюдение за видами в дестилированной воде не прибавили в весе. Наиболее здоровым видом обладали растения, которые были помещены в раствор с гиминовыми веществами, а также крахмалом.

Растения не только поглощают органику но и выделяют ее назад, в почву!

Растения же способны не только употреблять органические фрагменты, находящиеся в среде, но и выделять в почву подобные соединения. Интересным фактом является взаимный обмен органических соединений и неорганических. Данный обмен соединениями затрагивает экологическую и аллелопатическую роль органического питания. Довольно яркое представление о поступлении веществ, которые выделяются растениями, дали опыты которые проводились с участием меченого углерода.

Например, опыты, проводимые с полевыми растениями, смогли показать, что в составе корневых выделений растений являющихся донорами входят вещества органической природы с радиоактивной меткой этого углерода, который был усвоен при фотосинтезе. Далее данные вещества усваивались корневой системой соседних акцепторов (растений).

Сама передача осуществлялась быстро, и буквально через несколько дней были отмечено значительное увеличение количества углерода содержащего радиоактивную метку в растения -акцептора. Сама переда от культурных растений – люпина, посевного проса к сорнякам – пырею, ежовнику, проходила довольно неплохо, и также, наоборот, от сорных растений непосредственно к культурным проходило слабо (от овса к люпину) или же вовсе не проходила (от пырея к люпину). Наблюдался довольно быстрый обмен между сорняками различных видов (непахучая ромашка, пастушья сумка). Растения, принадлежащие к одному виду сорняков, обменивались тоже хорошо (непахучая ромашка и ежовник), другие случаи показали слабый обмен (пырей с пыреем). Если брать культурные растения, то неплохо происходил обменный процесс между вики и овсом. Стоит отметить, что чем ближе были расположены акцептор и донор, тем быстрее происходила передача выделений.

Довольно быстрое передвижение продуктов имеющих радиоактивную метку от доноров непосредственно к акцепторам может говорить о том, что вещества органической природы, входящие в состав выделений корнями, являются легкорастворимыми и подвижными веществами наподобие углерода, аминокислот, органических кислот. Из полученных данных можно говорить, о широком распространении обменного процесса органическими веществами происходящих между растениями, и о довольно большой скорости, а также о количестве веществ участвующих в данном процессе. Также установлено, что неорганические и органические продукты, а также вода может свободно перемещаться сквозь корни растений одного или же разных видов. Например, часто можно встретить срастание корней у древесных растений.

Обмен осуществляется не только при срастании их корней, но и через почвенный раствор. В этой теме будут любопытны исследования, сделанные И.Н. Рахтенко проведенные в лесных насаждениях в Белоруссии. Исследование проводилось над древесными породами в возрасте 1-20 лет, растущих на супесчаных, песчаных и суглинистых грунтах: липа, клен, дуб обыкновенный, береза бородавчатая и др. Растениям вводили радиоактивный фосфор через смачивание листьев, в отверстия, проделанные в стволе дерева или через корневые окончания. Спустя 2-3 дня после этого брали пробы с соседних растений, который располагались от 0,25 до 6 метров. Таким образом, было обработано 156 деревьев, в 474 случаях было обнаружено передвижение радиоактивной метки фосфора.

И.Н. Рахтенко, также говорит о том, что в схожих условиях исследования перемещение метки из липы в дуб было более интенсивным, нежели наоборот. Из клена в дуб фосфор перемещался быстрее, чем из дуба в клен или из одного клена в другой. Также выявлено, что при перемещении фосфора из одного растения в другое происходило при соприкосновении корней. При отсутствии контакта у древесных растений отсутствовал обменный процесс. Из исследований И.Н. Рахтенка можно сказать, что различия, которые были отмечены при передаче питательных элементов внутри одного вида и между разными видами могут быть осуществляться из-за разной ритмики поглотительной и выделительной деятельности. Здесь дело в том, что при вегетации растения имеют разные соотношения между этими процессами. У различных видов поглощение и выделение может не совпадать, у особей, принадлежащих к одному виду, они будут синхронными. Из-за у растений разных видов обменный процесс происходит гораздо интенсивнее, чем у одного вида растений.

В подобных изучениях перемещений меченого фосфора было отмечено и по общему направлению от древесных пород непосредственно к травянистым растениям (мятлику луговому, ползучему пырею) в случае, если их корни соприкасались. Передача происходила довольно быстро и через почвенный раствор без контакта корневых систем, они лишь находились на близком расстоянии. Перемещение фосфора было от одного травянистого растения непосредственно к другому, при этом как при прямом контакте корней, так и через почву. Некоторые ученые считают, что растения находясь в растительном сообществе, питаются из грунта как единое целое. Данное утверждение имеет под собой серьезную основу. Исходя из этого, можно говорить о том, что развитие, рост, продуктивность, а также общее качество урожая во многом зависят от находящихся рядом соседей.

Подведем выводы из всего вышесказанного

Во-первых, исследования, проведенные в последних десятилетиях, показали нам, что растения высшего класса вместе с почвенными минеральным типом питания пользуются и соединениями органической природы. Гумусные кислоты, которые присутствуют в почве, увеличивают поступление в растение органических и минеральных веществ. Происходит это благодаря проницаемости мембран у клеток, именно благодаря этому происходит стимулирование развития и роста. Соединения органической природы, состоящие из низко- и высокомолекулярных частиц гумусных кислот, довольно хорошо могут поглощаться растениями, именно там происходит преобразование и уже вместе с поступающими из грунта углеводами и другими соединениями, особо не отличающиеся от соединений которые создаются при фотосинтезе, включаются во множество различных обменных процессов связанных с биосинтезом, направлены они в основном на развитие и рост растений. Также гумусные кислоты, в частности, состоящие из низкомолекулярных частиц, являются неплохими активными стимуляторами для роста растений.

Высшие растение способны поглощать не только органоминеральные и органические вещества из грунта, но и вещества органической природы образующие из выделений деятельности различных микроорганизмов, ризосферных и микоризных грибов, а также других растений, соединений из деятельности животных и человека. Данные продукты принимают участие в биосинтезе растения. Также эти продукты несут определенную информацию для иных растений, например о нападении врагов, насекомых вредителей, что уже доказано учеными. Немаловажное значение имеет выделение в грунт продуктов фотосинтеза и других соединений органических и минеральных. Обменный процесс для растений, принадлежащих к одному виду, может не отразиться на росте, для растений которые являются разными видами и растениями одного вида с сорняками может стимулировать процесс меньшего выделения обменных продуктов в грунт и большего их поглощения непосредственно из почвы. Торможение и ускорение роста при разном виде растений и сорняков может быть при наличии в обменных продуктах особых для каждого вида органических соединений коли – нов. Данное воздействие растений друг на друга будет называться аллелопатией. Это воздействие является основной причиной почвоутомления.

Однако, к сожалению, невзирая на большие достижения в изучении особенности питания органическими веществами растений, если брать практическую часть, то в России им не уделяется внимания. Подобными достижениями в основном пользуются в США, странах ЕС и Канаде и в некоторых других странах. В России же основным вниманием пользуется минеральное питание, превозносятся заслуги гидропоники и выращивания культур на средах синтетического происхождения, иногда можно услышать почести методу Миттлайдера. Если взять любую газету по садоводству, можно встретить только пользу от использования подкормок и удобрений растений с помощью минеральных удобрений. Хотя по многим опытам, уже известно, что качество продукции – биологическая и питательная ценность, срок хранения продукта – всегда другое по сравнению с продукцией, выращенной в естественной среде и без применения или очень малом применении минеральных удобрений и полном отсутствии различных гербицидов и пестицидов. Но несмотря на это продукция органического земледелия уже пользуется спросом в указанных ранее странах.

За темноокрашенными перегнойными соединениями почвы уже издавна установилась в кругах сельских работников определенная и прочная репутация одного из важнейших факторов плодородия почвы. На это мы имеем целый ряд указаний - прямых и косвенных - еще в старинных трактатах по земледелию древних греческих и римских писателей. Современная агрономическая наука также отводит этому сложному комплексу весьма видную роль в явлениях плодородия почвы и причисляет его к важнейшим элементам бонитировочного обследования почвы.
В области изучения значения перегнойных соединений в явлениях плодородия почв вообще и в жизни культурных растений в частности накоплен в настоящее время довольно обширный материал. Однако необходимо отметить, что если косвенная роль этих соединений в интересующих нас процессах (например, благоприятное влияние их на физические и химико-биологические свойства почвы) освещена довольно подробно и полно, то весьма важный вопрос о непосредственном участии их в процессах питания культурных растений является и до настоящего времени мало выясненным и часто противоречивым. Останавливаясь пока на этой последней стороне интересующего нас вопроса, перейдем в дальнейшем изложении к ознакомлению с теми моментами, которые могут быть отмечены как главнейшие в истории этого вопроса.
Взгляд сельских работников на перегнойные вещества почвы как на непосредственный источник питания растений базировался уже издавна отчасти на непосредственных наблюдениях явлений частого совпадения между урожайностью почвы, с одной стороны, и ее темным цветом - с другой, отчасти на тех положениях, которые время от времени выдвигались по этому вопросу представителями агрономической науки и физиологии растений. Так, в целом ряде работ, относящихся к концу XVIII в., высказывалась твердая уверенность, что не только все другие элементы, но и углерод может доставляться растениям непосредственно растворимыми перегнойными веществами почвы. Wallerius высказал мысль, что почвенный гумус является главнейшим источником пищи для растений и что все остальные вещества лишь помогают растворению «жира» этого гумуса. Аналогичных взглядов на значение гумуса придерживались Hassenfratz, Dundonald, Davy, Berzelius, Schubler и другие.
Все эти суждения находили себе весьма благоприятную почву в установившихся, можно сказать, веками взглядах на этот предмет со стороны практических работников.
Взгляд на почвенный перегной как на единственный и непосредственный источник питания растений получил, однако, особенное развитие со времени появления в начале XIX в. изысканий А. Thaer, с именем которого и связывается обычно создание так называемой «гумусовой (перегнойной) теории» питания культурных растений, оставившей такой видный след в истории развития агрономической науки. «Начало, наиболее содействующее образованию растений, нами возделываемых, от коего они живут, растут и дают семена для продолжения своей породы, есть навоз или происшедший от разложения оного перегной»... «Хотя природа производит много неорганических веществ, которые оживотворяют и усиливают произрастаемость, или возбуждают жизненные силы, или содействуют разложению перегноя, но собственно один только доведенный до степени приличного разложения перегной или растительно-животный навоз доставляют растениям существенное и необходимое для них питание».., «Нет сомнения, что растения могут также получать несколько питания и от разложения воды и от воздухообразных веществ, в атмосфере находящихся, также и от взаимного оных смешения». Плодородие почвы, по мнению А. Thaer, «совершенно от перегноя зависит, ибо, за исключением воды, один только перегной доставляет из почвы питание растениям»... «Как перегной есть произведение жизни, то он есть также и условие оной. Он дает пищу телам органическим, без него они не имели бы особой жизни; по крайней мере это можно сказать о животных и растениях наиболее совершенных. Итак, смерть и разрушение необходимы для воспроизведения новой жизни, и чем более жизни, тем более увеличивается количество перегноя и более начал питания для жизненных органов»... «Под словом питательные вещества должно разуметь ту часть перегноя, которая может уже переходить в растения и которая есть настоящая причина плодоносия, богатства и силы почвы...» и т. д.
Этими краткими выписками из известной книги А. Thaer («Основания рационального сельского хозяйства») в достаточной степени определяется характер тех взглядов, которых придерживался цитируемый автор в вопросе о роли перегнойных соединений почвы в процессах питания культурных растений. Высокий авторитет самой личности А. Thaer способствовал чрезвычайно большой популярности проповедуемых им взглядов.
Еще более способствовало этому то обстоятельство, что А. Thaer попытался весь сложный вопрос о плодородии почвы свести к некоторым математическим схемам, что в значительной степени облегчило сельским работникам разрешение трудных вопросов о выборе той или иной системы хозяйства, того или иного севооборота, того или иного удобрения и пр. и пр. Отметив, что растения, следующие в севообороте за клевером, люцерной, эспарцетом и др., произрастают с гораздо большим успехом, чем те же растения, посеянные по какому-нибудь хлебу, А. Thaer заключил, что не все культурные растения истощают питательными веществами почву в одинаковой степени, но что некоторые из них могут даже обогащать ее этими веществами, оставляя, например, большое количество после себя корневых и пожнивных остатков, способствующих после своего разложения увеличению в почве перегнойных соединений. Кроме истощающих почву растений и обогащающих ее, А. Thaer ввел еще понятие об освежающих почву растениях, т. е. таких, которые оставляют в почве столько же органических веществ, сколько потребляют их во время своего роста, способствуя как бы «орвежению» старых запасов гумуса новыми. При этом А. Thaer, на основании целого ряда соображений и вычислений, попытался изобразить степень истощения и обогащения почвы, производимых различными растениями, известным количеством градусов, приняв, что таким же образом может быть изображена и степень плодородия той или иной почвы, а также польза того или другого удобрительного материала, парового состояния поля и т. п.
Так, например, если почва имеет 40° естественного плодородия (таким количеством градусов А. Thaer характеризует самую низкую степень плодородия, а именно когда почва, оставленная долго без удобрения, производит урожай «сам-друг»), то посредством пара последнее увеличивается на 10°; если почва имеет 50° плодородия, то последнее при этом увеличивается на 11°, при 60° естественного плодородия - на 12° и т. д.
От культуры клевера плодородие почвы также повышается: если почва имеет 60° естественного плодородия, то при этой культуре она получает еще 10°; если почва имеет 72° естественного плодородия, то при этой культуре она получает еще 12°; если почва имеет 100° естественного плодородия, то при этой культуре она получает еще 15° и т. д.
Для навозного удобрения было вычислено, что каждая его 1 т на гектар увеличивает плодородие почвы на 1°.
Представляя более конкретно степень обогащения и истощения, производимых в почве различными растениями, мы получаем следующую таблицу:

Складывая число градусов, на которое увеличивают некоторые растения-плодородие почвы, а также и то число их, на которое уменьшают другие растения, введенные в севооборот, можно было таким образом вычислить выгодность или рациональность любого севооборота и пр. Путем таких именно вычислений было, например, установлено, что
- при 3-летнем севообороте с паром, удобренным в течение 9 лет один раз 20 фурами навоза, уменьшается плодородие почвы на 17,24°;
- при 4-летнем севообороте, плодосменном с содержанием скота в стойлах, увеличивается плодородие почвы на 53,76°, полагая, что севообороты эти занимали поле в течение 10 лет, и т. д.
Помощью всех этих схем представлялось, таким образом, возможным оценить у себя вводимую систему полеводства и севооборот, определить количество необходимого удобрения, приемы обработки, известную последовательность растений и т. д.
Если изложенные взгляды А. Thaer на плодородие почвы вообще и на процессы питания культурных растений в частности нашли себе, можно сказать, восторженный прием в среде практических работников, получивших возможность решать целый ряд сложных хозяйственных вопросов путем простых математических формул, то, будучи построены главным образом на умозрительных предпосылках и будучи лишены необходимой экспериментальной базы, взгляды эти сами по себе мало способствовали научной разработке вопросов питания растений, послужив, однако, мощным толчком к целому ряду последующих затем непосредственных исследований этого вопроса путем соответствующих экспериментов.
Впрочем, такой подход к разрешению вопроса о непосредственном участии органических веществ в питании растений сделан был уже давно, и отдельные попытки в этом направлении были еще и до появления упомянутой выше книги А. Thаеr. Из работ экспериментального характера, касавшихся данного вопроса, упомянем исследования Risler и Vеrdеil, которые, употребляя водный экстракт из пахотной почвы, нашли, что органические вещества могут проходить через растительную перепонку и таким образом служить источником питания растений. Risler в частности указывал на возможность усвоения высшими растениями из органических веществ почвы и необходимого им углерода.
Давнишние опыты Saussure с выращиванием растений в растворах черных перегнойных веществ также указывали на возможность непосредственного их восприятия растениями. Так, поместив бобовое растение в указанный выше раствор, Saussure констатировал через 14 дней увеличение веса растений на б г - при убыли органических веществ из раствора в 9 мг; в другом опыте Polygonum perscaria восприняло из такого раствора 43 мг гуминового вещества, увеличившись в весе на 3,5 г. При этом автор наблюдал обесцвечивание того черного раствора, из которого почерпали себе пищу указанные выше растения. Растения же с поврежденными корнями раствора не обесцвечивали и гуминовых веществ из него не извлекали. Аналогичные результаты добыты исследователями Soubeyran, Malaguti, Bouchardat и др.
Необходимо отметить, что Saussure, допуская возможность восприятия культурными растениями перегнойных веществ почвы, вместе с тем рядом своих замечательных работ способствовал значительному выяснению истинной роли в жизни растений и минеральных веществ, высказав по этому вопросу ряд соображений и заключений, которых придерживается, можно сказать, и современная наука.
Опыты, произведенные некоторыми авторами с быстрым обесцвечиванием гниющей зловонной жидкости под влиянием растущих корней выращиваемых в этой жидкости различных растений, также трактовались как факты, доказывающие возможность восприятия высшими растениями органических соединений. Corenwinder получил в минеральной питательной среде свекловицу 490 г весом и содержащую 60,07 г сахара, тогда как свекловица того же сорта, выросшая на почве, состоящей почти нацело из перегнойных веществ, весила 1145 г и содержала сахара 121,27 г. Petermann в своих опытах с диализом почв показал, что через пергаментную перепонку часть органических веществ этих почв проходит свободно и притом в значительных количествах. Так, в продолжение 10 дней из 100 г почвы перешло через пергаментную перепонку:

Вreal выращивал растения: а) в воде с прибавкой нитратов и калийного фосфата и б) в воде с прибавкой перегнойнокислого кальция. В последнем случае растения продуцировали значительно более сухого вещества в своих надземных и подземных органах, чем в первом, когда растения питались лишь минеральной пищей. Так,

В других опытах Breal констатировал, что черный раствор гумино-вокислого калия и натрия в местах соприкосновения с ними корней растений быстро обесцвечивался, что также свидетельствует, по мнению автора, об определенном воздействии этих корней на органическое вещество почвы и о возможности восприятия его корнями растений.
В опытах Deherain некоторые мотыльковые растения, пользуясь перегнойнокислым кальцием, дали в урожае большее количество сухого вещества, чем одновозрастные экземпляры, выросшие на чисто минеральном субстрате.
В другом опыте Deherain получил свекловицу на почве очень богатой органическими веществами в 410 г весом с 15,04% сахара, а на почве очень бедной органическими веществами, но обильно удобренной минеральными удобрениями - в 92 г весом с 11,11% сахара. На основании этих и других своих опытов, а также сопоставляя результаты их с данными других авторов, Deherain решительно склоняется к мысли о возможности восприятия высшими растениями перегнойных соединений почвы. В опытах Schulze молодое свекольное растение с такой жадностью воспринимало корнями раствор перегнойного экстракта, что уже через 2 часа от начала опыта можно было констатировать уменьшение в питательном растворе органического вещества. Hoveler удостоверяет, что некоторые высшие растения способны использовать не только аморфные перегнойные соединения почвы, но даже и свежеотмершие ткани, сохранившие еще ясно отличимую свою организацию, в чем убедили его морфологические исследования кусков отмершего дерева, пронизанных корнями. При этих исследованиях было констатировано, что клетки отмершего дерева дезорганизуются, чернеют и образуют черное кольцо около вросшего живого корня. Эта дезорганизация ткани идет быстро дальше, ткань становится рыхлее, корень дает отростки и усиливает дальнейшее использование органического вещества. Boehm показал, что в этиолированных листьях бобовых растений, не содержащих ни следа крахмала, можно вызвать его синтез в отсутствии света, если такие листья поместить в раствор глюкозы. Следовательно, углевод этот, проникая в клетки, так или иначе там используется; аналогичные выводы делает упомянутый автор и из своих опытов питания сахарным раствором почек, отделенных от материнского растения. Franck указал на возможность восприятия органических соединений почвы некоторыми растениями (главным образом древесными) при помощи симбиоза с микоридзой (Micorrhiza), очень часто наблюдаемого как раз на почвах, богатых гумусом; позднее были указаны случаи такого же симбиоза и у некоторых садовых и сельскохозяйственных растений (главным образом у мотыльковых - О. Lemmermann и др.).
Делались далее указания в литературе на поучительные примеры чужеядных растений, могущих питаться органическими веществами других растений, и т. д.
Параллельно с работами, имевшими целью доказать возможность непосредственного восприятия высшими растениями органических соединений почвы, назревало в научной литературе направление диаметрально противоположное, старавшееся доказать, что перегнойные вещества почвы растениям совершенно недоступны и что главным и единственным источником питания растений является исключительно минеральная часть почвы. Наиболее решительным и непримиримым противником гумусовой теории питания растений является J. Liebig (см. ниже). Тем любопытнее отметить оригинальную попытку Grandeau, имевшую целью как бы примирить эти два крайние взгляда путем создания так называемой органо-минеральной гипотезы питания культурных растений.
Подвергнув химическому анализу черноземную почву из Уладовки и почву из окрестностей Люневилля, Grandeau обратил внимание на то, что первая уступает второй по содержанию минеральных веществ (главным образом фосфорной кислоты и калия), а также и азота, между тем как по урожайности она значительно превосходит ее (так, уладовский чернозем без удобрения давал такие же урожаи, какие люневилльская почва в состоянии дать лишь при обильном удобрении). Обстоятельство это заставило Grandeau искать какого-либо другого объяснения тем высоким урожаям, которые получаются на черноземе. Взяв для опыта целый ряд почв (уладовский чернозем - очень высокого плодородия, люневилль-скую почву - среднего плодородия, песчаную почву из-под соснового леса - очень мало плодородную, торфянистую непроизводительную почву окрестностей Нанси и др.), Grandeau подвергнул подробному химическому исследованию то «черное вещество», которое, как мы знаем из предыдущего изложения, переходит из почвы в аммиачную вытяжку после предварительной обработки последней слабой соляной кислотой, и нашел, что чем более плодородна почва, тем больше зольных соединений содержится в «черном веществе» такой почвы. Так, в 100 частях «черного вещества» найдено:

Изучая, далее, явления диализа полученных им растворов «черного вещества», Grandeau наблюдал интересное явление, а именно: если из «черного вещества» не удается обычными реактивами открыть заключенные в этом веществе минеральные элементы, то в растворе, прошедшем через диализ, вполне возможно осаждать обычными реактивами и фосфорную кислоту, и известь, и магнезию и др. На основании полученных результатов Grandeau предположил, что «органические соединения «черного вещества» служат как бы для передвижения минеральных веществ и что, вступая с последними в соединение, они делают их растворимыми в такой среде, в которой, помимо их, они являются нерастворимыми». «Диффузией это соединение разрушается, - растительная перепонка проницаема только для тел неорганических, для органического же вещества она служит неодолимой преградой». Окончательное свое суждение о роли перегнойных соединений почвы в процессах питания растений Grandeau резюмирует так; «...Органические вещества почвы не служат питательными элементами для растения, но... они играют роль двигателей минеральных веществ, настоящих питательных начал растительного организма». Таким суждением Grandeau как бы примиряет крайние взгляды А. Thaer и I.Liebig: «...элементы минеральные, оставаясь необходимою и единственною пищею растений... не могут стать удобоусвояемыми... без посредства веществ органических»; последние, не ассимилируясь корнями, «переводят минеральные элементы в растворимое состояние; образовавшееся органо-минеральное соединение разрушается корнями растений, берущими от него неорганические начала и оставляющими в стороне органические».
Чтобы окончательно утвердиться в своих предположениях, Grandеаu организовал соответствующие опыты выращивания растений. В одном сосуде растения выращивались на неизмененной почве (чернозем); в другом - на той же почве, но предварительно лишенной вышеуказанным способом своего «черного вещества», а в третьем - на прокаленном песке, к которому был примешан черный экстракт от предыдущей обработки. Урожай в первом и третьем сосудах получен был гораздо более высокий, чем во втором, где растения развивались очень слабо, откуда Grandeau заключил, что черное органо-минеральное вещество является действительно главным источником питания культурных растений. Взгляды Grandeau поддерживались и некоторыми позднейшими французскими авторами (Lefevrе, Cailletet и др.).
Работы Grandeau встретили целый ряд возражений (Рitsсh, Tuxen, покойный Костычев, Eggertz и др.). Было указано между прочим, что предварительная обработка почвы соляной кислотой (для вытеснения перегнойных кислот из их солей), неизбежно извлекая из нее часть минеральных соединений, является фактором, уже понижающим ее плодородие, что и прямое применение углекислого аммония также сопровождается частичным растворением некоторой дели кремнекислых солей почвы, а также фосфорнокислых солей извести и железа и т. д., что декантация «черного вещества» без последующего его фильтрования через глиняный фильтр является недостаточной в виду возможного загрязнения его тончайшими суспензиями (Слезкин, Нефедов), что, наконец, при диализе органо-минеральных веществ легкое отщепление от них зольных соединений объясняется процессами начавшегося разложения перегноя и последующей его минерализацией и т. д.
Весьма разносторонней критике были подвергнуты в свое время исследования и тех ученых, которые приписывали почвенному перегною непосредственное участие в питании растений и которые цитированы были нами выше. Так, лучший рост растений в среде, богатой перегнойными веществами по сравнению с минеральным субстратом, старались объяснить иными физическими свойствами такой среды; переход органических соединений почвы через диализатор считался ни в какой мере не доказывающим физиологической необходимости для растений этих переходящих через диализатор соединений и т. д.
Наиболее же уязвимой стороной всех описанных выше опытов является, несомненно, то, что они велись в нестерильных условиях и таким образом не было уверенности в том, что растения воспринимали корнями именно органические вещества, а не продукты их разложения и минерализации, как следствие происходящих в испытуемых органических соединениях биохимических превращений.
Конец прошлого столетия и начало нынешнего ознаменовались появлением ряда работ, прямым или косвенным путем старавшихся выяснить спорный вопрос о возможности для высших растений питаться непосредственно органическими соединениями почвы. Одни из этих работ подходили к разрешению этого вопроса путем соответственно организованных опытов непосредственного питания растений теми или другими органическими веществами с применением очень точных методов исследования, другие старались выяснить Этот вопрос путем косвенным, а именно путем изучения характера и свойств корневых выделений растений, чтобы на основании этого изучения подойти уже и к тому вопросу, какие изменения эти выделения могут производить в органическом субстрате.
Так, Molisch, подтвердив старые наблюдения Sachs, что корни растений, действуя восстанавливающим образом, обесцвечивают жидкие растворы хамелеона, показал, что восстановляющие секреты выделяются корнями растений наружу в окружающую их среду. На такие же вещества, как гваяк, пирогалловая кислота и гумус, секреты растений действуют окисляющим образом. Способность окислять гваяк у корневых выделений, оказывается, общая со свежим растительным соком. Пирогалловая кислота (и таннин) окисляются еще легче, почему в их присутствии гваяк не изменяется при содействии корней; Объясняется это тем, что все окисляющее действие последних используется при этом легче окисляемой пирогалловой кислотой (и таннином), так что окисляющего начала недостает на долю гваяка. Растворы и осадки гуминовых соединений действовали аналогично этим веществам, а именно, не допуская окисляющего действия на гваяк, сами энергично окислялись. Далее, Mоlisch впервые указал на превращение корнями гороха и бобов тростникового сахара (в жидких растворах) в какие-то восстановляющие сахара, причем это инвертирующее действие, а также и выщеупомянутое окисляющее, объяснял выделением корнями соответственных ферментов. Наконец, отметим констатированный Molisch факт осахаривающего действия корневых выделений на крахмальный клейстер. Если прибавить к сказанному, что названный ученый наблюдал, кроме того, разъедающее действие корней на пластинку, сделанную из слоновой кости (аналогично известным опытам Sachs с мраморной пластинкой), то приходится притти к заключению, что корневые выделения в состоянии химически изменять органические вещества и что растение, следовательно, активно может воздействовать на перегнойные соединения почвы, так или иначе их видоизменяя, в целях дальнейшего использования в качестве питательного начала. Свои опыты Molisch заключает словами: «по-видимому, в старой, совершенно забытой теперь гумусовой теории питания растений есть все-таки зернышко истины»... Подтверждение факта о выделении корнями окислительных энзим мы видим также и в позднейших работах Schreiner и Reed.
He мало мы имеем в настоящее время и таких исследований, которые прямо касаются вопроса об использовании высшими растениями того или другого определенного органического соединения. Stoclasa констатировал высокое использование овсом лецитина как источника необходимого для растений фосфора. То же наблюдали в своих опытах с ячменем. Mitsuta, Aso и Joсhida. Suzuki и Taeaiсhi наблюдали весьма значительное использование ячменем фитина. То же наблюдал в своих опытах с овсом Егоров. Laurent, работая с кукурузой, горохом, гречихой и рожью в растворах, содержащих глюкозу, в атмосфере, лишенной CO2, констатировал значительное приращение веса сухого вещества растений. Аналогичные результаты получены им и при опытах с декстрином, крахмалом, сахаром, глицерином и гуминовокислым калием. В. Палладин-отец, пользуясь особым методом, отчасти также подтвердил возможность усвоения высшими растениями углеводов (сахарозы).
В давнишних опытах Hatre, Jonhson, Wolff и Кnор имеются указания на возможность усвоения высшими растениями мочевины, мочевой и гиппуровой кислоты, лейцина, тирозина, гликоколя и др.
Возможность восприятия культурными растениями азота из мочевины-и из мочевой кислоты была констатирована и позднейшими исследованиями Thomson, который в целях устранения возможности питания растений (овса, ячменя, гороха и льна) продуктами распада испытываемых азотистых веществ помещал ежедневно растения в свежие растворы (причем Предварительными опытами было установлено, что продукты этого распада начинают появляться не ранее как через 48 часов) и т. д.
В работе Maze мы видим одну из первых попыток вести культуру растений на органических субстратах в строго стерильных условиях, исключающих, таким образом, возможность разложения и последующей минерализации этих субстратов. Maze брал растворы, в которые вводились следующие органические вещества: сахар, крахмал, пептон и выделенные из почвы перегнойные вещества. Все эти вещества вводились в сосуды уже после того, как растения, пробыв некоторое время в нормальных растворах, достигли известного развития. Растения, перенесенные в растворы упомянутых органических веществ, продолжали нормально расти и развиваться, тогда как бывшие только в дестиллированной воде прибавки в весе не обнаруживали. Особенно здоровый вид имели растения, бывшие в растворах с крахмалом и гуминовыми веществами. «Высшие растения, - говорит Mаze, - могут произрастать, подобно бесхлорофилльным организмам, на счет готовых органических веществ».
В условиях тщательной стерильности вел свои опыты также И. Шулов.
Для разрешения вопроса, могут ли высшие растения использовать фосфор органических соединений, цитируемый автор взял для своих опытов столь распространенные в растениях и в почвах соединения, каковы лецитин и фитин. Работая в стерильных условиях, И. Шунов совершенно определенно доказал возможность поглощения и усваивания растениями (горохом и кукурузой) фосфора фитина (фосфор лецитина оказался в этих опытах незатронутым растениями).
Изучая возможность использования высшими растениями азота органических соединений, Г. Петров, работая также в совершенно стерильных условиях, показал, что аспарагин, например, свободно поглощается растениями (кукурузой) и «является хорошим источником азотистого питания». Автор предполагает, что потреблялся в данном случае амидный азот аспарагина: потреблялась ли более прочная часть азота аспарагина, а именно азот аспарагиновой кислоты, осталось невыясненным. Тем же автором констатирована возможность усвоения растениями (кукурузой) азота тирозина, лейцина и пептона. Несколько позднее И. Шуло в доказал, что растение (кукуруза) поглощает не только амидный азот аспарагина, но поглощает и усваивает азот и аспарагиновой кислоты.
Отметим, далее, исследования Schreiner и Skinner, согласно которым нуклеиновая кислота, ксантин и т. п. способны заменять собою в качестве источников азотистой пищи для растений нитраты почвы. Произведенный упомянутыми исследователями химический анализ растворов в течение вегетационного периода выращиваемых растений показал, что разложения перечисленных выше органических соединений не наблюдалось, в виду чего и было сделано предположение о том, что названные азотистые вещества непосредственно воспринимались корнями растений.
Упомянем, наконец, об исследованиях Hutchinson и Millеr, также работавших в стерильных условиях и констатировавших восприятие ростками гороха азота из гумусового раствора, выделенного из садовой почвы: В. Бялосукня, констатировавшего возможность восприятия высшими растениями (капустой и белой горчицей) азота мочевины, лейцина, гликоколя (в присутствии сахара) и др.
Из вышеизложенного явствует, что вопрос о перегнойных веществах почвы как непосредственном источнике питания культурных растений еще не получил окончательного разрешения. Ho вместе с тем необходимо отметить, что возможность восприятия и усвоения высшими растениями органических соединений почвы все более находит себе подтверждение в новейших работах.
Для познания физиологических законов питания растений все добытые в этой области факты имеют, конечно, чрезвычайно большой, можно сказать, даже исключительный интерес, но не следует преувеличивать значение этих фактов с точки зрения агрономической их ценности. Дело в том, что если признать, на основании последних работ, что высшие растения действительно обладают способностью восприятия и усвоения органических соединений, то едва ли в природных условиях культурным растениям часто приходится использовать эту способность: последнюю мы должны признать все же, так сказать, вынужденной, и к ней высшее растение прибегает, по-видимому, лишь в случаях полного отсутствия более усвояемых и более естественных для себя форм питания, т. е. в случаях полного отсутствия в почве минеральных соединений, а с таким случаем мы встречаемся в природных условиях, конечно, как с редким и исключительным явлением, особенно, если принять во внимание, что органические соединения почвы не остаются в этой последней неизменными, а под влиянием разнообразных внешних факторов подвергаются, как мы видели выше, беспрерывным процессам разложения, распада и минерализации и, таким образом, все время подновляют в почве запасы минеральных соединений.
Если добытые факты, устанавливающие способность высших растений непосредственно воспринимать и усваивать органические соединения почвы, не представляют пока особого значения для агрономии (по крайней мере, в том освещении, в каком факты эти рисуются нам имеющимися работами), то значение перегнойных соединений почвы как косвенного фактора в жизни культурного растения, фактора обусловливающего собою целый ряд благоприятных свойств почвенной среды, наоборот, является, можно сказать, исключительным по своей сельскохозяйственной важности.

Функция "чтения" служит для ознакомления с работой. Разметка, таблицы и картинки документа могут отображаться неверно или не в полном объёме!

Тема: Органические вещества растительной клетки, доказательства их наличия в растении.

Выполнил: Тимофеев Алексей Михайлович.

Группа: 1-2КЮ

Преподаватель: Винник Валерия Константиновна.

1.Определение органическим веществам.

2.История появления.

3.Их классификация.

4.Структурный анализ.

5.Рассмотрение на практике.

6.Заключение.

1.Определение органическим веществам.органические вещества - класс соединений, в состав которых входит углерод (за исключением карбидов, угольной кислоты, карбонатов, оксидов углерода и цианидов).Органические вещества (соединения) клетки – химические соединения, в состав которых входят атомы углерода (белки, углеводы, жиры, нуклеиновые кислоты и др. соединения, которых нет в неживой природе).Разные типы клеток содержат разные количества органических соединений.Растительные клетки – больше углеводов.Животные клетки – больше белков.

2.История появления.Название органические вещества появилось на ранней стадии развития химии во время господства виталистических воззрений, продолжавших традицию Аристотеля и Плиния Старшего о разделении мира на живое и неживое. Вещества при этом разделялись на минеральные - принадлежащие царству минералов, и органические - принадлежащие царствам животных и растений. Считалось, что для синтеза органических веществ необходима особая «жизненная сила» присущая только живому, и поэтому синтез органических веществ из неорганических невозможен. Это представление было опровергнуто Фридрихом Вёлером в 1828 году путём синтеза «органической» мочевины из «минерального» цианата аммония, однако деление веществ на органические и неорганические сохранилось в химической терминологии и по сей день.

3.Их классификация.Основные классы органических соединений биологического происхождения - белки, липиды, углеводы, нуклеиновые кислоты - содержат, помимо углерода, преимущественно водород, азот, кислород, серу и фосфор. Именно поэтому «классические» органические соединения содержат прежде всего водород, кислород, азот и серу - несмотря на то, что элементами, составляющими органические соединения, помимо углерода могут быть практически любые элементы.БелкиАминокислоты - структурные компоненты белков.Белки, или протеины - это биологические гетерополимеры, мономерами которых являются аминокислоты.Липиды - это жироподобные органические соединения, нерастворимые в воде, но хорошо растворимые в неполярных растворителях. Липиды принадлежат к простейшим биологическим молекулам. Нуклеиновые кислоты - фосфорсодержащие биополимеры живых организмов, обеспечивающие хранение и передачу наследственной информации.УглеводыСамо название «углеводы» отражает тот факт, что водород и кислород присутствуют в молекулах этих вешеств в том же соотношении, что и в молекуле воды. Кроме углерода, водорода и кислорода, производные углеводов могут содержать и другие элементы.

4.Структурный анализ.Структурный анализ органических веществ.В настоящее время существует несколько методов характеристики органических соединений.Кристаллография (рентгеноструктурный анализ) - наиболее точный метод, требующий, однако, наличия высококачественного кристалла достаточного размера для получения высокого разрешения. Поэтому пока этот метод не используется слишком часто.Элементный анализ - деструктивный метод, использующийся для количественного определения содержания элементов в молекуле вещества.Инфракрасная спектроскопия- используется главным образом для доказательства наличия (или отсутствия) определенных функциональных групп.Масс-спектрометрия-используется для определения молекулярных масс веществ и способов их фрагментации.

5.Рассмотрение на практике.Органические соединения присутствуют практически во всех растениях.Они существенно различаются по содержанию основных органических компонентов: углеводов, жиров, белков.Вегетативные части растений - древесина, соломина, стебли, листья - содержат небольшое количество белка и жиров и высокий уровень нерастворимых, трудно разлагаемых полисахаридов: целлюлозы, гемицеллюпозы, а также полимера - лигнина. Вегетативные части растений обычно используют в качестве основы субстрата.Генеративные части растений - плоды, семена - содержат много белка и жиров, высокий уровень легко доступных углеводов (крахмал, моносахара, дисахариды) и низкий уровень трудно доступных полимеров - целлюлозы, гемицеллюпозы и лигнина. Генеративные части используют в качестве питательных белково-жировых добавок.Все это растения получают при питании,которое делится на воздушное и корневое.При воздушном питании растения поглощают из атмосферы диоксид углерода для образования органического вещества в процессе фотосинтеза. Среднее содержание диоксида углерода в воздухе обычно составляет около 0.03%. В приземном слое его может быть больше. Увеличения диоксида углерода в приземном слое воздуха достигают путем внесения в почву органических удобрений. Микроорганизмы в почве перерабатывая эти удобрения выделяют диоксид углерода. Его повышенное содержание в приземном слое воздуха усиливает фотосинтез и заметно повышает урожай. При корневом питании воду и все необходимые элементы минерального питания растения поглощают из почвы с помощью корневой системы. Из воды, являющейся источником водорода, а также диоксида углерода воздуха растения создают углеводы (сахар, крахмал и клетчатку), на долю которых приходится до 90% всех сухих органических веществ растений. Для образования белков растениям необходимы еще азот, сера фосфор. Большую роль в обмене веществ растений играют также калий, кальций, бор, цинк, медь, молибден, иод, кобальт, которые принято называть микроэлементами. Недостаток в почве хотя бы одного из элементов питания ухудшат рост и развитие растений и понижает их продуктивность

> ПИТАНИЕ РАСТЕНИЙ

Питание - это обмен веществ между растением и окружающей средой, переход веществ из почвы и воздуха в растение в состав органических соединений, которые синтезируются в растительном организме, и вывод части их из него.

По воздушного питания растения в отличие от корневого питания, обычно равномерно обеспечиваются углекислым газом (С02). Для фотосинтеза растению нужны свет, влага, минеральные элементы. Этими факторами и биологическими особенностями культур и определяется его интенсивность.

Корневое питание зависит не только от биологических особенностей культур и обеспечения продуктами фотосинтеза, но и от интенсивности роста корневой системы, структуры и влажности почвы, реакции среды, содержания и соотношения подвижных соединений элементов питания, деятельности почвенной биоты, корневых выделений и т.п.

> Химический и биохимический состав растений

Химический состав растений - это содержание в них органических и минеральных веществ и некоторых химических элементов. Обычно его выражают в процентах массы сухого вещества (иногда массы всего растения в живом состоянии - "масса сырого вещества»).

Большинство сельскохозяйственных культур в вегетативных органах содержит 5- 15% сухих веществ, остальные 85-95% - вода. В спелом семенные содержание сухих веществ 85-90%. Так, зерно хлебных злаков и бобовых содержит 85-88% сухих веществ, семена масличных культур - 90-93%.

В зеленой массе злаковых, бобовых и других культур значительная доля воды - 75 85%. Корнеплоды свеклы и клубни картофеля содержат 85-90% воды, головки капусты - 90-93, плоды помидора и огурца - 92-96%.

В составе сухого вещества растений 90-95% составляют органических соединений, которые в растениях представлены белками и другими азотистыми соединениями, жирами, крахмалом, сахарами, клетчаткой, пектинами.

Качество сельскохозяйственной продукции определяется содержанием органических и минеральных соединений. Так, качество зерновых культур зависит от количества белка и крахмала, хлебопекарные качества зерна пшеницы - от количества и качества клейковины. В бобовых содержится меньше крахмала, но больше белка. Семена масличных культур оценивают по содержанию жиров, а их качество, в свою очередь, зависит от соотношения в них насыщенных и ненасыщенных жирных кислот.

На качество и количество органических веществ в растениях значительно влияют условия питания. Достаточные количества азота и серы в почве способствуют образованию в растениях белков. Оптимальное фосфорное и калийное питание обеспечивает накопление углеводов - сахаров, крахмала, клетчатки, а также жиров. Микроэлементы способствуют улучшению качества урожая.

Между химическим составом почвы и химическим составом растений нет прямой зависимости. Некоторых химических элементов в почве может быть много, но в растения они или вовсе не поступают, или попадают в очень небольших количествах, а других химических элементов, которых в почве мало, в растениях накапливается большое количество - растения словно выбирают, исчерпывают эти вещества из почвы. Итак, поглощение минеральных веществ носит избирательный характер который наследуется генетически и одновременно зависит от их концентрации в питательной среде.

Различные выли растений способны накапливать в своих тканях преимущественно различные химические элементы, например свеклу и картофель в расчете на сухое вещество накапливают до 50% оксида калия, все капустные - до 25% оксида серы, злаки - до 40% оксида кремния. Такие расхождения содержания элементов питания связаны с механизмом избирательного поглощения и аккумулирования, присущего растениям. Обычно по объемам аккумулирования в растениях главные места занимают азот, фосфор и калий, иногда кремний. Так, рожь выращенное на том же почве, что и пшеница, накапливает меньше марганца, молибдена и меди, но значительно больше бора. Каждый вид растений характеризуется избирательной способностью к усвоению элементов и ставит свои требования к окружающей среде, что делает невозможным существование большего числа видов растений, чем в случае одинаковых потребностей. Совокупность, в том числе севооборот, полнее использует природные ресурсы и является устойчивой по сравнению с монокультурой.

Химические элементы, необходимые для роста и формирования урожая, называют биогенными. Другие элементы питания попадают в растения случайно, пассивно и практически не нужны для их роста и развития. Поэтому такие химические элементы называют абиогенный , хотя практически иногда они могут быть довольно важными. Например, астрагал и другие бобовые растения, растущие на почвах, богатых селеном, накапливают его в таком количестве, что становятся ядовитыми для сельскохозяйственных животных.

Углерод, кислород, водород и азот называют органогенными элементами , поскольку из них состоят органические вещества, они формируют около 95% массы сухого вещества растений (углерод 45%, кислород - 42, водород - 6,5, азот - 1,5%). Они поступают в растения преимущественно в виде СО2, O2 и Н20. Остальные 5% составляют зольные элементы (остаются после сжигания растений - калий, кальций, магний, фосфор и др.). Однако отдельные ткани и органы существенно отличаются по содержанию золы. Так, зерно содержит 3% золы от массы сухого вещества, листья - 10-15, травянистые стебли и корни - 4-5%. Количество золы в растениях во многом зависит от состава почвы и условий увлажнения: чем богаче почва на соли и чем суше климат, тем больше золы накапливается в растении. Водные растения содержат больше золы, чем сухопутные (в водорослей - до 50% и более). В составе растений обнаружены большинство элементов периодической таблицы Д. И. Менделеева. Сейчас в агрохимии полно изучено физиологическую роль только 27 из них.

По данным Л. Г. Ноздрюхина (1977), для нормального развития организма необходимые 27 элементов, из них 11 макро (С, Η, О, N, Са, Mg, S, Р, Na, К, СИ) и 16 - микро (микробиогенных) - I, Cu, Zn, Μn, Co, Ni, Mo, As, В, Se, Cr, Fe, V, Si, F, Sn; для растений - макроэлементы плюс Fe, Cu, Zn, В, Si, Mo, V; для животных - микроэлементы плюс Se, Cr, Ni, F, I, Sn, Fe, Cu, Zn, Si, Mo, V; в организме человека набор элементов достигает 30.

Все элементы, входящие в группу "необходимых", физиологически незаменимы, а их функции в растениях четко специфичны. Недостаток любого из них приводит к глубокому нарушению обмена веществ и физиолого-биохимических процессов в растениях, их роста и развития, снижение урожая и его качества. При остром дефиците элементов этой группы у растений обнаруживаются характерные признаки голодания. Однако количественные потребности растений в том или ином элементе весьма различны.

Сейчас четко установлено, что жизненная необходимость химических элементов определяется не столько их количественным содержанием в организме, столько активности участия в процессах образования органического вещества. А это обычно определяется свойствами элемента (атомная масса, порядковый номер, потенциал ионизации, ионный потенциал, полярность и др.).

Вероятно, что современные и новые методы исследований расширят список элементов, необходимых для растений в очень малых количествах.

Общее количество химических элементов, вовлеченных в биологический круговорот, и их соотношение во многом зависят от группы организмов (растения, микроорганизмы, животные, человек). Химический состав живых организмов определяет характер обмена веществ между организмом и средой. Один и тот же химический элемент разные растения утилизируют в разных количествах (табл. 2.1).

Таблица 2.1. Примерный содержание некоторых элементов в золе растений,% (Π. Смирнов, Е. А. Муравин)

Культура	Продукция
картофель
свекла сахарная	корнеплоды
Подсолнечник

Различны также и количественные соотношения между элементами.

В процессе роста и развития химические элементы накапливаются в растениях и организмах, то есть происходит биологическая аккумуляция. Биологическая аккумуляция соответствует изъятию химических элементов растениями и организмами из почвы, продолжительность которого соответствует продолжительности жизни организма. В агроценозах этот процесс ежегодно и, в отличие от природных биоценозов, большая часть химических элементов отчуждается с урожаем безвозвратно. Химический состав живых организмов обычно отражает фоновое содержание химических элементов в ландшафте (почвах, водах). Считается, что средний химический состав организмов - это систематический признак ландшафта.

Представители различных ботанических семейств существенно отличаются по содержанию химических элементов. Общеизвестна аккумуляция: молибдена бобовыми (до 10 мг / кг и более); лития - пасленовыми (табак - 75 мг / кг); марганца - растениями, содержащими таниды; селена - бобовыми (астрагал) и т. д. А. П. Виноградов считал элементарный состав организмов систематическим признаком и отмечал, что с усложнением организмов концентрирования в них элементов уменьшается. Однако среди высших растений является большое количество видов, которые избирательно аккумулируют те или иные элементы.

Нормальное развитие растений, и следовательно оптимальный ход процессов происходит тогда, когда растения усваивают химические элементы в строго определенных количествах. Содержание каждого химического элемента в растении является его количественной геохимической характеристикой, по которой можно реально оценить геохимии и физиологическое значение элемента. Количество поглощенного элемента также обусловлена биологическими особенностями (генотипом), геохимическим средой и индивидуальными свойствами элементов. Она может варьироваться в определенных пределах в одного вида растений, но интервал этих изменений для нормального развития сельскохозяйственных культур незначителен. Например, марганца для нормального развития необходимо от 2 до 3000 мг / кг сухого вещества; верхний предел нормального развития зонтичных, розоцветных, Виноградово не превышает 200 мг / кг, для капустных и трав (злаковых, бобовых) составляет 470 мг / кг, то есть более чем в 2 раза выше. Для других элементов (А1, As, Cd, Co, F, Fe, Li, Mo, Ni, Pb и др.) Этот размах достигает 5-10 раз. Действительно, многие факторы, которые проявляются как во времени, так и в пространстве, обусловливают большое разнообразие содержания конкретных элементов в растениях определенных семей, но в целом ориентировочно он характерен и отражает содержание, свойственный только данному индивидууму. Поэтому химический состав растений как диагностический признак вида носит не глобальный, а региональный характер (В. П. Кирилюк, 2006).

Доля калия в золе листьев большинства растений составляет 30-50%, в вике, клевер, люцерна содержание кальция значительно выше, чем калия. Содержание калия, фосфора и серы в старых листьях уменьшается, а кальция, наоборот, увеличивается с 20-40 до 50-60% массы золы.

Элементы, которые входят в состав растений в больших количествах (от сотых долей до нескольких процентов массы сухого вещества), называют макроэлементами. К ним относятся азот, фосфор, калий, кальций, магний, сера. Азот, фосфор и калий еще называют основными элементами питания .

Разделение химических элементов на макро- и микроэлементы достаточно условный, поскольку потребность высших растений в калии в 1000 раз выше, чем в бору, а потребность в железе и марганца часто одинакова. В связи с этим многие ученые относят железо к микроэлементам, хотя по содержанию в растениях оно относится к макроэлементов.

Распределение микроэлементов в органах растений имеет определенные закономерности. Например, марганец и молибден в больших количествах содержатся в листьях, тогда как цинк, бор, кобальт и медь при достаточном обеспечении ими накапливаются как в вегетативных, так и в генеративных органах. Относительно высокое содержание бора характерен для зерна злаковых культур, а в большинстве бобовых он содержится в вегетативных органах.

Культуры по-разному реагируют на наличие микроэлементов. Ниже перечислены культуры, чувствительные к дефициту микроэлементов (И. П. Яцук, С. А. Балюк, 2013).

элемент	Сельскохозяйственная культура
	Кукуруза, рис, гречка, лен, хмель, сорго, бобовые, плодовые, свекла сахарная. Подсолнечник, картофель, капуста лук
	Пшеница, ячмень, овес, просо, кукуруза, рис, свекла сахарная, подсолнечник, лен, бобовые, плодовые, овощные
	Бобовые, свекла сахарная, ячмень, рожь, лен, гречка, пшеница
	Овес, пшеница, ячмень, кукуруза, зернобобовые, свекла сахарная, картофель, овощные, плодовые
	Бобовые, рапс, горчица, свекла сахарная, кукуруза, овес, гречка, лен, картофель, помидор
	Капустные, бобовые, свекла сахарная, картофель, кукуруза, подсолнечник, лен, гречка, овощные, плодовые

Недостаток одного из макро- или микроэлементов снижает урожай и делает невозможным эффективное усвоение растением других жизненно важных составляющих. Следует заметить, что эффект "передозировки" одной из составляющих является точно таким, как и ее "недостаток" - наступает угнетение и блокировка жизненно важных процессов в растении, как результат - деформация плодов, зерна, снижение качественно-количественных показателей урожая. Эту закономерность была выведена еще в середине XIX в., Она стала фундаментальной и вошла в историю под названием правило бочки Либиха "резкая нехватка или избыток элемента ограничивает действие других элементов (даже если они находятся в оптимальных количествах)".

После формулировки теории минерального питания растений Ю. Либих, ученые установили ряд общих закономерностей и правил.

Правило незаменимости элементов минерального питания растений утверждает, что роль каждого элемента питания является уникальной и самостоятельной, поэтому для нормального роста и развития растений его можно заменить на другой, например фосфор - азотом или серу - железом.

Правило нормированной потребности - усвоение каждого элемента питания происходит в том количестве, в которой нуждается растение. Это правило имеет не абсолютный, а относительный характер: изменение в количестве усвоения одного элемента приводит к изменению потребностей в ряде других элементов. Например, высокий уровень питания азотом обычно повышает потребность растений в некоторых микроэлементах. Чрезмерное количество в почве аммония ускоряет поглощение фосфора, а избыток фосфора задерживает поглощения меди, марганца и цинка.