> Сельское хозяйство, страница 22 > Питание растений
Питание растений
Питание растений слагается из различных процессов.
1) Поступление элементов пищи из почвы, составляющее минеральное П. р. На знании минерального П. р. основано рациональное земледелие, особенно в части целесообразного применения удобрений.
2) В зеленых листьях, в их хлорофилловых зернах, за счет энергии лучей солнечного или искусственного света, из углекислоты воздуха и воды, находящейся в клетках, образуется органическое содержащее углерод вещество [углеводы: сахар (смотрите) и крахмал (смотрите)—наиболее распространенные питательные вещества в раст.]. Этот сложный процесс называют ассимиляцией, то есть усвоением углекислоты, или фотосинтезом, так как в этом процессе под воздействием света из минеральных веществ синтезируется органическое горючее вещество, заключающее в себе запас энергии. Образовавшееся органическое вещество поддерживает жизнь не только самого зеленого раст., но и всего органического мира. Все жив., прямо и косвенно, питаются органическим веществом растения.
3) Поступившие минеральные вещества и образовавшиеся в раст. углеводы не остаются разделенными; они перерабатываются внутри деятельных клеток раст. во всевозможные сложные соединения, составляющие тело самого растения (белковые вещества).
В питании растений отпадает самый характерный акт питания высших животных—процесс пищеварения. Животные перемещаются в поисках и добывании пищи. У неподвижного растения нет активного поглощения пищи: у растения нет желудочно-кишечного тракта; элементы пищи все время поступают в растение через его поверхность.
П. р. осуществляется с помощью 2 различных органов: корней и листьев. Через корни поступают зольные вещества, минеральные соединения азота и вода, в листья поступает углекислота и в них вырабатывается углеродистое, органическое вещество. Различное устройство этих 2 органов связано со средою, где развиваются и действуют каждый из этих органов (корни в почве и листья в воздухе). Общей чертой в строении корней и листьев является чрезвычайно большая поверхность и у корней (с их обильным ветвлением и корневыми волосками) и у листьев. Элементы пищи в почвенных растворах, а также углекислота воздуха находятся в очень малых концентрациях, в небольших количествах; поэтому только через значительные поверхности элементы пищи могут поступать в растение в большом количестве.
Чтобы яснее представить себе двойственный характер П. р.—поступление минеральных соединений и выработка органического вещества,—необходимо знать элементарный состав растения. Если зеленые раст. собрать в большом количестве, высушить и взять среднюю пробу, то, как покажет хим. анализ, состав ее будет следующий: 95% приходится на органические углеродистые вещества, после сгорания которых остается 5% золы. Горючая масса состоит всего из 4 хим. элементов (органогенов): углерода (С)—45%, кислорода (О)—42%, водорода (Н)— 6,5%, азота (N)—1,5%, то есть почти половина всего сухого вещества раст. приходится на углерод. Элементы, из которых состоит зола, хотя входят в состав раст. в небольшом количестве, но все же многие из них безусловно необходимы для развития и жизнедеятельности растения. Чтобы узнать, из каких хим. элементов состоит зола, возьмем золу эмбриональных (зародышевых) частей растения. В таких частях золы меньше 3%; клетки, составляющие такие части, богаче протоплазмою, которая сама является питательным веществом на первых стадиях развития таких клеток. В этих клетках не накопились еще в большом количестве случайные примеси. В такой золе содержится (в %): фосфорной кислоты—36,7, окиси калия—33,3, окиси магния—11,7, окиси кальция—8,3, серного ангидрида—3,3, окиси железа—1,0, окиси натрия—2,7, хлора—1,3, окиси кремния—1,7.
Органическое (горючее) вещество не поступает в раст. готовым, но вырабатывается самим зеленым растением. Это следует уже из того, что обычно в почве количество перегноя (гумуса), получающегося при разложении растительных и животных остатков, увеличивается, когда на почве растут растения. Оно увеличивается несмотря на то, что мы уносим все время большое количество органического вещества с урожаем. Еще больше разъясняет П. р. выращивание их в искусственных культурах, песчаных и особенно водных. Для водных культур берут смесь минеральных солей известного состава. Из разнообразных искусственных пищевых смесей наиболее распространенная смесь Кноппа: 4 части азотнокислого кальция [Са(NO3)2],1 часть азотнокислого калия(ККО3), 1 часть кислого фосфорнокислого калия (КН, РО4), 1 часть сернокислого магния (MgSO4), 1 часть хлористого калия (КС1) и небольшое количество свежеосажденного фосфорнокислого железа [Fe(POH)a]. Растворы берут в слабых концентрациях так, чтобы всех солей было 1—2 г на 1 л воды. Чтобы не проявилось недостатка в минеральных веществах для полного развития раст., сосуды с пищевыми растворами лучше брать емкостью около 6 л. В такие растворы опускают корни молодых проростков и при нек-рых предосторожностях (доставление воздуха корнями и прочие) получают раст., которые превосходят их развитие в природных условиях даже на самых лучших почвах. Искусственные культуры весьма наглядно разъясняют ряд основных положений в П. р. Для П. р. необходимо в первую очередь 10 элементов: углерод, кислород, водород, азот, фосфор, калий, магний, кальций, сера, железо (в очень малых количествах имеют значение бор и марганец). Натрий и кремний, всегда находимые при анализе золы, тем не менее составляют несущественные примеси, так как и при полном устранении этих элементов из питательного раствора удавалось получать нормальное развитие в ряде поколений. Вопрос о хлоре до сих пор еще не получил окончательного решения; есть раст., которые удается выращивать без хлора (кукуруза); у других же раст. без хлора получают ненормальное соотношение между соломой и зерном. Сопоставляя результат искусственных культур с составом почв, практика минеральных удобрений останавливается обычно только на удобрении азотом, фосфором и калием. Другие питательные элементы имеются в достаточном количестве в большинстве почв. Через корни растений поступают из почвы вместе с зольными элементами и азотные соединения. Если мы не находим их в золе, то потому, что от высокой темп-ры при сгорании они разлагаются и улетучиваются. Если мы подсчитаем количество азота во взятых питательных солях, а с другой стороны,—количество азота, пошедшее на П. р. и оставшееся в питательном растворе вегетационного сосуда, то мы увидим, что эти количества одинаковы. Мы находим следовательно согласно Буссенго (1 802 — 87), что высшие зеленые раст. не усваивают газообразного азота. Весь азот в раст. поступает из почвы и только бобовые раст., как показал Гельригель (1 831—95), усваивают газообразный азот из воздуха. Такое азотоусвоение у них связано с деятельностью клубеньковых бактерий, живущих на корнях бобовых и образующих там особые желвачки (смотрите Клубеньковые бактерии). Эта способность усваивать азот воздуха объясняет значение бобовых (клевера, люцерны, гороха и другие) в севообороте как азотонакопителей. Бобовые не только сами развиваются без азотистых удобрений, но и оставляют после себя почву более богатой азотом. В высшие зеленые раст. азот из почвы поступает в виде нитратов (азотнокислых солей), которые образуются в почве в процессе нитрификации (смотрите); при нек-рых условиях азот может поступать частично и в форме аммиака. В отличие от жив. П. р. углеродом совершается исключительно за счет углекислоты воздуха. Раст, достигают полного развития при отсутствии какого-либо иного источника углеродистых соединений, образующих сухое вещество растений. Зеленые раст. сами вырабатывают свое органическое вещество, и их называют поэтому аутотрофными (самостоятельно питающимися). Другие же организмы, жив. и незеленые раст., питаются только на счет уже готового органического вещества зеленых растений. Это организмы гетеротрофные. Эти раст. образуют 2 группы: 1) паразиты, заимствующие питательные вещества из других живых организмов, 2) сапрофиты, питающиеся органическим веществом разлагающихся остатков мертвых организмов. К сапрофитам принадлежит большая часть грибов и бактерий.
Поступление питательных веществ пищи в раст. разъясняется законами диффузии и осмоса. В раст., неподвижно укрепленное в почве, питательные вещества — газообразные и жидкие (почвенные растворы) — устремляются сами в силу молекулярной подвижности. Явления диффузии, то есть проникновение одного рода вещества в другое или через другое, усложненные влиянием перепонок, называет осмосом. При диффузии и осмосе вещества всегда перемещаются из места, где их концентрация выше, туда, где концентрация более слабая. Питательные вещества, поступившие в раст., перерабатываются внутри его клеток в разнообразнейшие соединения: одни из них твердые, клеточная оболочка—клетчатка (смотрите) или вещества, пропитывающие ее—древесинное вещество. Другие,более сложные азотистыя соединения (белки) отлагаются внутри содержимого клетки. Эти соединения образованы из молекул (частиц) очень крупных, обладающих малой подвижностью: это коллоидальные вещества. Скорость диффузии их очень мала; они не могут выходить из раст. наружу. Поэтому-то мы наблюдаем у раст. все время односторонний ток питательных веществ—из почвы в корни.
У растений нет отбросов и отсутствуют органы выделения в противоположность жив., у которых почки выделяют мочу. Азот или зольные вещества, поступившие в раст., так и остаются в нем на все время. Нек-рые продукты переработки веществ, получающиеся при П. р., накапливаются в раст., например щавелевокислый кальций. Накопление этой соли в листьях— одна из причин их опадения. Но чаще продукты переработки веществ вновь поступают в обмен вещества раст.; особенно это касается азотистых соединений и нек-рых зольных элементов. Переработка веществ при П. р. осуществляется посредством ферментов (энзимы) в 2 направлениях: распад веществ и их синтез—созидание. Многие из образовавшихся более сложных соединений не остаются все время без изменений. Они постоянно подвергаются распаду на более простые тела. А эти тела вновь вступают в круговорот хим. реакций и служат материалом для созидания новых, сложных органических соединений. Энергия, которая расходуется на такие реакции при П. р., доставляется превращением веществ в процессе дыхангья (смотрите).
Одной из задач земледелия является создание наилучших условий для П. р. Эти условия осуществляют, внося в почву соответствующие вещества (удобрение) и обеспечивая при помощи обработки почвы такой водный и воздушный режимы почвы, которые нужны для того, чтобы микробиологические процессы в почве приводили бы к накоплению в ней питательных веществ в доступных для раст. формах. Ф. Крашенинников.
Лит.: Келлер Б., Ботаника с основами физиологии, М.—Л., 1 932; Костычев С., Физиология растений, часов 2, М.—Л., 1 933; Максимов Н., Краткий курс физиологии растений, М.—Л., 1 933; Прянишников Д., Агрохимия, М.—Л., 19 34; Тимирязев К., Жизнь растения, М.—Л., 1925; Чемберлен Д., Химия в сельском хозяйстве, Л., 1 932; Шнейдевинд В., Питание сельскохозяйственных культурных растений, М.—Л., 1 933.