21.10.2017
21.10.2017
21.10.2017
04.10.2017
04.10.2017
28.09.2017
01.09.2017
31.08.2017
08.08.2017
14.07.2017
Питание растений
 25.06.2014

В сельском хозяйстве для получения высоких урожаев с древних времен применяются удобрения. Люди начали удобрять почву задолго до того, как наука установила и разрешила основные вопросы почвоведения, земледелия, агрохимии почвы и физиологии растений. Правила удобрений разрабатывались чисто эмпирическим путем, но, как отмечает Прянишников, многие из этих правил достигали значительной верности и детальности.
Римлянам, например, известно было высокое удобрительное свойство экскрементов животных и некоторых неорганических веществ — золы, гипса. извести, мергеля. Больше того, им было известно, что степень удобрительных свойств извержений разных животных различна. Наиболее высоко ценился птичий помет.
Римлянам были известны и зеленые удобрения. Так, на склонах Везувия они сеяли в целях повышения плодородия почв люпин и запахивали его в зеленом состоянии.
Тогда еще не было обоснованной теории питания растений. Высказывались лишь смутные догадки и предположения о наличии в почве особого вещества, «жира» почвы (terrae adeps), который делает почву плодородной. Количество этого «жира» увеличивается в почве при внесении навоза или извержений животных.
В этих высказываниях можно видеть зародыши гумусовой теории, которая впоследствии была широко распространена и которая главное значение в питании растений придавала органическому веществу. «Отзвуки этих представлений сохранились надолго в языке различных народностей; напомним, что наше выражение «тук» (удобрение) в прежнее время употреблялось как синоним слова «жир» и до сих пор «тучный» сохранило оба значения».
Гумусовая теория питания растений гласила, что растения питаются органическими веществами, находящимися в навозе, экскрементах животных и вообще в перегное. Эта теория, широко распространенная в XVIII веке, имела большой успех у растениеводов и агрономов того времени, так как она хорошо подтверждалась сельскохозяйственной практикой.
Объяснения благотворного действия органического удобрения на рост и урожай растений были различны. Наиболее распространено было мнение, что растения берут из навоза для своего роста нужный им углерод, из которого они строят свое тело.
Другие авторы считали, что в навозе и перегное почвы имеются какие-то специальные вещества. Так, например, проф. Валлериус в 1766 г. утверждал, что только органические вещества или «жирная» субстанции перегноя почвы являются питательными для растений, другие же составные части почвы играют роль вспомогательных, как растворители «жира» почвы.
Некоторые ученые XVI—XVIII веков и, в частности, Оливье де Cepp полагали, что причина действия навоза кроется в теплоте его.
Бернар Палисси в 1563 г. в своем труде высказал мнение, что навоз оказывает на растение благоприятное действие своими солями.
Первые экспериментальные попытки разрешить вопрос о питании растений предпринял Ван-Гельмонт. В своем сочинении 1629 г. он приводит результаты пятилетних опытов выращивания ветки ивы в почве, которая поливалась одной дождевой водой. За 5 лет ветка выросла и увеличилась по весу в 33 раза. Почва при этом не теряла своего первоначального веса. Так как состав воздуха тогда не был известен, то Гельмонт вынес заключение, что растение потребляло только одну воду и что ее было достаточно для построения тела растений.
К аналогичным выводам пришел и французский исследователь Дюга-мель, который выращивал растение в воде, взятой из реки Сены. Он не имел в качестве контроля дистиллированной воды и поэтому полученные им положительные результаты не могут считаться достоверными, так как вода этой реки содержит органические и неорганические вещества.
Глаубер Вудворд опроверг точку зрения Ван-Гельмонта. В своем эксперименте он показал, что мята лучше растет и дает больший прирост, если ее выращивать в речной воде, а не в дождевой, и еще лучше, если в воду прибавлять немного земли. Он приводит следующие данные своего опыта: прирост растений за 77 дней составлял (в гранах): в дождевой воде— 17; в водопроводной воде Гайд-Парка — 139; то же с прибавкой земли — 284.
Вудворд приходит к выводу, что для роста растений необходима не только вода, но и что-то другое, содержащееся в почве.
Практика сельского хозяйства того времени не имела научных основ для разъяснения наблюдаемой связи между ростом растений, его урожаем и почвой.
Начало прочным научным знаниям было положено лишь тогда, когда был установлен М.В. Ломоносовым, а затем Лавуазье закон сохранения вещества.
Лавуазье установил состав водуха и вскрыл сущность процессов окисления, горения и дыхания. Незадолго до смерти, касаясь сущности питания и роста растений, он писал, что растения черпают материалы, необходимые для своей организации, в воздухе, который их окружает, в воде и вообще в минеральном царстве.
Новые методы химических исследований, разработанные Лавуазье, начали применять для изучения обмена веществ у растений Пристлей, Сенебье и особенно Соссюр. Эти ученые показали, что растения черпают для питания углерод из воздуха, и что для роста растений, кроме углерода, требуются соли.
Отмечая значение углекислоты воздуха как источника углеродистого питания растений, Соссюр придавал большое значение и перегною почвы. В перегное существует что-то, необходимое для растений: ежедневный опыт сельских хозяев указывал на тесную связь между плодородием почвы и наличием в ней органических веществ, или перегноя.
Английский ученый Дэви придавал большое значение различным сахаристым, клеящим, маслянистым, слизистым, экстрактивным веществам, а также углекислоте почвы. В этих веществах, по его мнению, содержатся все элементы, необходимые для жизни растений.
Наиболее популярной гумусовая теория питания растений стала после известных трудов Тэера, основателя первой сельскохозяйственной школы и пропагандиста плодосменного ведения хозяйства вместо трехполья. Тэер писал, что плодородие почвы всецело зависит от перегноя, или гумуса, так как, кроме воды, перегной представляет единственное вещество почвы, могущее служить пищей растениям.
Этот взгляд лег в основу учения об истощении и восстановлении плодородия почвы. Предполагалось, что, чем больше поглощается растением гумусовых веществ, тем лучше рост растений и тем выше урожай. Разные растения поглощают различные количества органических веществ, например, пшеница требует больше гумуса, чем рожь.
Тэер и его сторонники, придавая гумусу исключительно важную роль в питании растений, рассматривали его как продукт тех же растений. Гумус образуется за счет растений, причем одни растения отдают почве больше гумуса, чем поглощают его. Иными словами, одни виды растений обогащают органикой почву, другие истощают ее. К первым относили клевер и другие бобовые растения.
Сторонники гумусовой теории придавали мало значения минеральным веществам. Последние, по их мнению, только ускоряли разложение гумуса и переводили его в усвояемую форму.
Гумусовая теория пользовалась большой популярностью еще в тридцатых годах прошлого столетия в разных странах — Германии, Англии, Франции, России.
Из русских исследователей конца XVIII и начала XIX столетия, обративших внимание на значение органических удобрений в сельском хозяйстве, следует отметить А. Болотова, И. Комова и А. Пошмана. Исследования этих ученых показали, что навозное удобрение оказывает огромное влияние на урожай растений. Комов утверждал, что органические вещества так же необходимы растениям, как и животным и рекомендовал широко использовать их в практике. По его мнению, навоз нельзя заменить солями.
В начале XIX века роль азотистых веществ в питании растений становится постепенно более ясной.
Так, Либих считал, что растения питаются азотом за счет аммиака атмосферы, что его якобы там вполне достаточно. Опыты, однако, опровергли это. Было установлено, что этого элемента питания как раз больше всего и недостает растениям.
Известные исследования Буссенго вскрыли источники азотистого питания растений. В 1837—1838 гг. он развил свою теорию азотистых удобрений и рекомендовал применять те удобрения, которые богаты азотом Истощение почвы он связывал с обеднением ее источниками азотистого питания, причем в этом процессе он придавал разным растениям различное значение. Одни растения выносили больше азота из почвы, другие меньше. Некоторым растениям (клеверу) он приписывал активную роль в повышении плодородия почвы. Нужно думать, писал он, что культуры, улучшающие почву, не ограничиваются обогащением ее только углеродом, водородом и кислородом, но обогащают ее также и азотом.
Гельригель вскрыл причину своеобразного действия бобовых растений на плодородие почвы. Своими опытами он установил, что бобовые растения усваивают азот воздуха. Воронин в 1886 г. исследовал клубеньки на корнях бобовых и нашел в них микроорганизмы, которые, по его словам, являются виновниками образования клубеньков. После этого Гельригель, путем тщательных экспериментов, доказал, что эти организмы-симбионты обусловливают азотфиксацию бобовых растений.
Таким образом, выводы старых исследователей (например, Тэера) подтвердились более поздними опытами Буссенго, Гельригеля и других, установивших, что растения не только обедняют, но и обогащают почву питательными органическими веществами.
Итак, гумусовая теория питания растений в XVIII и первой половине XIX века пользовалась широкой популярностью. Удобрение органическими веществами считалось необходимым мероприятием не только в деле повышения урожаев, но и в целом для повышения плодородия почв.
Отношение к теории гумусового, или органического, питания растений и вообще к удобрениям резко изменилось, после того как Либих выступил со своей теорией минерального питания растений. Подвергая жестокой критике гумусовую теорию питания, он считал ее в корне порочной и неверной. Все исследования, проводившиеся до него физиологами и агрономами, он признавал несостоятельными и не имеющими какого-либо значения для разрешения вопроса питания растений. Он критиковал гумусовую теорию питания, взяв ее, как писал Прянишников, в крайних проявлениях и доведя до абсурда.
Либих совершенно отверг даже возможность усвоения растениями органических веществ. По его мнению, только неорганические соединения могут служить источниками питания растений. На перегной он смотрел как на источник углекислоты, которая ускоряет процесс выветривания силикатов и подготовляет минеральную пищу растениям.
Либих не признавал почвообогащающей роли растений. Он резко отрицал и критиковал само понятие «обогащение почвы источниками питания». Растения, по его мнению, обедняют последнюю, унося с урожаем элементы минерального питания. Ho истощение почвы производится разными растениями с различной скоростью и в разных направлениях. Одни из них выносят из почвы преимущественно известь (например, горох), другие — калий или кремнезем (хлеба). Следовательно, рекомендуемый прежними исследователями севооборот растений только замедляет скорость истощения почвы.
В соответствии с высказанной теорией Либих рекомендовал вносить в почву минеральные удобрения. Причем количество этих удобрений должно вноситься с учетом потребления их растениями.
Теория минерального питания растений благодаря авторитету ее автора — Либиха была воспринята современниками почти без критики. Авторитет химической школы Либиха подавил все прежние взгляды и теории органического питания растений. Либих, писал Рэссель, окончательно разбил теорию о перегное. Только самые смелые решились бы после этого утверждать, что растения берут нужный им углерод не из углекислоты, а из другого источника. Хотя нужно признаться, у нас нет доказательства того, что растения получают весь нужный им запас углерода именно этим путем.
Теория Либиха развивалась и подвергалась изменению в соответствии с новейшими фактическими данными. У нас в стране учение Либиха подверг существенному пересмотру академик Д.Н. Прянишников и его последователи. Прянишников создал свое направление в агрохимии, им и его учениками разработан ряд ценных положений, легших в основу практических мероприятий в сельском хозяйстве. Ему принадлежит заслуга разработки вопроса о коренном улучшении азотного баланса в земледелии в России. В противовес учению Либиха он придавал существенное значение биологическим процессам в почве и особенно биологическому накоплению азота. Прянишников не отрицал и возможности усвоения растениями органических веществ и сам экспериментально доказал это.
Несмотря на все это, учение Либиха еще находит отражение в исследованиях многих специалистов. В учении о питании растений отмечается явная недооценка роли органического вещества почвы, а нередко вовсе отрицается его значение как фактора питания растений. Как правило, значение органики почвы в основном формулируется в виде двух положений.
1. Перегнойные вещества являются запасом питательных элементов для растений и становятся доступными только после их минерализации.
2. Перегной улучшает физико-химические свойства почвы, повышает поглотительную способность, а следовательно, и накопление питательных веществ, усиливает оструктуривание почвенных частиц, а вместе с этим изменяет в лучшую сторону и многие другие качества почв. Органические удобрения — навоз, компост и пр. подготовляют почву для восприятия минеральных удобрений, повышают буферность ее и т. д.
Все это безусловно справедливо и подтверждается вековой практикой и многочисленными экспериментами. Однако сводить значение этих удобрений только к указанным положениям, нам думается, будет недостаточно.
Самый факт положительного действия перегноя и органических удобрений на рост растений не может быть объяснен только действием находящихся в них минеральных элементов питания. Рэссель, подводя итоги шестидесятилетним опытам Ротамстедской станции, писал, что хотя растения могут удовлетворительно расти и достигать полного развития и при одних неорганических питательных веществах, однако же в естественных условиях питание их происходит в присутствии органического вещества. Вопрос о том, играют ли последние какую-либо активную роль в этом процессе, дискутировался очень много. Экспериментальные данные не отличаются большой определенностью. В Ротамстедских полевых опытах ни одна из комбинаций искусственных удобрений не является такой же эффективной, как навоз, в поддержании урожая из года в год.
Обширные полевые опыты немецких исследователей Герлаха, Ганзена, Шульца, Вагнера, Шнейдевинда и других приводят их к заключению: как бы ни были высоки дозы минеральных удобрений, тем не менее невозможно достичь одними минеральными удобрениями столь высоких урожаев, как при одновременном с ними внесении навоза. Подводя итоги многолетним опытам на станции в Лаухштедте, Шнейдевинд приводит в качестве примера следующие данные урожая сахарной свеклы (в центнерах с гектара): при полном минеральном удобрении — корней 487,6; сахара в них 77,66; ботвы — 291,7; при смешанном удобрении — минеральном и органическом (навоз) — корней 533,6; сахара в них 88,11 и ботвы — 366,6.
Аналогичные данные приводятся им и по урожаю картофеля. Одними искусственными удобрениями в Лаухштедте нельзя было получить более 240 ц картофеля с гектара, между тем как при внесении минеральных удобрений и навоза урожай поднялся до 306—312 ц с гектара. Такое действие навоза повторялось из года в год, независимо от того, был ли год средним по количеству осадков, засушливым или влажным.
Рэссель со своими сотрудниками показал, что органические вещества почвы стимулируют рост растений и повышают урожай. Он заключает, что никакая смесь искусственных удобрений не может быть столь же эффективной, как навоз, в поддержании постоянно высоких урожаев из года в год.
Академик В.И. Палладии, касаясь вопроса о питании растений, писал, что зеленые растения могут питаться также и готовыми органическими соединениями. Такое питание может идти параллельно с усвоением углерода из атмосферы.
По наблюдению автора, зеленые изолированные листья растений при искусственном питании сахаром всегда накапливают в тканях больше органических веществ и имеют более высокий тургор, чем листья, питаемые минеральными элементами. Прибыль углеводов при питании сахаром достигает 5 г на 1 м2 листовой поверхности.
Лебедянцев в примечании к переводу книги Либиха — «Химия в приложении к земледелию и физиологии», касаясь работы Соссюра о питании растений, писал: «Соссюр признавал главным источником углеродистого питания углекислоту воздуха, не отрицая, однако, возможности использования углерода органических соединений почвы, так как у него не было фактов, позволяющих отрицать это. Отметим, что их нет и в настоящее время, и вопрос усвоения углерода из органического вещества почвы остается до сих пор в значительной степени открытым, хотя совершенно несомненно, что для зеленых растений главным источником углерода все же является углекислота».
Как видно из приведенного, вопрос о питании растений, несмотря на многочисленные исследования, остается во многом неразрешенным.
Трудно согласиться с концепцией, по которой растения на протяжении всей истории своей эволюции, соприкасаясь корнями с органическими веществами почвы, не приобрели бы способности усваивать их в той или иной форме.
Нет основания отрицать всем известные факты и экспериментальные данные о том, что растения потребляют для своего питания минеральные соединения. Многочисленные наблюдения говорят за то, что этот способ питания у растений является основным в природных условиях. Однако достаточно ли такого питания, для того чтобы получать высокие урожаи и вполне жизненные семена из года в год? Этот вопрос, нам кажется, еще недостаточно разрешен.
He так давно отрицалось усвоение корнями углекислоты из субстрата, а в настоящее время можно считать это доказанным. Растения поглощают CO2 не только из атмосферы, но и из почвы.
Надо полагать, что растения испытывают недостаток углекислоты в атмосфере и охотно ассимилируют ее из почвы. При различных неблагоприятных условиях фотосинтетическая деятельность растений может значительно понижаться. Так, например, при засухе устьица закрываются и доступ углекислоты прекращается или ослабевает. Дыхание же растений в этих случаях не прекращается и даже может усиливаться. Наступает голодание, выраженное в большей или меньшей степени. Ослабление фотосинтеза может вызываться и другими факторами. Во всех таких случаях растения, по-видимому, могут переходить к гетеротрофному питанию, усваивая органические соединения из почвы и подкармливаясь ими.