Растения непрерывно попол­няют на земле запасы органического вещества. Они со­здают его из неорганических солей, воды, кислорода и угле­кислоты воздуха. Человек по­стоянно пользуется продуктами этой великой созидательной ра­боты. Но он издавна стремится и к тому, чтобы разумно руководить этой работой, направлять ее де­лать еще более интенсивной. Известно, какую большую роль сыграла в этих его попытках химия — именно на ее языке, ее понятиями оказалось возможным точно описать связи, возникающие между растением и питающей его землей; с ее помощью удалось получить объективный анализ того, что растению требуется, и снабдить его необходимыми для жизни веществами.

НУЖДЫ РАСТЕНИЙ

Сейчас мы точно знаем: рас­тение не безразлично к недостат­ку и избытку в почве любого из химических элементов. То или

иное отклонение от нормы меняет сначала химический состав, обмен веществ и в целом — питание рас­тения. Несколько позже появ­ляются и внешние морфологиче­ские изменения.

Из элементарных веществ особенно важен для жизни расте­ния фосфор. И прежде всего потому, что он активно участвует в процессах синтеза белка. Для этого синтеза необходим азот, который растение получает из почвы главным образом в виде нитратов, углеводы и энергетиче­ские вещества. В них-то и входит фосфор.

Химикам известно, как труд­но заставить малоактивные не­органические вещества, напри­мер азот, соединиться с кислоро­дом или водородом, образовать даже менее сложные, чем белки, соединения. Для этого используют разряды электричества, по­вышенные температуры и давление, катализаторы. А в живой клетке реакции синтеза сложных органических веществ проходят при обычных невысоких темпера­турах и давлениях.

Мы знаем, что в клетке имеются разнообразные актива­торы, гормоны, ферменты. Но от­куда берется в ней необходимая энергия? Один из важнейших энергетических -источников — окислительно-восстановительные реак­ции дыхания. Кроме того, в ну­клеиновые кислоты, играющие самую важную роль в жизни клетки, обязательным компонен­том входит фосфор, соединения которого необычайно динамичны и обладают высокой энергией.

Конечно, в клетке есть и дру­гие высокоэнергетические соеди­нения, более простые по структуре, чем нуклеиновые кислоты. Все они повышают способность угле­водов и органических кислот к взаимодействию между собой и к включению в свой состав иных веществ и элементов. Так, аммиак, соединяясь с молекулой органи­ческой кислоты, образует амино­кислоты. Это и есть первый этап синтеза белка.

В молодых тканях органиче­ское вещество активно расходует­ся на построение новых клеток. И воспроизведение этих веществ должно идти очень интенсивно. Именно поэтому растению требуется — наряду с другими эле­ментами — достаточное количе­ство фосфора, чтобы оно могло синтезировать высокоэнергетиче­ские соединения, активно исполь­зовать питательные вещества, обеспечивая образование новых клеток, тканей, органов. Чем раньше растение получит дополнительное фосфорное питание, тем быстрее будет оно разви­ваться.

Это, конечно, не значит, что фосфор необходим только моло­дому растению: он нужен ему постоянно. Но от правильного питания в молодом возрасте за­висит активность растения за все время его существования.

Не меньшую важность при­обретает поэтому и присутствие фосфора в семенах. С помощью меченых фосфорных удобрений удалось установить, что в лучшие семена поступает тот фосфор, ко­торый материнское растение по­лучило задолго до их образова­ния. Фосфор, попавший в расте­ние позже, поступает в оболочки семян, а также в цветы и бутоны, образовавшиеся позднее и пото­му не дающие зрелых семян.

Иначе строится система азот­ного питания.

Азот нужен растению как «строительный материал» — для создания сложных белковых соединений. Все проявления жизне­деятельности клетки — питание, дыхание, рост и деление связаны со свойствами содержащихся в ней белковых веществ. Чем боль­ше в клетке белка, тем активнее проходят все эти процессы. Осо­бенно активны самые молодые клетки — клетки точек роста. Однако способность интенсивно делиться ограничена у них во вре­мени; чем острее азотный голод, тем быстрее теряют они эту спо­собность, и тем раньше растение перестает развиваться.

Для синтеза белка одного азота мало. Мы уже выяснили, как необходим растению значительный запас высокоэнергетиче­ских фосфорных соединений. На­ряду с фосфором обеспечивают энергией процесс синтеза белка и углеводы. А кроме того, про­дукты превращения углеводов, в том числе органические кисло­ты, непосредственно входят в со­став аминокислот — этих «кирпичей», из которых строится моле­кула белка.

У молодых проростков еще мало зеленых листьев, и поэтому они небогаты углеводами. При обильном азотном удобрении в тканях проростка накапливается неорганический азот, главным образом в виде нитратов, и про­ростки некоторых растений даже страдают от высоких концентра­ций нитратных солей. Система азотного питания растений должна строиться так, чтобы молодые проростки не получили излиш­ков азота, но и не испытывали в нем недостатка.

Растению очень вреден азотный голод и в следующую фазу его развития. Например, яровым хлебным злакам — в фазах двух­-трех и трех-четырех листьев. Этот период предшествует возникнове­нию зачаточных колосьев и мете­лок, и достаточное питание азо­том в это время обеспечит в даль­нейшем образование крупных, бо­гатых зерном колосьев.

Если молодому растению не хватало азота, поздняя подкормка его уже не спасет: число колосков и цветков в соцветии не уве­личится. Это происходит потому, что меристема (то есть, ткань — новообразователь клеток) зача­точного соцветия преждевременно отомрет: для питания клеток не хватило белков.

Если же при прорастании се­мени азотное питание было доста­точным, а в фазу трех-четырех листьев даже обильным, белки в тканях будут хорошо обновляться, образуются новые клетки, -новые колоски, цветки и зерна.

Меняя систему питания азота по фазам, можно повлиять на развитие верхней, средней или нижней части соцветия, на число цветков и даже на их способность образовывать семена. В метелке проса, например, число зерен может колебаться от 8—20 до 280 штук и больше в зависимости от дозы и срока внесения азота.

Итак, системы питания расте­ний фосфором и азотом различ­ны. Прорастание оказывается самым сильным, если молодое рас­теньице получает сначала больше фосфора, а несколько позже — азота.

Третий важнейший элемент питания растений — калий. Его роль в жизни клеток чрезвычайно многообразна. Без калия клетки хуже удерживают воду, а ведь в них все реакции обмена и образования новых со­единений происходят в растворах. Присутствие калия необходимо и на некоторых этапах синтеза бел­ка. В последнее время доказано, что многие ферменты клетки ста­новятся активными только в том случае, если в их состав входит калий.

Калий связан с процессами фотосинтеза и образованием угле­водов в зеленых частях растения, с их дальнейшим превращением и транспортировкой из одних органов в другие. Если растению не хватает калия, то цветы не раз­виваются дальше фазы мелких бутонов, бутоны не цветут и се­мена не завязываются. Таким образом, калий нужен растению постоянно.

Кроме того, выявлена его роль в конце вегетационного пе­риода, когда накопленные в ли­стьях органические питательные вещества должны передвинуться в семена, плоды, клубни, в корнеплоды и зимующие органы.

«СПРОСИТЬ МНЕНИЕ РАСТЕНИЯ»

Чтобы получить хороший уро­жай, агрохимику надо изучить условия, в которых предстоит развиваться растению. Важно узнать состав и свойства почвы: обеспеченность влагой и воздухом, кислотность, засоленность, плотность, структуру и т. д. Необ­ходимо уяснить причины и осо­бенности плодородия каждого участка пашни, учесть его пред­шествующую обработку: количе­ство внесенных прежде удобре­ний, вид севооборота…

А чтобы создать условия, в которых растение сможет дать самый большой урожай, надо принять во внимание все его потребности — «спросить мнение растения», как учили К. А. Тимирязев и Д. Н. Прянишников.

«Мнение растений» выясняют разными методами. Один из са­мых надежных — полевой опыт: поле разбивают на несколько участков вносят на каждом из них удобрения разного состава и количества, а затем внимательно наблюдают за развитием расте­ния и формированием урожая.

Если растению не хватает того или иного элемента питания, это определенным образом сказывается на его внешнем виде. Например, азотное голодание де­лает листья (особенно нижние, более старые) бледно-зелеными, жесткими, узкими; растение плохо растет и быстро плодоносит, да­вая незначительный урожай семян.

О недостатке фосфора гово­рят коричневые пятна на нижних старых листьях и фиолетовая окраска черешков и стеблей. Растение плохо растет и плодо­носит.

От нехватки калия нижние старые листья коробятся (на них появляется «краевой ожог»), покрываются пятнами омертвевшей ткани, роста плодоношение рас­тения резко задерживаются.

Мало в почве магния — обра­зуются белые пятна или полосы на нижних листьях. При борном голодании страдает верхушка рас­тения, нет нормальных цветов и плодов, у корнеплодов развивается «гниль сердечка».

Когда не хватает меди, появ­ляются листья с побелевшими кончиками, а растение образует недоразвитые, не способные дать зерно белесые колосья.

Такие внешние признаки, сви­детельствующие о нарушении в питании растений, установлены почти для всех химических эле­ментов.

Однако с помощью визуаль­ной диагностики не всегда удается определить, сколько и каких веществ не хватает растению. Это понятно: растение может одно­временно испытывать недостаток (или вредный избыток) не одного, а нескольких элементов питания. Кроме того, метод помогает фик­сировать только резкое наруше­ние режима питания и не подска­зывает дозу необходимых в том или ином случае удобрений. На­конец, известно, что внешние признаки «болезни» появляются довольно поздно когда питание уже сильно нарушено. Но как важно именно вовремя заметить первые признаки наступающего голодания!

И вот тут большую помощь могут оказать методы химической диагностики.

Один из таких методов — ана­лиз общего содержания в расте­нии азота, фосфора, калия и дру­гих элементов после кислотного озоления растений.

Метод очень хороший, но требует специального лаборатор­ного оборудования.

Есть и более простые спосо­бы — например, определение вну­тренних резервов питания, которые растение еще не успело ис­пользовать. Если анализ показы­вает, что таких резервов в тканях растения нет, значит, оно начи­нает голодать и нуждается в под­кормке.

Обнаружить эти резервы можно разными способами, но все они основываются на следую­щих общих принципах.

Установлено, что неорганиче­ских соединений больше в тех органах растения, которые расположены ближе к корням и густо пронизаны крупными сосу­дами. Неорганические вещество движутся из корней по сосудам в верхние части растения и по пути постепенно расходуются.

Особенно быстро «потреб­ляются» нитраты, и поэтому к точ­кам роста и цветкам они дойти не успевают. У некоторых расте­ний они восстанавливаются пол­ностью уже в корнях, а в стеблях, ветвях и листьях их вообще нельзя обнаружить.

Чем старше растение, тем меньше в нем концентрация пи­тательных веществ. Это происхо­дит, во-первых, потому, что по­глощенные вещества как бы раз­бавляются во все увеличивающей­ся массе растения и, во-вторых, потому, что взрослое растение хуже поглощает питательные вещества из почвы.

Для анализа содержания пи­тательных веществ в раститель­ном организме создаются специальные приборы. Чтобы устано­вить, что ограничивает рост рас­тений — нехватка питания или ка­кие-то другие причины, надо со­поставить результаты химического анализа растений с их весом, ростом и развитием, с признака­ми болезни, обнаруженными при визуальной диагностике, со сведе­ниями о почве, погоде и агротех­нической обработке. Например, если растение плохо растет, но содержит много питательных ве­ществ, значит рост ограничивает­ся не питанием, а чем-то другим, избытком или недостатком влаги, нехваткой воздуха корням и т. д. После полива, рыхления или дру­гой обработки надо еще раз про­анализировать химический состав растения.

Если причина, сдерживавшая рост, установлена правильно и устранена вовремя, растение начнет усиленно расти и ему может потребоваться дополнительное пи­тание. Вывод о недостающих удо­брениях необходимо сопоставить с результатами наблюдений за ростом и питанием растения по фазам его развития. Оптималь­ными режимами литания призна­ются те, при которых получается самый высокий урожай.

Доктор биологических наук В. В. ЦЕРЛИНГ