25 июня 2009
воды в водохранилище определяется высотой плотины.
Что будет с урожаем, если мы улучшим какой-нибудь
один фактор среды, например освещенность, то есть увеличим высоту одного из щитов? Только, прежде чем ответить, подумайте хорошенько. Верно, урожай останется
тем же самым. А если увеличим высоту двух щитов? Трех? Четырех? Понятно, что уровень воды от этого тоже не повысится. Он не повысится даже в том случае, если мы нарастим все щиты, кроме одного: вода будет уходить через этот, самый низкий, щит. О таком факторе
внешней среды говорят, что он лимитирует, ограничивает урожай.
В природе никогда не бывает, чтобы растения были одинаково обеспечены всем необходимым. Обычно одни
условия находятся в избытке, другие — в недостатке. Так вот, если мы создали растениям наилучшие условия освещения, влажности и аэрации почвы, установили достаточную концентрацию СОг в воздухе, выпололи все
сорняки — словом, позаботились обо всех щитах нашей
плотины, кроме одного — содержания в почве элементов минерального питания,— урожай будет поддерживаться на каком-то определенном уровне. И если мы будем дальше улучшать любое из условий— освещенность, влажность или аэрацию,— урожай не сможет подняться выше этого уровня. Больше того, год от года он будет снижаться. Ведь вместе с урожаем мы ежегодно выносим с поля минеральные соли,
Знаете ли вы, что одно растение пшеницы за лето поглощает из почвы 1,98 миллиграмма азота, 0,31 миллиграмма фосфора и 1,03 миллиграмма калия? Не так уж много, правда? Тем более, что часть этих веществ вместе с корнями остается в почве. Но на каждом гектаре растет 50 миллионов растений пшеницы. Поэтому с урожаем (в зерне и соломе) мы ежегодно вывозим с гектара 99 килограммов азота, 15 килограммов фосфора и 51 килограмм калия. Если пересчитать на соли
(например, на натриевую селитру, хлористый калий и суперфосфат), то получится, что почва теряет ежегодно 1370 килограммов питательных солей с каждого гектара. А это уже внушительная цифра.
Правда, потери отчасти возобновляются. В этом нам
помогают наши друзья — микроорганизмы. Одни из них, силикатные бактерии, разрушают глинные минералы,
освобождая для растений калий. Другие, клубеньковые бактерии, живущие на корнях бобовых растений, связывают свободный азот воздуха (N2) в доступные растению
формы (нитраты и аммиак). Поэтому после бобовых культур (клевера, люцерны, бобов, гороха) почва бывает богаче азотом, даже если ее не удобрять азотом. Ту же задачу выполняют и другие виды бактерий, так называемые свободно живущие азотофиксаторы. Они связывают (фиксируют) азот воздуха без помощи бобовых
растений, питаясь мертвыми растительными остатками.
К тому же люди издавна научились возвращать на поле по крайней мере часть выносимых с него питательных веществ, удобряя почву навозом.
Но растениям нужны не просто питательные соли, а определенные соотношения их. Например, пшеница на 100 частей азота поглощает 15 частей фосфора и 51 часть
калия. А в навозе на каждые 100 частей азота приходит-1 ся 20 частей фосфора и 95 частей калия. Поэтому при
внесении в почву только органических удобрений соотношения между питательными солями могут быть нарушены. Часть щитов в нашей плотине опять окажется ниже остальных.
Вот почему управлять урожаем — не только поддерживать его на определенном уровне, но и повышать по своему усмотрению — человек научился только с помощью искусственных минеральных удобрений. Но для это-
го нужно было прежде всего знать, чем и как питаются растения. Вот тут-то и пригодился агрохимикам метод
беспочвенного выращивания растений.
25 января 2009
Но управлять минеральным питанием растений в почве намного труднее, чем в чистом питательном растворе,— ведь в вегетационном сосуде все соли легко доступны растению, и потери их исключены. В почве же часть
удобрений (иногда довольно большая) вымывается водой вглубь, в так называемую подстилающую породу, и уносится грунтовыми водами. Другая часть удобрений
связывается почвой физически (адсорбируется на поверхности почвенных комочков) или химически (превращаясь в труднорастворимые соединения) и становится менее доступной растениям. Кроме того, на пути к корню питательные соли перехватывают огромные армии почвенных микроорганизмов и превращают их в органические вещества своих клеток. Эта часть солей полностью выбывает из «питательного фонда» растений до тех
пор, пока микробная клетка не погибнет и ее органическое вещество не минерализуется снова.
Поэтому, внося минеральные удобрения в почву, мы
никогда не можем сказать наверняка, какая часть их поступит в распоряжение растений. Это зависит и от количества осадков, и от активности микроорганизмов, и от
поглотительной способности почвы, и от многих других
причин.
А что, если заменить почву чистым питательным раствором в производственных условиях? Почему бы не
попробовать выращивать растения в водной культуре не только для научных, но и для производственных целей?
Не несколько десятков растений в лаборатории, а тысячи
и десятки тысяч в большой теплице!
Эта смелая мысль пришла американскому ученому, профессору Калифорнийского университета Герике.
На опытной станции Монтебелло выделили огромную
теплицу. Грунт под ее стеклянной крышей тщательно утрамбовали и вместо удаленной бульдозером почвы
установили 116 рядов водонепроницаемых деревянных ящиков — резервуаров с питательным раствором. Высокие и узкие, они по форме напоминали поставленные боком школьные пеналы. Над резервуарами укрепили
неглубокие подносы из проволочной сетки. Их нужно
было наполнить каким-нибудь рыхлым материалом,
чтобы в нем укрепить рассаду помидоров. В это время на опытной станции шел обмолот риса и в распоряжении Герике оказалось много рисовой мякины. Ею-то он и наполнил проволочные подносы.
Первые дни слой мякины с высаженной в нее рассадой помидоров увлажняли водой. Вскоре корни проросли в теплую воду, насыщенную питательными солями. Растения развивались стремительно/и для каждого из них пришлось натянуть проволочную опору. Корни помидоров энергично поглощали питательные соли. Поэтому раз в 1—2 недели раствор заменяли свежим. Уже через 60 дней необычная теплица дала первый урожай зрелых плодов.
Результаты опыта превзошли самые смелые ожидания. В пересчете на гектар получили до 500 тонн зрелых плодов — в 5 раз больше обычных урожаев в грунтовых теплицах и рекордных урожаев в поле!
Такие же опыты провели и с другими культурами:
с табаком и картофелем. Результаты были отличные.
21 апреля 2008
— А почему этого нельзя узнать в поле? — спросите вы.— Ведь можно сделать химический анализ растения, выращенного в почве, и узнать, какие соли оно содержит.
Но оказалось, что это не так просто. Сделать анализ растения, конечно, можно, но как узнать, все ли соли, которые оно содержит, необходимы для его жизни? У нас в Средней Азии много засоленных почв. В этих почвах
содержится хлористый натрий — обычная поваренная соль. Натрий большинству сельскохозяйственных растений не нужен, даже вреден, если его много. Но растения все равно поглощают его, засасывая вместе с водой.
Злаки — пшеница, рожь, овес,— где бы ни росли, всегда содержат довольно много кремния. Но если выращивать пшеницу на питательном растворе без кремния, она будет отлично развиваться и даст полноценное
зерно. Следовательно, кремний не нужен растениям в
таком большом количестве. Поглощают они этот элемент просто потому, что его много в почве.
Значит, если мы хотим узнать, нужен или нет тот или иной элемент растению, мы должны вырастить это растение в среде, не содержащей этого элемента.
В почве всегда имеются самые разные соли — и нужные и ненужные растениям. Следовательно, для такого опыта почва не подходит. Опыт следует ставить в совершенно бесплодной среде, например в песке или на воде. В такую среду можно внести смесь любых минеральных солей и включить или не включить в нее изучаемый элемент.
Перед нами ряд одинаковых стеклянных банок — вегетационных сосудов. В них на растворах питательных
солей выращивают кукурузу. Почему же так по-разному выглядят растения?
В первом сосуде — полная питательная смесь. Она
содержит все необходимые для питания растений элементы: азот, фосфор, калий, кальций, магний, серу,
1 — кукуруза, выращенная на полной питательной среде; 2 — на питательной среде без железа; J—без магния; 4— без фосфора; 5 — без азота; 6 — без кальция; 7 — без калия; 8 — на дистиллированной воде.
железо, А в остальных сосудах — та же смесь, за исключением какого-нибудь одного элемента минерального питания.
На рисунке вы видите, как выглядит растение, если из раствора исключить какой-нибудь один элемент питания: рост культуры прекратится, и растение в конце концов погибнет. Исключенный элемент нельзя заменить никаким другим. Ведь если в плотине вынуть один из щитов и наращивать другие, водохранилище все равно останется пустым.
Немного позже, когда научитесь выращивать растения без почвы, вы сами сможете поставить такой опыт.
При помощи вегетационного метода агрохимики не только узнали, какие элементы нужны растениям. Они
подробно изучили потребности разных сельскохозяйственных культур в питании и научились удовлетворять их. Ученые нашли так называемые критические периоды
питания каждой сельскохозяйственной культуры. Они
определили, на каком этапе жизни — при прорастании, во время бутонизации, цветения или плодообразования —«
данная культура особенно нуждается в азоте, фосфоре или калии. При помощи удобрений — минеральных солей — агрохимики научились не только улучшать развитие растений, но направлять его в нужную человеку сторону. Если, например, хотят получить больше листьев
(при выращивании капусты, кормовых трав, кукурузы на силос), в почву следует внести больше азотных удобрений. Если основной частью урожая является стебель
(у лубяных культур — льна, конопли), в почву вносят
больше калия. А для развития плодов растения особенно нуждаются в фосфоре.
На современных заводах у пульта управления сложных и умных машин стоят инженеры-операторы. Нажмут кнопку — и машина послушно выполняет нужную операцию. Поле — тоже-машина, но своеобразная. Она состоит из живых «деталей» — растений — и поэтому во много раз сложнее и капризнее. Она вырабатывает продукты питания и сырье для многих отраслей промышленности. И этой машиной тоже необходимо управлять.
У «пульта управления» ростом и развитием сельскохозяйственных растений стоит агроном, хорошо изучивший потребности растений и свойства минеральных удобрений.
Если он хочет получить урожай как можно раньше,
то во время бутонизации растений он «нажимает» кнопку «фосфор» — подкармливает их суперфосфатом. Если, наоборот, хочет растянуть созревание, чтобы растения успели образовать побольше плодов, «нажимает» кнопку «азот» — вносит в почву селитру. Если агроном видит, что в конце лета помидоры еще не начали краснеть, он «нажимает» кнопку «калий» — этот элемент усиливает отток питательных веществ из листьев и ускоряет налив плодов. В дождливые и пасмурные годы, чтобы растения не «израстали» в ботву, дозу калийных удобрений тоже увеличивают.
Основатель советской агрохимии академик Дмитрий Николаевич Прянишников сравнивал применение минеральных удобрений с открытием нового континента., Действительно, с их помощью люди дополнительно поЛ
лучают теперь столько сельскохозяйственных продуктов,
как будто освоены новые земельные площади, равные обеим Америкам — Северной и Южной,