Органическое питание растений и процессы взаимодействия органической среды, использование в органическом зеиледелии

Об органическом питании растений

Известно, что вопрос о природном органическом земледелии в настоящее время является очень актуальным и злободневным. Об этом можно судить хотя бы по тому громадному количеству информации в Интернете, посвящённому ему.

Поскольку природное органическое земледелие несёт с собой массу полезного, улучшая экологическую обстановку окружающей среды и производя безопасные для здоровья человека и животных продукты питания, но оно отвергает применение химических удобрений, ростовых веществ, пестицидов и гербицидов, чем задевает интересы их производителей, а также специалистов аграриев с традиционным багажом знаний. Поэтому у природного органического земледелия имеется много и сторонников и противников. Но между тем в странах ЕС, в США и Канаде, а также и в ряде других стран природное органическое земледелие очень быстро растёт. Там создана специальная правовая и законодательная база на продукцию органического земледелия. Примерный годовой рост органической продукции на мировом рынке продаж составляет сейчас около 20%. А сам рынок продаж, например, уже в 2006 году превышал 40 миллиардов долларов. У нас в России, к сожалению, в этом отношении со стороны властей ничего не делается. Правда, в своё время Главным санитарным врачом РФ Г. Онищенко были разработаны некоторые неофициальные требования на продукцию органического земледелия, но они не являются правовым документом. А получение экологически чистых продуктов на своих садовых участках сейчас интересует и многих наших владельцев таких участков. А знание особенностей органического питания растений является одним из важных факторов природного органического земледелия. Поэтому я и решил ещё раз рассказать об этом.

Данные исследований показывают, что растения легко усваивают не только простые минеральные соединения, но и довольно сложные органические вещества. Интересно, что представления об органическом питании растений возникли раньше, чем о питании минеральными веществами, и легли в основу так называемой гумусной теории. Сейчас уже нельзя сомневаться в том, что растения способны на основе воды, углекислоты и минеральных солей при посредстве усвоения солнечного света создавать любые сложные органические соединения, известные в живой природе.

С развитием этих представлений в первой половине 19 века были отброшены представления А. Тэера и Ж. А. Хассенфратца о питании растений органическим веществом почвы. Подобные представления, получившие название гумусной теории, исходили в основном из того, что урожай растений обычно тем выше, чем богаче почва перегноем, и из того, что навоз и другие органические удобрения (минеральных тогда ещё почти не знали) повышают урожайность. На основе этой теории тогда строились агротехника, севообороты и всё остальное.

После разработки Ю. Либихом теории минерального питания растений и после изучения главных особенностей микробиологических процессов в почве оказалось возможным все явления жизни и продуктивности растений объяснить исключительно с точки зрения фотосинтеза и поступления солей и воды и минерализации органического вещества в почве при помощи микроорганизмов. Гумусу предписывалась роль только коллоида-адсорбента, улучшающего водно-физический и питательный режим почвы. Всё это казалось достаточно обоснованным и удовлетворяло многих. В связи с этим гумусная теория питания растений потеряла признание и подверглась уничтожающей критике, хотя некоторые её сторонники оставались верными ей до конца 19 века. Да и сам Ю. Либих, хотя и нанес своими работами смертельный удар данной теории, не смог от неё вполне отказаться и считал, что в основе гумусной теории имеются верные наблюдения.

В 20 веке, особенно во второй его половине, исследования по органическому питанию растений были возобновлены и получили развитие во многих странах, в том числе и в бывшем Советском Союзе. При этом были получены довольно интересные результаты. Но, тем не менее, до последнего времени этим занимались всё-таки незаслуженно мало, хотя органическое питание имеет большое значение в жизни растений и, следовательно, может иметь и большое практическое значение. Мы неплохо знаем закономерности поступления ионов минеральных солей через корни и при внекорневой подкормке, но до сих пор не можем дать удовлетворительного объяснения более благоприятного действия органических и органоминеральных удобрений по сравнению с чисто минеральными.

Конечно, значение органического питания в жизни растений надо оценивать правильно. Действительно, мы может получить полноценный урожай на полностью минеральной среде, следует вспомнить хотя бы широко рекламировавшуюся до недавнего времени технологию Миттлайдера, но в природных условиях растения всегда произрастают на субстрате с тем или иным количеством органического вещества. Количество так называемого растворимого гумуса в почвах по подсчетам специалистов может достигать 1-2% от массы почвы, то есть где-то до 100 т на 1 га. Возникает вполне закономерный вопрос о том, не могут ли растения использовать эти запасы как источник органического питания? Какое значение имеет органическое питание растений в природе дня создания массы урожая и, что особенно важно, в определении качества этой массы? В значительной степени на поставленные вопросы проведённые в последние годы исследования отвечают положительно.

Основные трудности при экспериментальном исследовании поступления гумусных и других органических веществ в растения состоят в невозможности определения приёмами обычного биохимического анализа этих веществ в составе растений. Дело в том, что гумусные и другие поступающие органические вещества близки к органическим соединениям, входящим в состав растений. Хотя использование совремеццых методов (изотопных индикаторов, радиохроматографии, электронно-парамагнитного резонанса, инфракрасной спектроскопии и других) позволяют уже всесторонне изучать вопросы участия гумусных кислот и других, содержащихся в почве органических соединений, в питании, росте и развитии растений. И такие методы уже были достаточно широко применены в последние десятилетия в разных странах.

Видео: Строение растительной и животной клетки

В результате было выявлено, что наряду с участием гумусных кислот почвы в минеральном питании растений, заключающемся в связывании отдельных элементов, которые становятся доступными в ионной форме лишь после их высвобождение в результате минерализации гумуса микроорганизмами, растениями из почвы поглощаются непосредственно и сами гумусные кислоты как в виде низкомолекулярных соединений, так и в виде средне- и высокомолекулярных их фрагментов. При этом установлено, что гумусные кислоты в результате воздействия на клеточные мембраны растений повышают их проницаемость, что существенно увеличивает поступление в растение как минеральных элементов, так и органических соединений. Металлоорганические соединения поступают в растение без их предварительного расщепления до неорганических соединений. Поглощаемые растениями низкомолекулярные частицы и высокомолекулярные фрагменты гумуоных кислот подвергаются внутри растений преобразованиям, участвуют в биосинтезе и, кроме того, являются источниками физиологически активных веществ и оказывают положительное влияние на рост, развитие и продуктивность растений.

Так, опыты с кукурузой свидетельствовали о поступлении и интенсивном перемещении из корней не только низкомолекулярных, но и средне- и высокомолекулярных ароматических фрагментов гуминовых кислот. При этом следует отметить, что физиологической активностью обладали разные по молекулярной массе и особенно низкомолекулярные фракции гуминовых кислот. Они поступают в растения, усиливают окислительно-восстановительные и ферментативные процессы, связанные, в первую очередь, с азотным и фосфорным обменом веществ. Под влиянием гуминовых кислот почвы и, в первую очередь, их низкомолекулярных фракций наблюдался значительный рост корневой и надземной массы кукурузы, отмечалось повышение элементов питания - азота, фосфора, калия и кальция.

Исследования на разных видах растений показали, что при наличии в почвенном растворе низких концентраций гуминовых кислот в растениях наблюдается особенно значительное увеличение содержания азота и фосфора. Одновременно с этим возрастает вынос питательных веществ растением. Это объясняется не только усилением под воздействием гуминовых кислот роста и развития надземной и корневой массы, но и одновременно ростом объема и общей поверхности корней растения, увеличивающими поглощающую способность питательных элементов растениями. Вместе с гумусовыми веществами, отличающимися высокой физиологической активностью, в растение поступают и содержащиеся в них витамины, аминокислоты, поливалентные металлы и ряд других веществ, которые играют также важную роль в росте и развитии растений.

Приведённые данные исследований показывают, что растения могут использовать для питания и непосредственно органические вещества почвы. Поглощённые соединения играют структурную роль, входя в состав тех веществ, из которых растение строит своё тело. Опыты по изучению поступления органических веществ проводились на разнообразных видах растений, относящихся к разным семействам. При этом оказалось, что растения могут усваивать не только органические вещества почвы, но и содержащиеся в ней соединения жизнедеятельности микроорганизмов, выделения других растений и от хозяйственной деятельности человека.

Таким образом оказалось, что высшие растения способны к органическому питанию. Низшие зелёные растения, как известно, очень склонны к питанию готовыми органическими соединениями. Так, эвгленовые водоросли имеют много бесхлорофилльных форм, использующих в качестве источника углерода органические вещества, растворенные в воде. Хлорелла и некоторые другие зелёные водоросли очень хорошо развиваются в воде, богатой растворимыми органическими веществами. Под влиянием органических веществ - сахаров, аминокислот и других водоросли снижают интенсивность фотосинтеза, то есть органическое питание заменяет им фотосинтез.

В процессе исследований было выявлено, что корни растений могут хорошо поглощать такие обычные соединения, как сахара и аминокислоты. Вполне очевидно, что эти вещества после проникновения в организм растения ничем не отличаются от таких же соединений, которые образовались в процессе фотосинтеза. И они расходуются на различные обменные процессы и на построение тела растений. Но растения поглощают и такие специфические органические соединения, как соединения различных применяемых пестицидов и гербицидов.

В растениях обнаружено и поступление антибиотиков, продуцируемых микроорганизмами, различных алкалоидов из почвы, а указанные вещества для растений являются ядами или противоядиями. Обнаружено также поступление ряда фенольных и других органических соединений в почве в результате жизнедеятельности растений и микроорганизмов и являющихся во многих случаях тормозителями роста и развития растений. Механизм поглощения сложных органических веществ растениями пока ещё изучен недостаточно хорошо. Существует несколько теорий такого поглощения.

Но растения могут не только поглощать, находящиеся в почве органические соединения, а и сами выделять в почву такие соединения. Самым интересным при этом является их взаимный обмен выделяемыми органическими и неорганическими соединениями. А такой взаимный обмен подобными соединениями уже затрагивает аллелопатическую и экологическую роль органического питания растений. Очень яркое представление о поступлении выделенных растениями веществ в соседние растения дали опыты с применением меченого углерода.

Так, опыты с полевыми растениями показали, что в состав корневых выделений растений доноров входят органические вещества с радиоактивной меткой углерода, усвоенном в процессе фотосинтеза. Дальше эти вещества усваивались корневыми системами соседних растений-акцепторов.

Передача происходила довольно быстро, и уже через один-два дня отмечены значительные количества углерода с радиоактивной меткой в растениях-акцепторах. Передача от культурных растений проса посевного, люпина и овса к сорнякам ежовнику, пырею ползучему и мышею сизому происходила очень хорошо и, наоборот, от сорных растений к культурным происходила очень слабо (например, от мышея к овсу и от мышея к люпину) либо совсем не происходила (от пырея к люпину). Обмен между разными видами сорняков (ромашка непахучая, ежовник, пырей, пастушья сумка) был оживленный. Растения одного вида сорняков обменивались в одних случаях хорошо (ромашка непахучая между собой и ежовник между собой), в других случаях слабо (мышей с мышеем, пырей с пыреем). Среди культурных обмен очень хорошо происходил у вики с овсом. У кукурузы и фасоли и между растениями кукурузы в этой фазе развития обмена не было. Во всех случаях, чем ближе были расположены донор и акцептор, тем лучше происходила передача корневых выделений.

Сравнительно быстрое передвижение продуктов с радиоактивной меткой от доноров к акцепторам дает возможность предположить, что органические вещества, которые входят в состав корневых выделений, представляют собой легкорастворимые, подвижные вещества типа углеводов, органических кислот, аминокислот, а также углекислоту. Полученные в результате описанных исследований данные свидетельствуют о широком распространении явления обмена органическими веществами корневых выделений между растениями, о большой скорости и количественном значении этого процесса. Установлено, что органические и неорганические продукты питания и вода свободно перемещаются через сросшиеся корни растений одного и разных видов. Срастание корневых систем у древесных растений наблюдается очень часто и не представляет собой редкого явления.

Однако обмен веществами между растениями существует и тогда, когда отсутствует срастание их корневых систем через почвенный раствор. В этой связи интересны исследования, проведённые И. Н. Рахтенко в лесных насаждениях в Белоруссии. Исследовались древесные породы в возрасте от 1 до 20 лет, произраставшие на песчаных, супесчаных и суглинистых почвах: дуб обыкновенный, липа мелколистная, клён остролистный, ель обыкновенная, лиственница сибирская, ясень пенсильванский, берёза бородавчатая, спирея калинолистная и некоторые виды травянистых растений. Радиоактивный фосфор вводили путём смачивания листьев, в отверстия, проделанные в стволах, или через изолированные корневые окончания. Через два-три дня брали пробы с соседних растений, расположенных на расстоянии 0,25-6 м Было обработано 156 деревьев, передвижение радиоактивной метки фосфора было исследовано в 474 случаях. Таким образом был собран вполне достоверный материал.

И. Н. Рахтенко отмечает, что при одинаковых условиях исследования перемещение радиоактивной метки фосфора из липы в дуб происходило интенсивнее, чем из дуба в липу. Из клёна остролистного в дуб меченый фосфор перемещается быстрее, чем из дуба в клён или из одного экземпляра клёна в другой. Установлено также, что перемещение меченого фосфора из одного растения в другое происходит при соприкосновении корневых систем. При отсутствии непосредственного соприкосновения у древесных растений обмен отсутствовал. Из описанных исследований И. Н. Рахтенко вытекает, что отмеченные различия в передаче питательных веществ внутри вида и между различными видами могут быть обусловлены разной ритмикой выделительной и поглотительной деятельности. Дело в том, что растения на протяжении вегетации имеют различные соотношения между этими двумя процессами. У разных видов процессы выделения и поглощения могут не совпадать, у особей одного вида они, естественно, протекают синхронно, одновременно. Поэтому в сочетании растений, из которых одни активно выделяют, а другие активно поглощают вещества, передача будет очень эффективной, а у пары растений одного вида значительно слабее.

В данных исследованиях перемещение (меченого фосфора отмечено и по направлению от древесных пород к травянистым растениям (пырею ползучему, мятлику луговому) в том случае, когда их корневые системы соприкасались. Но передача происходила достаточно быстро и через почвенный раствор без прямого контакта корней, лишь при достаточно близком их расположении. Перемещение радиоактивного фосфора также наблюдалось и от одного травянистого растения к другому при соприкосновении их корневых систем и через почвенный раствор в других опытах. Вообще, ряд учёных утверждает и доказывает, что растения в растительном сообществе питаются из почвы как одно целое. И такое утверждение имеет под собой довольно солидную основу. А отсюда можно заключить, что рост, развитие, продуктивность, качество урожая каждого растения в сообществе в очень большой степени зависит от его соседей.

Какие же выводы можно сделать из всего вышесказанного? Прежде всего, исследования последних десятилетий показали, что высшие растения наряду с существующим почвенным минеральным питанием широко используют для питания и органические и органоминеральные почвенные соединения. Присутствие органических гумусных кислот в почвенном растворе значительно увеличивает поступление в растение минеральных и органических соединений, за счёт повышения проницаемости их клеточных мембран, что способствует стимулированию роста и развития растений. Почвенные органические соединения в виде низкомолекулярных частиц и высокомолекулярных фрагментов гумусных кислот хорошо поглощаются растениями, где соответствующим образом преобразуются и совместно с поступающими с ними из почвы углеводами, аминокислотами и другими соединениями, ничем не отличимые от соединений, образующихся в процессе фотосинтеза, включаются в различные обменные процессы биосинтеза, направленные на рост и развитие растений. Кроме того, гумусные кислоты, и в первую очередь их низкомолекулярные фракции, являются хорошими физиологически активными стимуляторами роста растений.

Высшие растения поглощают не только органические и органоминеральные вещества почвы, но и органические вещества выделений жизнедеятельности микроорганизмов, микоризных и ризосферных грибов, других растений, соединений жизнедеятельности и хозяйственной деятельности человека и животных. И все эти продукты обмена участвуют в биосинтезе каждого растения. И, кроме этого, такие продукты обмена несут информацию для других растений о нападении врагов болезнетворных микроорганизмов или насекомых-вредителей на конкретное растение, что уже доказано учёными. Выделение в почву продуктов фотосинтеза, других органических соединений и продуктов минерального питания имеет очень важное значение для каждого растения. Обмен подобными выделениями для растений одного вида может не сказаться на их росте, для растений разных видов и растений одного вида и сорняками может одни растения стимулировать за счёт меньшего выделения продуктов обмена в почву и большего их поглощения из почвы, другие, наоборот, угнетать при обратном ходе продуктов обмена. Стимулирование или торможение роста растений разного вида и сорняков может наблюдаться, например, и при наличии в продуктах обмена специфических для каждого вида органических соединений коли- нов. Такое воздействие растений друг на друга называется аллелопатией. Аллелопатия является и одной из основных причин так называемого почвоутомления.

К сожалению, несмотря на значительные достижения в исследовании особенностей органического питания растений, в практической части у нас в России им фактически не уделяется никакого внимания. В большей части эти достижения используются производителями продукции природного органического земледелия в странах ЕС, США, Канаде и в ряде других стран. А у нас основное внимание уделяется только минеральному питанию растений, превозносятся успехи гидропоники и выращивания культур на синтетических средах вместо почвы, даже ещё раздаются дифирамбы методу Миттлайдера. Возьмите любую садоводческую газету и любой садоводческий журнал и везде встретите в основном только утверждения о пользе внесения в качестве удобрений и подкормок растений одних минеральных удобрений и рекомендации об их количествах и сроках применения. Хотя, благодаря многочисленным опытам, всем хорошо известно, что качество продукции питательная и биологическая ценность и срок хранения при этом всегда не такое, как при выращивании растений на естественной почве в окружении растений других видов и сорняков (вспомним взаимообмен веществами) без применения или очень ограниченном применении минеральных удобрений и полном отсутствии использования пестицидов и гербицидов (а они сказываются на безопасности и качестве продукции). Несомненно, сказанное связано с использованием растениями продуктов обмена почвенной микрофлоры, выделений соседних растений, действия гумусных кислот и так далее. Не зря же в странах ЕС, США, Канаде и ряде других странах так бурно за последнее время развивается целая новая отрасль земледелия органическое земледелие, а органическое питание растений является основой этого земледелия. Чистая, полноценная, качественная продукция такого земледелия в несколько раз дороже продукции существующего сейчас земледелия, основанного на широком использовании одних минеральных удобрений, пестицидов и гербицидов, да еще и генетически модифицированных сортов растений. Но, тем не менее, продукция органического земледелия сейчас пользуется неограниченным спросом в указанных странах, отрасль органического земледелия процветает и расширяется. Очень жаль, что все это только не у нас.

В. Н. Шаламов

(Уральский садовод № 44-45, октябрь-ноябрь 2014)

Другие статьи В. Шаламова в разделе Шаламов Виталий Николаевич: статьи по садоводству

Внимание, только СЕГОДНЯ!

» » Органическое питание растений и процессы взаимодействия органической среды, использование в органическом зеиледелии