Каждому известно, что мы дышим воздухом, а воздух состоит в основном из двух газов; азота и кислорода. Азота в воздухе гораздо больше, чем кислорода (около трех четвертей по весу). Оба эти газа бесцветны, прозрачны, но характер у них разный. Кислород втрое деятельнее азота. Азот при обычной температуре и обычном давлении не склонен вступать в химическое взаимодействие (реакцию) с другими веществами. Само слово «азот» означает «безжизненный». Но этот «безжизненный» азот играет огромную роль в живой природе. Правда, азот не поддерживает горения и не нужен для дыхания, но он совершенно необходим для жизни растений. А без растений было бы невозможно существование животных и человека: ведь только растения могут создавать органическое вещество из неорганического. Азот очень широко распространен в природе, запасы его практически неисчерпаемы. Над каждым гектаром почвы в воздухе находится 80 тысяч тонн свободного азота. Подсчитано, что с каждым урожаем из почвы уносится 80 килограммов азота, использованного растениями. Разделите 80 тысяч тонн на 80 килограммов. Получится миллион. Значит, того количества азота, которое содержится в воздухе над почвой, достаточно, чтобы обеспечить ежегодные урожаи в течение миллиона лет.
Растения буквально купаются в азоте, но в то же время испытывают азотный голод. В чем же тут дело? Как объяснить такую странность?
Оказывается, все это несметное богатство, — океан азота, в котором купается надземная часть растения, не может быть им использовано. Растение «не умеет» поглощать свободный атмосферный азот, ему нужен азот связанный, то есть химически соединенный с другими. элементами — кислородом, водородом.
Уже давно люди создают искусственные соединения азота. Аммиак, селитра и некоторые другие искусственные удобрения — это и есть связанный азот, который вводят в почву для питания растений. Однако связать недеятельный газ очень трудно. Для связывания азота приходится строить специальные сложные машины и аппараты, применять высокую температуру и давление в 200—300 атмосфер, затрачивая огромное количество энергии
НО то, что удается человеку с таким большим трудом, удивительно легко и просто делается в природе при обычной температуре и давлении. Делают это невидимые простым глазом микроскопические организмы — бактерии. Еще русский ученый Виноградский открыл, что некоторые виды находящихся в почве бактерий обладают способностью связывать, или, как говорят ученые, фиксировать азот воздуха. Замечательно еще то, что в процессе своего «производства» бактерии — фиксаторы азота не только не изнашиваются, как заводская аппаратура, а напротив, растут, строят все новые и новые клетки. В результате жизнедеятельности бактерий только в обработанной почве ежегодно связывается около 3 миллионов тонн атмосферного азота. Чтобы получить столько азота искусственным путем, потребовалось бы несколько десятков больших химических заводов.
Обработка поля — вспашка и боронование — помогает воздуху проникать в почву. При благоприятных условиях некоторые микробы могут связывать много атмосферного азота: от 100 до 400 килограммов на один гектар. В этом случае почвенные бактерии не только восполняют годовую убыль азота, расходуемого на урожай (около 80 килограммов), но и создают запас его для последующих посевов.
ЗАГАДКА ОБЫКНОВЕННОГО ГОРОХА
Простой горох задал когда-то ученым мудреную загадку. Уже более двух ста лет назад было обнаружено, что горох и другие бобовые растения, принадлежащие к семейству «мотыльковых», к числу которых относится и клевер, в противоположность злаковым, хорошо развиваются на почве, бедной азотом. Наблюдения показали, что горох не только не забирал азот у почвы, как это делали злаки, но еще сам обогащал ее азотом. Ученый Буссенго захотел доказать это со всей строгостью науки. Чтобы. не оставалось никаких подозрений, что горох получает азот всё-таки из почвы, Буссенгс сильно прокалил землю в горшках, куда намеревался высадить горох и клевер. При прокаливании даже те незначительные количества («следы») азотистых соединений, которые могли быть в почве, были из нее удалены. Таким образом, казалось, все было очень хорошо подготовлено и предусмотрено... Каково же было недоумение и разочарование ученого, когда ни горох, ни клевер не захотели расти в его горшках! Почему же так получилось?
Ученый не подозревал, что, прокаливая почву, он уничтожил находившихся в ней бактерий, в которых была вся суть.
Неудача Буссенго заставила многих его современников усомниться в справедливости того, что мотыльковые растения могут жить на почве, лишенной азота, каким-то способом добывая его из воздуха. Лишь через полвека удалось верно решить задачу гороха, клевера и других мотыльковых растений. У всех мотыльковых оказалось нечто общее: на их корнях имеются наросты в виде клубеньков. Как доказал русский ученый Воронин, эти клубеньки обязаны своим происхождением особому виду бактерий, которые проникают под корневой покров и поселяются там в растительной ткани, клубеньковые бактерии обладают способностью связывать азот воздуха. Конечно, они делают это для себя, чтобы вырабатывать белковые соединения, строить свои клетки, но часть связанного азота поступает по питающим сосудам растения в его ткани. Зато клубеньковые бактерии берут от растения другие, необходимые им питательные вещества. Получается, таким образом, взаимная польза — выгодное и для зеленого растения, и для бактерий сожительство.
Вот почему мотыльковым отводится такое важное место в травопольном севообороте: они восстанавливают в почве убыль азота, уносимого с каждым урожаем ржи, пшеницы и других злаковых растений.
Урожаи зерновых, посеянных после мотыльковых растений, повышаются на 20—30 процентов.