Участие растения в формировании плодородия почвы, так же как и использование им этого плодородия, осуществляется в тесном единстве растительного организма со всей окружающей его средой, в первую очередь с огромным миром почвенных микроорганизмов, жизнедеятельность которых имеет исключительное значение для круговорота веществ в природе, а следовательно, и для процесса питания растений в природной обстановке.
Современные методы подсчёта микроорганизмов позволяют выявить в каждом грамме почвы миллиарды микробных клеток, в зависимости от свойств почвы и условий среды – температуры, влажности и т. д. по данным Н. А. Красильникова, вес живых микробных тел в пахотном горизонте 1 га плодородной почвы исчисляется часто тоннами.
В течение вегетационного периода сменяется много поколений этих микробов, и каждое из них оказывает своё влияние на жизнь почвы как целого, в частности на её плодородие.
Только благодаря жизнедеятельности микроорганизмов ежегодно отмирающие части растения или целые растения (однолетние) подвергаются разложению, и содержащиеся в них питательные вещества освобождаются и вновь вовлекаются в биологический круговорот. В процессе разложения растительных остатков почвенными микроорганизмами образуются перегнойные вещества, имеющие исключительное значение для образования благоприятной почвенной структуры и формирования ряда других важнейших физико-химических и биологических свойств почвы.
Помимо участия в разложении органических остатков, почвенные микроорганизмы оказывают непосредственное воздействие и на материнскую породу, способствуя разрушению ряда минералов и переводу заключённых в них элементов питания растений в более подвижную форму. Так, в недавнее время советскими исследователями установлено наличие в почве «силикатных» бактерий, способных разрушать калий- и магнийсодержащие силикаты с переводом калия и магния в более доступные для растений формы. Некоторые микроорганизмы способствуют растворению широко представленного во многих почвах трёхкальциевого фосфата, повышая доступность его фосфорной кислоты для растений. несомненно участие микроорганизмов и в освобождении ряда микроэлементов, заключённых в почвенных минералах.
Наконец, совершенно особую роль играют микроорганизмы в регулировании азотного режима почвы, в создании самого исходного плодородия почвы в отношении азота – этого наиболее дефицитного в земледелии питательного вещества для растений.
В отличие от остальных элементов питания растений, пополнение почвы связанным азотом осуществляется в природе не путём мобилизации его запасов в материнской породе, которая азота не содержит, а исключительно путём связывания свободного азота воздуха.
В какой-то части азотный баланс почвы пополняется, как уже указывалось выше, в результате притока на земную поверхность вместе с осадками небольших количеств связанного азота, образующегося в воздухе при атмосферных разрядах. Однако основная роль в обогащении почвы азотом принадлежит азотусвояющим микроорганизмам, как свободноживущим (азотобактер), так и находящимся в симбиозе с высшими растениями (клубеньковые бактерии).
Используя в качестве энергетического материала мёртвые растительные остатки в почве (в случае свободноживущих азотофиксаторов), или же углеводы, притекающие к корням из надземных органов (в случае клубеньковых бактерий), азотофиксирующие микроорганизмы осуществляют при помощи свойственного им ферментно-каталитического аппарата перевод свободного азота воздуха в связанную форму, обогащая им среду и откладывая его в своём теле в виде разнообразных органических соединений , преимущественно белков.
После отмирания этих бактерий или после отмирания остатков бобовых растений заключённые в них сложные органические формы азота при содействии других почвенных микроорганизмов, а также в результате автолиза распадаются, частично минерализуются, постепенно превращаясь в конечном счёте в аммиак, нитриты и нитраты и вовлекаясь вновь в биологический круговорот, включаясь таким образом в общий фонд плодородия почвы в отношении азота.
Процесс фиксации атмосферного азота в различных почвах и в разных климатических условиях протекает с различной интенсивностью, т.к. он обнаруживает сильную зависимость от условий окружающей среды. Кроме того, и самые организмы, его осуществляющие, подвержены значительным изменениям под влиянием почвенно-климатических условий, являющихся по данным Е. Н. Мишустина, мощным фактором эколого-географической изменчивости почвенных бактерий.
Питание растений азотом может служить наглядным примером единства растения с окружающей его средой, примером участия растительного мира в общем процессе круговорота веществ в природе.
Схема такого круговорота в отношении азота показана на рисунке 13. на нём отдельно выделена та часть круговорота этого вещества, которая осуществляется при участии организмов, - это биологический круговорот, который составляет лишь часть более обширного геологического круговорота.
Заслуживает внимание то обстоятельство, что в число звеньев биологического круговорота азота входит не только связывание свободного азота воздуха, также и обратный процесс – превращения связанного азота в элементарный. Это есть результат деятельности денитрифицирующих микроорганизмов, способных к восстановлению нитратов до свободного азота (денитрификация). Такой процесс происходит, например, при неправильном хранении навоза, при некоторых условиях господства анаэробных процессов в почве.
Задача культурного земледелия состоит в сведении к минимуму процессов, ведущих к потерям из почвы азота (денитрификация, вымывание), и в максимальном развитии процессов биологического связывания азота при помощи культуры бобовых растений и создания благоприятных условий для жизнедеятельности свободноживущих азотфиксирующих бактерий (известкование кислых почв, обогащение почв органическим веществом, доступной фосфорной кислотой и т.д.).
Не только азот но и все другие элементы питания растений вовлечены в этот всеобъемлющий процесс круговорота веществ в природе, в котором питание растений, также как и животных, составляет лишь одно из звеньев (см., например, схему круговорота для фосфора на рис 14).
питание растений и применение удобрений. Е. И. Ратнер.
Академия наук СССР, Москва, 1955 г.