Сельское хозяйство

Проблема усвоения (или, как говорят ученые, фиксации) атмосферного азота растениями уже давно волнует специалистов разных отраслей знания. Напомним читателям, что суть ее в том, что азот — один из главных компонентов питания растений, добавление его в почву ускоряет развитие растений, повышает урожайность. Но азотистые удобрения дороги, потребность в них велика, и если бы растения могли усваивать азот из атмосферы, где его полным-полно, то расходы на урожай стали бы значительно ниже.
В принципе такие растения есть — это семейство бобовых. На их корнях селятся колонии (клубеньки) бактерий, способных усваивать азот из воздуха. Попытки переселить эти бактерии на другие растения — хлебные, например, — успеха не имели. Однако с течением времени выяснилось, что клубеньки образуются и у небобовых растений. Исследованием их занялись ученые Сибири, где таких растений оказалось довольно много. О том, что удалось выяснить, рассказывает предлагаемая статья.

Осенью в садах, на огородах, на пожелтевших или побуревших нивах идет сбор богатого урожая, сулящего спокойную и сытую зиму. С полей в хранилища непрерывным многоцветным потоком движется масса растений и плодов. На их рост и созревание понадобилось огромное количество питательных веществ, и все лето корни добросовестно выкачивали их из почвы. Но ведь запасы питательных веществ в ней не беспредельны, и к следующему сезону баланс должен быть восстановлен. Как это происходит?
Микробиологи не без основания утверждают, что в сохранении почвенного плодородия решающая роль принадлежит микроорганизмам. Бесчисленные существа, населяющие каждый грамм почвы, активно трудятся над остающимися после уборки органическими остатками, преобразуя их в растворимые, доступные растениям соединения. А некоторые из них накапливают в почве важнейший компонент питания растений — азот, забирая его прямо из атмосферы.
В последнее время стало известно, что микробное население не прекращает свою жизнедеятельность и в холодную пору года. В результате к весне они вновь возвращают в почву до 40 процентов утраченных питательных веществ. Причем эта цифра может быть увеличена. Существуют специальные агроприемы, создающие микроорганизмам более благоприятные условия. Но не о них сегодня речь.
Земледельцы издавна знают: при посеве бобовых культур, кроме сбора очень богатого белком урожая, почва плюс ко всему обогащается азотом. Это происходит именно благодаря симбиозу растения с живущими непосредственно на его корнях клубеньковыми бактериями — именно эти бактерии и усваивают азот из атмосферы. Благодаря этому поле меньше нуждается в азотных удобрениях, и при этом урожайность на нем будет выше.
До недавних пор было принято считать, что подобный союз характерен только для бобовых растений. Но это не так. Впервые клубеньковые утолщения на корнях небобовых растений были найдены немецким ботаником М. Бейеринком еще в 1888 году. Обладателями их оказались полупаразитические травянистые формы: луговой марьянник, большой погремок. Открытие это прошло незаметно, и вскоре о нем просто забыли. В последующие десятилетия в литературе иногда появлялись одиночные описания клубеньков у небобовых трав, но вниманием широких научных кругов они не пользовались.
Однако с годами постепенно накапливалось все больше наблюдений, свидетельствующих о довольно широком распространении среди растений способности к симбиозу с азотфиксирующими микроорганизмами. Таких растений оказалось немало на Кавказе, еще больше в Сибири и на Алтае. Изучением их и систематизацией в течение ряда лет занимаются ученые Института почвоведения и агрохимии Сибирского отделения Академии наук России, руководит этими работами доктор биологических наук. Забегая вперед, отметим, что когда результаты исследований сибирских ученых были доложены на Международном конгрессе почвоведов, проходившем в Индии в 1981 году, то они вызвали сенсацию, ибо сибиряки неопровержимо доказали, что многие виды растений успешно конкурируют с бобовыми в симбиотическом обогащении почв азотом.
Список травянистых небобовых форм, способных образовывать клубеньки на корневых отростках, только в Сибири насчитывает 75 видов, принадлежащих 21 семейству. Некоторые из них — например, хвощи — ведут свое происхождение с глубокой древности. А наиболее часто клубеньки встречаются у представителей самого молодого в эволюционном отношении семейства — сложноцветных. Очевидно, возникнув где-то в недрах мезозойской эры, симбиоз высших растений и микробов-азотфиксаторов продолжает активно эволюционировать и в нашу эпоху, поскольку сохраняется стимул его проявления — недостаток азота в почве.
Работы сибирских ученых показали, что возникновение таких симбиозов в первую очередь зависит от конкретной природной обстановки, в которой находится растительное сообщество. В различных районах Сибири брались почвенные монолиты с растениями, имеющими на корнях клубеньки. Их осторожно перевозили и вкапывали на опытном участке под Новосибирском. По природным условиям это лесостепная зона Западной Сибири. В большинстве случаев перемещенные растения продолжали благополучно развиваться, но клубеньки постепенно исчезали. Причем скорость их исчезновения прямо зависела от того, насколько природные условия Новосибирска отличаются от района, откуда привезли монолит. В образцах из Горного Алтая или Приангарья они пропадали особенно быстро,
Эксперименты с почвенными монолитами позволили получить еще один существенный результат. Удалось вычленить отдельные факторы, которые имеют несомненное значение для появления клубеньков. Во-первых, их образованию способствует высокая влажность почвы (до 45 процентов). Во-вторых, не менее важную роль играет свет: максимальное количество клубеньков развивается на хорошо освещенных участках — на лугах, лесных полянах. Имеет также значение, какие породы деревьев растут в непосредственной близости, то есть важна и биохимическая среда. Стало известно, что присутствие ивы сказывается благоприятно, но стоит появиться пихте, как развитие клубеньков начинает подавляться.