Том 2 (1109824), страница 45
Текст из файла (страница 45)
Например, почвенная эрозия ускоряет вынос фосфора из почвы. Кроме того, сточные воды попадают в водотоки быстрее, чем содержащийся в них фосфор может вступить в круговорот, и в результате этого он попадает в оксан н там теряется. Для нормального круговорота азота необходимо поддержание баланса между процессами фиксации, извлекающими азот из атмосферного резервуара, и реакциями денитрификацнн, которые возвращают азот в атмосферу. За последнее время во внешнюю среду поступило огромное количество фиксированного азота (нитратов) благодаря усиленному использованию удобрений. Поскольку азот в форме нитратов легко вымывается из почвы, возросло загрязнение азотистыми вещссгвамн ~рунтовых вод, озер и водотоков.
Проблема усложняется тем, что болота и затопляемые почвы, где наиболее активно протекает дснитрификация, с опасной быстротой уничтожаются, превращаясь в места застройки, сельскохозяйственные угодья или свалки. Для уменьшения потерь нитратов в почве предложено решение, которос могло бы стать распространенным земледельческим приемом. Речь идет о применении специального органического соединения, которое избирательно подавляет ВОЗДЕЙСТВИЕ ЧЕЛОВЕКА НА КРУГОВОРОТ ПИТАТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ Для нормального круговорота фосфора, азота и других веществ требуется постоянный транспорт элементов от одной стадии цикла к другой для того, чтобы нн на одной из ннх не происходило накопления или потерь.
В течение миллионов лет организмы получали нужное количество необходимых неорганических питательных элементов благодаря их нормальному кр)товороту. Однако в последнее время деятельность человека оказывает серьезное влияние на кру- Рис. 2б-16. А Леала сагойпита — вод- ный папоротник, расгпуший в симбиозе с чианобактерией АпаЬаепа.
Ь'. Симбиоз Лгала-Ападаепа уникален среди других па, связанньи с женским еаметофитом ~мегагаиетофитом), кптпрый развился из проросшей мегаспоры животных Растение е микоризой Моча Растворимые б>оо)>в™ деструкторы в т'о'све л.. (бактерии и грибы) %, Потери из-эа стока > Пс>вз,„р °,л.> 'л,~, > Породы 'Р,>> к минералы Растворймь>е '- фоо(ить> в воде деструкторы (бактерии к грибы) > Ткани растений l , '> н водорослей ~. й ---,,-.-,-З„Я-, = глубоководными осадками Рис. 2б-1Д йрутоеорот фосфора активнскзь нитрифицирующей бактерии %с(гого>нолти на определенный срок, а затем разрушается в почве.
Этот прием помог бы сохранить бблыпую часть азота удобрений в форме аммония до тех пор, пока его нс усвоили растения. Однако, как это часта бывает при вмептательсгве в природные процессы, и здесь возможны нежелательные последствия, Например, аммиак в высокой концентрации весьма токсичен для некоторых сельскохозяйственных растений. ПОЧВА И ЗЕМЛЕДЕЛИЕ В естественных условиях имеющиеся в почве элементы рециркулируют и снова становятся доступными для растений. Как ранее указывалскь, отрицательно заряженные глинистые частицы могут связывать такие положительно заряженные ионы, как Саз', Мйз> и Кс.
Эти ионы поглощаются корнями растений либо непосредственно, либо после того, как перейдут в почвенный раствор. Обычно в плодородной почве много требующихся растении> катионов, а их количество, выносимое с одним урожаем, невелико. Однако, когда с поля снимается один урожай за другим и необходимые элементы постоянно изымаются из круговорота, содержание некоторых катионов (чаще всего калия) может настолько уменьшиться„что становится необходимым внесение удобрений, сх>держал(их дефицитный элемент. Программы снабжения сельскохозяйственных и садовых растений дополнительными питательными веществами должны скрупулезно учитывать количество веществ, необ- ходимых для формирования урожая определенной культуры, и количество этих веществ, доступных растению из всех источников.
Часто почва и растительные остатки не могут предоставить необходимые питательные элементы в полном обьеме, и тогда требуется обеспечить их дополнительное количество путем внесения минеральных удобрений, органических остатков (таких, как компост) или их комбинаций. Азот, фосфор и калий — три элемента, которые обычно включаются в минеральные удобрения. Удобрения, как правило, обозначают формулами, указывающими процентное содержание каждого из этих элементов. Например, 1Π— 5 — 5 означает, чта удобрение содержит 10% азота (14), 5% пятиокиси фосфора (Р Оз) и 5% окиси калия (К О). Другие необходимые неорганические питательные элементы, хотя и требуются в очень малых количествах, иногда становятся лимитируюсцими факторами в почве, на которой растут культурные растения.
ИССЛЕДОВАНИЕ ПИТАНИЯ РАСТЕНИЙ Изучение минеральных элементов, необходимых для сельскохозяйственных растений — в особенности изучение их количества, требующегося для высокого урожая, и исследование способности различных почв поставлять этн элементы, — имеют огромное практическое значение для полеводства и садоводства.Из-за постоянно растусцих потребностей человечества в пище исследования такова рода без сомнения будут необходимы и в будущем. Обг>сис'т>т>ос'>ъ и тскы>т"тттогтт: по'>и Мероприятия по улучшению почвы — внесение питательных веществ с удобрениями, увеличение рН известкованием или удаление избьстка солей промыванием водой — нс исчерпывают числа приемов, увеличивающих н обеспечивающих урожаи на малоплодородных почвах. Использование теории и методов растениеводства и физиолопси питания растений делаег возможным выведение сортов сельскохозяйственных растений, которые лучше других приспособлены к росту в условиях недостатка питательных веществ.
Плодотворность этого направления исследований подтверждается существованием дикорастущих растений на почвах, весьма отличных от тех. на которых растут обычно сельскохозяйственные растения. Примером могут служить кислые сфагновые болота с рН менее 4,0 или отвалы рудников, где часта содержатся высокие концентрации потенциальна токсичных металлов, таких,как цинк и никель. Недавно были проведены исследования па выведению фасоли (Рйазео1яз ъи(Кат), устайчиной к дефициту калия. Образцы фасоли были собраны по всему миру и выращивались на питательном растворе„в каторолс калия было меньше, чсм требуется для оптимального раста. Остальные питательные вещества находились в оптимальных концентрациях.
Крайние примеры реакции фасоли на стресс, созданныи недостатком калия, показаны на рнс. 2б-18. Линия 58 (слева) растет почти нормальна; линия бЗ (справа) демонстрирует симптомы острой недостаточности калия. Вьпсающегася успеха в этс>й отнскительна вовой области исследс>наний достигли Э. Эпстейн и еп> сотрудники из Калифорнийского университета в Дейвиса, выделив линии ячменя (1)огс(гссп> запиил), устойчивые к высокой конпентрацяи солей.
Наиболее устойчивые росли достаточно хорошо даже прн поливе морской водой. Рис. 26-18. Сравнение симптомов недо- ститочности калия у опытнь>к оГ>раз- лив фасоли 1Р3ииеогие иигеаги). Слева линия, устойчивия к дефициту калия, справа — лвно неустодчивал линия Вме>пательсти> в биологическую фиксацию азота таит огромные возможиосги повышения эффективности его использования. Одно из иаправлепий этих исслсдоваиий касается улучшения работы ассоциации ИиеоЬ1и>л-бобовеле, например за счет генетического отбора растений и бактерий для выявлсиия таких комбинаций, которые увеличили бы фиксацию в апрсделеии>ах условиях среды.
Этого можно было бы достичгч увеличив эффективность фотосинтеза бобовых, что привело бы к увеличению количества углеводов для бактериальной фиксации азота и роста. Необходимо учесть, однако, что фиксация азота требует миого энергии и что любое увеличение фиксации пойдет за счет продуктивности побегов, Другой подход к проблеме состоит в создании новых и более эффективных ассоциаций свабодиоживущих фиксирующих азот бактерий с высшими расгеииями. В Бразилии в начале 1970-х гг, были обиаружеиы несколько типов азот- фиксирующих бактерий, живущих в ассоциации с корнями некоторых тропических трав.
Например, злак 01я11аг1а поддерживает существование популяций бактерий Аеовр1г11- йил, Подобные ассоциации были найдены у важнейших сельскохозяйственных культур — кукурузы и сахарного тростника. Несмотря на то что практическая выгода могла быть огромной, эффективиость ассапиаций азотфиксирующих бактерий с такими злаками, как кукуруза, все еще ие выяснена. Среди исследовательских подходов, использующих наиболее изощренные методы молекулярной биологии, по-види мому, самым успешиым является связанный с генетическими модификациями и переносом юнов, ответственных за фиксацию азота, от одного организма к другому. Перенос соответствующих генов уже осуществлен. Кластер генов, обеспечиваюгцих фиксацию азота, ат бактерий К1едем11а рпеитол1ае был переиесеи в Еесйе>дойга сой. Пересадка геиов была произведена путем их включеиия в плазмиду (см.
с. 248) и введения этой плазмиды в клетку Е. сой (рис. 2б-19). Геиетически измененная Е. сой фиксировала азот в определенных условиях. Теоретически гены фиксации азота можно было бы пересадить иефиксирующим азот видам, например кукурузе, но одновременно возникает множество проблем, таких„ как защита фиксирующего азот фермента от кислорода, который подавляет фиксацию. Поэтому исследователи в этой области отнюдь ие уверены, чта эффективная операция подобного рода может быть легко осуществлена. Токсические эффекты разнообразных неорганических агентов, загрязияющих среду, привлекают внимание совремеииых исследователей.
11а сельскохозяйствеииые растения, например, могут неблагоприятно действовать тяжелые металлы, такие,как медь и кадмий. Осабеиио страдают водные экосистемы, куда сбрасываются промышленные и коммуиальиыс отходы. Поступление в пресноводные экосистемы азота и фосфора — основных элементов эвтрофизации — приводит к буриаму расту водорослей и водных цветковых растеиий, что значительно снижает ценность озер и рек как мест отдыха. Широко распространены повреждеиия как наземных, так и в особенности водных экосистем, вызванные кислотным дождем.
Кислотный дождь является результатом взаимодействия двуокиси серы и окислов азота — продуктов сгораиия ископаемого топлива — с атмосферной влагой, что приводит к образованию серной и азотной кислот. Оии и создают высокую степень кислотиосги дождя. В некоторых районах Скандинавии, иа северо-востоке и Среднем Западе США, иа юго-востаке Канады дождевая вода обычно имеет рН от 4,0 до 4,5, а иногда и ниже 4,0, В та же время рН дождевой воды, ХЬЬя!ейа рлеиталые (азотфнксзтор) Гены глу 1 ЗАКЛЮЧЕНИЕ натами, которые нейтрализуют кислоты в озерах с жесткой водой.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
