5.2.2. Фізіологічна роль азоту в рослині

У ґрунті азот міститься переважно у трьох видах сполук: амонійних і нітратних солях, органічних сполуках у вигляді різних рослинних і тваринних решток і продуктів їх розпаду (амінокислоти, пептиди, аміни). Рослини засвоюють переважно нітратну й аміачну форми азоту, запаси яких становлять не більше 1–2 % загальної його кількості у грунті. Тому навіть багаті на органічну речовину чорноземи мають не більше 200 кг доступного азоту у орному шарі 1 га площі. Такої кількості азоту достатньо для отримання високого врожаю зерна. У дерново-підзолистих грунтах з низьким вмістом органічної речовини легкодоступних форм азоту у 3–4 рази менше.

Потрібно мати на увазі, що не весь доступний азот використовується рослинами. Значна частина його втрачається при вимиванні водою з орного шару, амоніфікації і т. п. Відчуження азоту з урожаєм сільськогосподарських рослин і втрати внаслідок фізичних і біохімічних процесів повинні були б призвести до виснаження грунтів. Наприклад, для формування урожаю зерна пшениці 20–25 ц/га потрібно 60–70 кг азоту; урожаю бульб картоплі 250–300 ц/га близько 120–150 кг. При раціональному веденні сільськогосподарського виробництва грунт не тільки не виснажується, але навіть збагачується легкодоступними формами азоту. Джерелом накопичення його є мікроорганізми – фіксатори молекулярного азоту атмосфери і застосування органічних та мінеральних добрив.

У вивченні азотного обміну і живлення рослин винятково важливу роль відіграли роботи засновника вітчизняної агрохімічної школи академіка Д.М. Прянишнікова.

Цьому питанню присвячені праці багатьох учених світу. Протягом майже всього XІX ст. щодо азотного живлення рослин вирішувалася проблема протистояння двох форм мінерального азоту – аміачної і нітратної. При цьому погляди на аміак, як основну доступну форму азоту, поступилися місцем уявленню про переваги нітратної форми цього елемента. Французький агрохімік і фізіолог Ж. Буссенго, використовуючи вегетаційні методи досліджень, зробив значний вклад у вирішення питання про засвоєння рослинами різних форм азотних сполук.

Д.М. Прянишніков питання про доступні форми азоту розглядав як частину загального метаболізму живої клітини. Результати досліджень дали можливість йому поділити рослини за здатністю асимілювати аміачний азот на три групи.

В основу класифікації покладено співвідношення між запасними вуглеводами і білками (С:N) у насінні рослин. Найбільш успішно аміак засвоюється рослинами з переважаючим вмістом вуглеводів. Прикладом можуть бути злаки, у яких співвідношення С:N у зерні становить приблизно 6:1. Паростки злаків, перебуваючи у темряві, легко засвоюють аміак до майже повного використання запасів вуглеводів насіння. В окремих бобових культур (горох, вика) співвідношення С:N менше, і їх живлення аміаком у темряві можливе лише при усуненні фізіологічної кислотності поживного розчину (додавання до розчину СаСО₃). Паростки насіння з іще меншим вмістом вуглеводів (наприклад, люпин) зовсім не можуть асимілювати аміак у темряві.

Отже, здатність рослин засвоювати аміачний азот визначається рівнем вмісту у тканинах вуглеводів, завдяки яким забезпечується безперебійний синтез амідів (аспарагіну і глютаміну).

У практиці сільськогосподарського виробництва, як джерело азоту, застосовують не тільки аміачні і нітратні форми мінеральних добрив, але й гній, різні види компостів, зелені добрива.

Крім того, у грунті міститься значна кількість органічних решток рослинного і тваринного походження, які розкладаються мікроорганізмами з утворенням різних продуктів їх життєдіяльності і можуть бути використані рослинами.

Дослідами М.Г. Холодного та інших учених встановлено, що до органічних сполук грунту слід віднести амінокислоти, органічні фосфоровмісні сполуки, антибіотики, гумінові кислоти, вітаміни, ауксини та ін. Більш складні сполуки, такі, як білки, ліпіди та інші, нерозчинні у воді речовини перегною недоступні рослинам без попереднього перетворення мікроорганізмами.

Процес перетворення органічного азоту грунту до аміаку називається амоніфікацією. Він здійснюється гетеротрофними мікроорганізмами, здатними швидко гідролізувати білки до амінокислот з наступним дезамінуванням.

Процес мінералізації органічного азоту проходить у дві стадії. Започаткований амоніфікацією, він завершується нітрифікацією, яка здійснюється двома спеціалізованими групами автотрофних бактерій Nitrosomonas i Nitrobacter ступінчасто.

Інтенсивність процесів нітрифікації є показником родючості грунту.

Мікробіологічна мінералізація органічного азоту грунту визначається умовами, що сприяють оптимізації процесів життєдіяльності мікроорганізмів (температура, вологість, рН середовища, повітряний режим та ін.)

У кислих, холодних грунтах, а також грунтах із незадовільною аерацією (наприклад, болотних) процес нітрифікації відбувається дуже повільно, тому тут накопичуються амонійні солі. У грунтах із нейтральним рН і доброю структурою процеси нітрифікації відбуваються інтенсивно.

Науковими працями Д.М.Прянишнікова і співробітників доведено, що коренева система рослин здатна безпосередньо засвоювати обидві форми азоту – аміачну і нітратну. При цьому визначальною є реакція грунтового розчину.

Із слабокислого середовища (рН близько 5) рослини краще засвоюють нітратну форму азоту, а з нейтрального (рН близько 7) - інтенсивніше поглинається аміачна форма азоту. Як уже наголошувалося, для використання аміачного азоту рослина повинна мати достатню кількість вуглеводів, які забезпечували б включення його до процесів метаболізму клітин. У протилежному випадку накопичення аміаку в клітинах рослин є згубним.

З інших форм азоту у повітрі може бути незначна кількість аміаку й оксидів азоту, які утворюються при електричних розрядах. Ці форми азоту з атмосферними опадами потрапляють в ґрунт. Загальна кількість їх дуже мала, і тому вони не мають суттєвого значення в азотному живленні рослин.