Питание зеленых растений отличается тем, что они способны создавать из неорганических соединений (вода, С0₂, минеральные соли) сложные органические вещества, которыми в дальнейшем питаются животные, не способные сами синтезировать их. Поэтому растения, содержащие хлорофилл, представляют собой самостоятельно питающиеся и называются автотрофными в отличие от гетеротрофных организмов, питающихся уже готовыми органическими соединениями.

К гетеротрофным относятся также некоторые растения, не имеющие хлорофилла (повилика, заразиха), грибы и бактерии.

Основной процесс, обеспечивающий питание зеленых растений,- фотосинтез. Однако одного фотосинтеза для питания растений недостаточно.

Анализы показали, что в состав растительного организма входит свыше 74 химических элементов, 16 из которых абсолютно необходимы для жизни растений. Углерод, кислород, водород и азот называются органогенными элементами; фосфор, калий, кальций, магний, железо и сера - зольными элементами; бор, марганец, медь, цинк, молибден и кобальт - микроэлементами.

Эти химические вещества служат основой для построения организма растения и его жизнедеятельности. Остальные элементы очень часто присутствуют в растениях, но их жизненная необходимость окончательно не установлена и не строго обязательна.

Углерод, водород и кислород - важнейшие составные части углеводов, белков и жиров, которые создаются растениями в процессе жизнедеятельности.

Азот влияет главным образом на ростовые процессы, при недостатке его растения приобретают бледно-зеленую окраску и плохо развиваются. При избытке азота они нередко полегают из-за ослабления механической прочности тканей, вегетационный период растягивается.

Фосфор способствует ускорению созревания культур. Недостаток фосфора, как и азота, задерживает рост и развитие растений, особенно в молодом возрасте. Значительное количество фосфора в почве находится в недоступном для растений состоянии, причем плохо обеспечены фосфором 41% пахотных земель, удовлетворительно - 36 и хорошо - 23%.

Калий играет важную роль в образовании и передвижении углеводов, а также в повышении устойчивости растений к заболеваниям.

Сера, магний и железо участвуют в окислительных процессах, создании хлорофилла и фотосинтезе. Остальные элементы участвуют в различных ферментативных процессах при построении органических веществ.

Питательные элементы входят в различные соединения преимущественно органического характера и до их разложения в почве недоступны или малодоступны растениям. Некоторая часть элементов находится в поглощенном почвой состоянии, а часть - в виде растворов солей, образуя, почвенный раствор.

Растворенные соли наиболее подвижны и используются в первую очередь. Однако они могут быть легко вымыты из почвы и потеряны для растений.

Задача регулирования питательного режима состоит в обеспечении растений в каждой фазе роста и развития питательными элементами в количествах, необходимых для получения высокого урожая лучшего качества.

Это достигается внесением органических и минеральных удобрений, улучшением воздушного, водного и теплового режимов почвы, проведением рациональной для конкретных условий обработки почвы.

Наиболее важна в регулировании питательного режима почвы проблема азота. Источниками поступления азота в почву служат органические вещества растений и азотфиксирующие микроорганизмы. Небольшое количество азота поступает с атмосферными осадками. При разложении органических веществ содержащийся в них азот переходит в аммиак и может улетучиться, став недоступным для растений. Особенно большие потери азота в форме аммиака наблюдаются при разложении органических веществ навоза, навозной жижи и других органических удобрений при неправильном их хранении (потери могут достигать 30-40%).

Образование аммиака носит название «аммонификация». Дальнейшее его окисление до солей азотистой и азотной кислот - нитрификация - протекает с помощью двух групп микроорганизмов (Nitrosornonas и Nitrobacter). Эти бактерии требуют оптимального теплового режима (25-32°С), достаточного количества кислорода и влаги в почве и близкой к нейтральной реакции почвенного раствора. Тщательная обработка, поддержание почвы в рыхлом состоянии для лучшей аэрации, применение органических удобрений, внесение извести на кислых почвах значительно усиливают процесс нитрификации и увеличивают накопление доступного для растений азота.

Несоблюдение агротехнических требований, ухудшение газообмена почвы могут привести к противоположному процессу - денитрификации, в результате которого нитраты восстанавливаются до аммиака, а затем до свободного азота и теряются для растений.

Другой важный источник пополнения азота в почве - это деятельность микроорганизмов, усваивающих азот из воздуха и превращающих его в органическую форму. К таким микроорганизмам относятся бактерии, свободно живущие в почве, и бактерии, находящиеся в симбиозе с корнями бобовых растений.

К первой группе принадлежат анаэробные бактерии Clostridium pasterianum и аэробные бактерии Azotobacter. Азотобактер лучше всего развивается на хорошо аэрируемых окультуренных почвах с высоким содержанием фосфора и кальция. Он требователен к теплу и нейтральной реакции почвы. Азотобактер при благоприятных условиях может накапливать до 30 кг азота на 1 га.

Ко второй группе микроорганизмов относятся клубеньковые бактерии. Они усваивают азот из воздуха и переводят его в органическую форму. Каждому бобовому растению соответствует свой штамм или раса бактерий. Количество азота, связываемого ими, зависит от вида растений, агротехники, почвы, ее окультуренности и других условий. Клубеньковые бактерии могут накопить (в кг азота на 1 га): под клевером - до 250; люцерной - до 300; люпином - до 400. Эффективность деятельности клубеньковых бактерий увеличивается при внесении органических и фосфорных удобрений, а также при известковании почвы.

Задача агротехники состоит в создании оптимальных условий для перевода недоступных элементов, находящихся в почве, в легкодоступные, а также для разложения органических веществ и их минерализации.

Наиболее быстрый и эффективный способ увеличения запасов питательных элементов в почве - внесение органических и минеральных удобрений. Увеличению количества азота в почве способствуют посевы в севообороте бобовых культур, внесение бактериальных препаратов (ризоторфин). Недоступные элементы и органическое вещество переходят в доступные формы и минерализуются при обработке почвы, усилении аэрации и улучшении водного режима. Большое значение в регулировании питательного режима играет реакция почвенной среды.

Известкование кислых и гипсование солонцовых (щелочных) земель изменяют химический состав почвы и почвенного раствора, повышают растворимость некоторых элементов. Растения при дефиците воды используют в недостаточной степени питательные вещества.

Поэтому регулирование водного режима в засушливых районах ведет к лучшему усвоению питательных элементов. В условиях достаточного снабжения влагой удобрения оказываются наиболее эффективными (урожай увеличивается на 40-50%).

Влажность почвы также влияет на динамику микробиологических процессов и накопление питательных элементов в почве.