Если бы мы, приготовив питательный раствор без азота, поместили в него какое-нибудь бобовое растение, например горох, то мы, к своему удивлению, увидели бы, что бобовые развиваются без азота так же хорошо, как при полном питании, как будто им совсем ненужен азот, тогда как другие растения без азота не дают урожая и остаются, как мы видели, карликовыми, предельными растениями. Мы знаем, что продукты из бобовых растений являются особенно питательными благодаря обилию в них белков, богатых азотом.
Азот бобовым нужен так же, как и всем другим растениям, но они могут брать его из воздуха, тогда как все другие растения берут азот из почвы. Бобовые растения, черпая нужный им азот из воздуха, могут расти в почве, не имеющей азотной пищи, при этом благодаря обилию доступного только для них питания в воздухе они накопляют белка больше других.
Попробуйте вырастить в бутылке по описанному раньше способу горох и какое-нибудь другое растение (овес). Каждое из них выращивайте на полной питательной смеси и без азота.
Вы увидите, что тогда как для овса получится очень резкая разница в развитии на полной питательной смеси и без азота, на горохе не обнаружится никакой разницы: растения без азота разовьются так же хорошо, как и на полной смеси, а на корнях у них образуются заметные клубеньки (рис. 19 и 20).
Рис. 19. Развитие бобовых растений без азота (песчаные культуры). Сосуды: 1 и 2 — дан калий и фосфор (КР).
Рис. 19 (продолжение). Сосуды: 3 и 4 — дан калий, фосфор и азот (KPN).
Рис. 20. Развитие злаков без азота (песчаные культуры). Сосуды: 1 и 2 — дан калий и фосфор (КР); 3 и 4 — дан калий фосфор, селитра (KPN).
Но если окажется, что клубеньков на корнях гороха не образовалось, тогда и горох будет вести себя так же, как овес, то есть без азота не даст урожая. Правда, для гороха и других бобовых, которые у нас часто возделываются, довольно трудно избежать появления клубеньков и для этого нужны особые предосторожности. Если же взять бобовое растение, редко или совсем не встречающееся у нас, например сою, люпины, да еще хорошенько промыть семена перед посадкой каким-нибудь антисептиком (например, спиртом или борной кислотой), то можно получить растения без клубеньков, и тогда эти бобовые также будут давать карликовые растения без азота. Но стоит прибавить в питательный раствор капельку болтушки из раздавленного клубенька или даже из почвы (где данное растение раньше произрастало), то очень скоро на корнях появятся клубеньки, растение начнет быстро оправляться и даст нормальный урожай и в растворе без азота. Эти клубеньки образуются на корнях под влиянием деятельности микроорганизмов — бактерий. Эти бактерии питаются азотом воздуха и образуют в клубеньках пищу, содержащую азот, которым и питаются бобовые растения. Бактерии обычных клубеньковых растений, как горох, вика, клевер, настолько распространены в почве и воде, что они всегда поселяются на их корнях, и только при особых предосторожностях можно вырастить эти растения без клубеньков. Но существуют растения, на которых образуются клубеньки только в присутствии свойственных им бактерий. Если эти растения не распространены в данном районе, то они не всегда будут обеспечены нужными бактериями. Их легко вырастить без клубеньков и, наоборот, нужно принимать меры для заражения их бактериями, чтобы вызвать появление клубеньков, а вместе с тем обеспечить питание растений азотом воздуха.
Клубеньковые бактерии и способность бобовых питаться азотом воздуха открыты не так давно. Это открытие сделало полный переворот в земледелии. Благодаря способности бобовых растений питаться азотом воздуха, сельское хозяйство получило возможность использовать громадные запасы воздушного азота непосредственно возделыванием бобовых растений. Они добывают этот азот из воздуха не только для себя, но и обогащают им почву для других растений своими корневыми и пожнивными остатками. На этом основано применение культуры бобовых при травосеянии.
Это есть биологический путь использования атмосферного азота наряду с вышеописанным заводским приготовлением из него аммиака и селитры.