Минеральное питание растений.

Часть первая

  Об особенностях  усвоения кустами основных элементов питания. Остался в прошлом еще один вегетационный период. Закончены все сезонные работы на винограднике. Время зимнего периода виноградари  используют для анализа выполненных работ и допущенных ошибок, повышают свои знания. В этот период были бы к стати курсы повышения квалификации, особенно для начинающих виноградарей. В практической жизни возникает масса вопросов, на которые многие не могут найти ответа. Такие курсы на местном уровне могли бы проводить опытные виноградари, но в организационном плане приходится сталкиваться  порой с неразрешимыми проблемами. Анализируя вопросы, обращающихся  ко мне виноградарей, я пришел к выводу, что по частоте повторений основное место занимают вопросы по защите кустов от болезней и вредителей, а также вопросы, связанные с  подкормкой кустов. Как рассчитать норму внесения удобрений? Для успешного выращивания виноградника недостаточно знать только когда, чем, в каком количестве и сочетании вносить под кусты питательные элементы. Необходимо еще знать взаимосвязь химических элементов в почве и особенности усвоения их растениями.

   При проведении подкормки кустов большое значение имеет подбор конкретных форм удобрений. Различные удобрения по-разному влияют на развитие растений. Поэтому к их применению необходимо подходить грамотно, обеспечивая их внесение в сбалансированном виде.  Следует помнить что принцип: «маслом кашу не испортишь» не во всех случаях применим. Так, от чрезмерных доз азота растения формируют большую вегетативную массу в ущерб урожаю, теряют устойчивость к болезням, в ягодах накапливаются нитраты.  При высоких дозах фосфора и калия, несбалансированных с азотом, наблюдается угнетение растений.

  Обычно в инструкциях на различные азотные удобрения указывается процентное содержание азота. Это содержание общего азота. Но азот в удобрениях может содержаться как в нитратной, так и (или) в аммиачной формах. Удобрения, не содержащие в своем составе нитратов: мочевина, аммофос, аммоний сернокислый. Удобрения, в которых содержится большое количество нитратов: аммиачная селитра, калийная селитра, нитрофос. Удобрения, содержащие умеренное количество нитратов: нитроаммофос, нитрофоска,  нитроаммофоска. Кусты винограда используют как  нитратную, так  и аммиачную формы азота, но усваиваются эти формы, в зависимости от условий произрастания, не одинаково.

  Усвоение растением той или иной формы азота зависит от реакции почвенной среды, изменение которой зависит от внесения конкретного удобрения. Так,  аммиачные соли подкисляют почву, а нитратные– подщелачивают. В условиях нейтральной реакции среды в растение лучше поступает аммиачная форма азота, а при слабокислой реакции – нитратная форма, т.е., на карбонатной (щелочной) почве эффективен аммиачный азот, а на кислой – нитратный. Кислотность почвы можно определить самостоятельно при наличии прибора рНметра и по показаниям прибора, в зависимости от реакции почвенной среды, подбирают для внесения в почву ту или иную форму удобрения.

  Потребность кустов винограда в той или иной форме азота зависит также от фазы вегетации. В фазу начала вегетации при малых запасах углеводов, т.е. в первые периоды роста, кусты не выносят повышенной концентрации аммиака. В этот период кусты лучше усваивают нитратный азот. В фазу накопления больших запасов углеводов лучше усваивается аммиачная форма азота. Поэтому, в начале вегетации целесообразно вносить под кусты аммиачную селитру, а в июне – мочевину.

  Усвоение азота в растении зависит не только от форм соединений азота, но и от окислительно-восстановительных процессов, происходящих в органах куста. Так как нитраты являются предельно окисленной формой азота (поэтому они не связываются коллоидами почвы и легко вымываются токами воды), то для их усвоения необходимо усиление восстановительных процессов за счет наличия фосфорных соединений, обладающих способностью усиливать восстановительные реакции, т.е., фосфор способствует усвоению нитратного азота. Поэтому в начале вегетации кустам в большей степени требуется фосфор, сбалансированный с нитратным азотом.  Для усвоения аммиачного азота требуется усиление окислительных процессов. Поэтому аммиачные удобрения задерживаются почвой. Хорошим окислительным действием обладает калий. Его роль особенно велика во втором периоде вегетации. Он способствует усвоению аммиачной формы азота. Однако следует помнить, что в этот период большое значение принадлежит также и фосфору, способствующему нейтрализации накопившихся нитратов.  Следовательно, в зависимости от формы азотного удобрения, используемого для подкормки кустов, необходимо проводить корректировку соотношения фосфора и калия.  Азот усиливает рост зеленой массы. Фосфор ускоряет цветение и плодоношение, способствует развитию корневой системы. Калий обеспечивает выносливость на клеточном уровне, холодо- и засухоустойчивость, является регулятором водообмена, повышает устойчивость к болезням.  Использование изложенных особенностей позволит в практической жизни добиваться лучших результатов в выращивании винограда.

   Органическое земледелие – миф или реальность. В последнее время, все настойчивее поднимается вопрос о выращивании экологически чистой продукции питания. На слуху у всех, так называемая, биологическая, органическая, экологически безопасная европейская система земледелия. Многие задают себе вопрос: «Нужна ли нам на участках «химия»? В зимнее время самый раз поговорить на эту тему.

  Количество урожая зависит от многих факторов, из которых обеспечение растений питательными веществами является одним из основных. Растения растут там, где для их жизнедеятельности имеются благоприятные экологические факторы. В природе растения существуют за счет притока элементов питания из-вне. Источником поступления питательных веществ для растений служит почва, из которой они получают  растворенные в  воде минеральные вещества, а также углекислый газ из воздуха. Анализом системы экологического земледелия в отдельных фермерских хозяйствах Германии, основанной на использовании отходов растительности и сидератов без применения каких бы то ни было искусственно синтезированных химических средств установлено, что с годами урожайность имеет тенденцию к значительному снижению. Содержание гумуса в почве сокращается, идет снижение количества в почве питательных элементов, в том числе азота, фосфора и калия. Происходит постепенное истощение почвы. Для поддержания плодородия почвы требуется регулярное внесение в почву навоза. В условиях интенсивного земледелия вместе с урожаем отчуждается из почвы значительная часть питательных веществ, а при органическом земледелии невозможно только внесением растительных остатков и сидератов, а также применением хелатных препаратов и природных стимуляторов роста, поддерживать неиссякаемость плодородия почвы.

  В Украине много говорят об органическом земледелии, но внедрение такой технологии не получило широкого распространения. Главная причина, сдерживающая внедрение фермерами системы органического земледелия, – это низкая урожайность культур, выращиваемых по системе органического земледелия. За экологически чистую продукцию покупатели не готовы платить в два раза больше, да и нет гарантий, что такая продукция действительно отвечает нормам экологически безопасной продукции. Европейская дотацийная модель за выращивание экологически чистой продукции для Украины есть нереальной, поэтому система альтернативного земледелия в европейском исполнении для нас еще длительное время будет недостижимой. Конечно же, растительная продукция выращивается в условиях такой окружающей среды, что получить экологически чистую продукцию невозможно даже при органическом земледелии. Ведь на наши головы выпадают кислотные дожди, а вместе с осадками и тысячи тонн выбросов химически активных реагентов промышленного производства. Это особенно заметно в зимнее время по свежевыпавшему снегу. Чистой белизной снег не долго радует, через несколько дней он становится серым.

  Нельзя бросаться в крайности и огульно отвергать все достигнутое за многие годы. Бездарные политики однажды уже на многие годы разрушили старый мир до основания. Хорошо хоть основание не тронули. А где теперь обещанный мир процветания? Конечно, пищевые продукты должны быть хоть сравнительно чистыми. Ведь это наше здоровье. Если полностью отказаться  от использования минеральных удобрений, то урожаи упадут в два раза, и тогда будем голодать. В Украине разработана программа, по которой необходимо максимально привлекать в биологический кругооборот возобновляемые ресурсы на фоне применения умеренных доз химических средств. Система земледелия должна базироваться на минимальном использовании агрохимии в комплексе с нанотехнологиями - с элементами биологизации, с таким расчетом, чтобы обеспечивалось неиссякаемое плодородие почвы и повышение урожайности с учетом улучшения фитосанитарного состояния почвы и окружающей среды. 

 Кругооборот питательных элементов в дикой природе. Растения являются автотрофными организмами, то есть организмы, самостоятельно синтезирующие органические вещества из минеральных соединений. Животные и большинство микроорганизмов – гетеротрофные организмы, которые усваивают органические вещества, синтезированные автотрофными организмами. В дикой природе почва никогда не истощается. Все взятое из почвы снова возвращается в полном объеме в почву в виде опавших и отживших растительных остатков, продуктов жизнедеятельности птиц и насекомых, в виде иногда свалившегося сверху моросящего «пометного дождика» птиц и насекомых, а также продуктов жизнедеятельности животных и разложения их трупов. Но растения органические вещества не усваивают. Элементы питания растений – это минеральные вещества, так называемая в народе химия. В органических отходах минеральные вещества законсервированы в органической форме. Чтобы эти вещества стали доступными растениям, они должны перейти в исходное состояние, то есть должны претерпеть преобразование из органических в минеральные, опять же в виде химических соединений. Только тогда они становятся доступной пищей для растений. В почве дождевые черви, личинки насекомых и микроорганизмы перерабатывают отжившую органику в гумус и минеральные вещества, преобразовывая эти отходы в питательные вещества для растений. Происходит безотходный круговой оборот веществ во всех циклах жизненного процесса. И если на каком-то отдельно взятом органически образцовом участке, удаленном от влияния техногенных объектов, вырастить, к примеру, помидоры, и протестировать  готовую к потреблению, как кому-то кажется, экологически чистую продукцию на содержание в томатах нитратов, то они там будут. Будут они там потому, что при разложении органических отходов азот выделяется в форме аммиака и нитратов. А нитраты в растительной продукции, независимо от того, органического они или же минерального происхождения, не всегда полностью распадаются с образованием до аминокислот и могут накапливаться в продуктах питания. Вообще то, сами по себе нитраты особой опасности для людей не представляют. Но опасность от них исходит оттого, что они могут преобразовываться в нитриты, которые представляют серьезную угрозу здоровью человека. Все выше изложенные процессы имеют место в дикой природе, изолированной от активного вмешательства человека.  В условиях интенсивного земледелия и, особенно при выращивании монокультуры, все обстоит по-другому.

  Вынос элементов питания из почвы. В течение каждого вегетационного периода растения усваивают содержащиеся в почве питательные элементы. Чтобы представить себе динамику элементов питания в условиях интенсивного земледелия, кроме биологического выноса (количество элементов питания, поглощенных растениями из почвы за год), надо учитывать фактическое ежегодное отчуждение питательных элементов из участка в результате сбора урожая, обрезки ветвей, уборки листвы. К этому следует добавить  также потери элементов питания в почве в результате вымывания нисходящими водами и связывания элементов питания в недоступные растениям формы  путем химического поглощения. В наши дни, в условиях интенсивного хозяйствования, нет былого круговорота органики. Даже ботва, опавшая листва, обрезки довольно часто удаляются с участка вместе с законсервированными в них питательными элементами, извлеченными растениями из почвы, в результате почва обедняется. Ведь все эти растительные отходы содержат в себе законсервированную солнечную энергию и элементы питания, взятые растениями из окружающей среды конкретного земельного участка. К тому же основная часть питательных элементов  уносится из участка и уходит в реализацию вместе с урожаем,  которые в почву не возвращаются и в конечном итоге отчуждаются сточными отходами в мировой океан. Часть питательных элементов из почвы вымывается  дождями и талыми водами. Довольно часто, чтобы содержать свои участки в образцовом состоянии ботву, срезки, сорную растительность и листву стараются сжечь, а полученную золу использовать для подкормки. Конечно же, в золе растительных отходов содержится почти вся таблица Менделеева. Но следует учесть, что при сжигании органики из костра пламенем и потоком горячего воздуха в атмосферу уносятся в виде газообразных соединений и паров воды органогенные элементы углерод, кислород, водород и весь азот (в золе азота нет), составляющие около 95% сухого вещества растений. В золе остаются преимущественно в виде оксидов многочисленные зольные элементы, на долю которых приходится около 5% массы сухого вещества. Как видим, основная часть полезных веществ при сжигании органики теряется безвозвратно.  А ведь это  важнейшие элементы, на консервацию которых затрачено большое количество энергии, накопленной растениями. Эти элементы с их энергетическим ресурсом могли бы  быть возвращены в почву,  стать пищей для микроорганизмов и превратиться в гумус. Мягкие растительные отходы желательно не сжигать, а использовать для мульчирования почвы или же компостировать, и уже в виде компоста возвращать в почву участка. А как быть с грубой органикой? Если ветки нет возможности измельчить и превратить их в компост, то тогда остается только костер или печь, а золу использовать для вне корневых подкормок и защиты растений от вредителей и болезней. При этом потери, конечно же, есть, но они не сравнимы с потерями при  огульном сжигании всей отжившей растительности. Вообще-то считать потерями в чистом виде  от сжигания растительности будет не совсем правильно, потому как улетучившиеся в атмосферу элементы питания в конечном итоге с атмосферными осадками возвратятся на землю, но куда они упадут – в мировой океан или же на сушу? Если же на сушу, то небезразлично, в каком именно месте и кому повезет больше. В итоге для того участка, откуда урожай и растительные отходы были отчуждены, являются явными потерями. Только при разумном подходе к использованию растительных отходов, большинство извлеченных из почвы питательных элементов могут быть снова возвращены в почву земельного участка.

 Значение удобрений в жизни растений. В зависимости от действующего вещества удобрения делятся не несколько основных видов: азотные, фосфорные, калийные. Каждый из трех  видов удобрений подразделяют на несколько групп.

  Азотные удобрения. Нитратные удобрения содержат азот в нитратной форме. Натриевая и кальциевая селитры хорошо растворимы в воде и  снижают кислотность почвы.

 Аммонийные и аммиачные азотные удобрения: сернокислый и хлористый аммоний – оба удобрения хорошо растворимы в воде и повышают кислотность почвы.

  Аммонийно-нитратные азотные удобрения: аммиачная селитра и  мочевина хорошо растворимы в воде и несколько подкисляют почву.

  Азот входит в состав аминокислот, из которых формируются молекулы всех белков. Азот также входит в состав хлорофилла, участвует в фотосинтезе растений и формировании ферментов.

 Азотные удобрения вносят в почву весной. Под влиянием бактерий и грибов азотные удобрения превращаются в нитраты и усваиваются растениями. Внесение только азота снижает сахаристость и повышает кислотность ягод винограда, ухудшается окраса ягод. Для вне корневых подкормок используют мочевину в концентрации рабочего раствора не более 30-40г мочевины на 10л воды.

  Фосфорные удобрения. Фосфор является главной составной частью клеточного ядра, ускоряет развитие, способствует быстрой адаптации растений к низким температурам. Фосфор способствует развитию корневой системы и репродуктивных органов.  Недостаток фосфора в период формирования ягод тормозит их развитие и созревание. При дефиците фосфора листья винограда становятся мелкими, серо-зеленые с голубоватым оттенком.  Начальный период роста критичен в отношении фосфорного питания. Дефицит фосфора в этот период настолько сильно угнетает растения, что в последующие периоды они не могут восстановиться и  после достаточного обеспечения доступным фосфорным питанием. Для кустов со слабо развитой корневой системой раствор фосфорных удобрений должен вноситься непосредственно в зоне расположения корневой системы с преобладанием в начальный период вегетации фосфора над азотом и калием, но при не высокой концентрации. В период усиленного роста в почвенном растворе должен преобладать азот, а ко времени цветения снова возрастает потребность фосфора вместе с калием, так как от них зависит развитие репродуктивных органов.

  Калийные удобрения. Калий не входит в состав органических соединений клеток, но он способствует растениям усваивать углекислый газ из воздуха, активно участвует в темновой фазе фотосинтеза в образовании углеводов и способствует их передвижению. Калий регулирует водный баланс в растении, чем способствует легче переносить засуху, поскольку удерживает в растении воду. При недостатке калийного, также как и фосфорного питания, снижается иммунитет растений, и они становятся уязвимыми к поражению болезнями и вредителями.

 Магниевые удобрения. Магний входит в состав хлорофилла, активизирует процессы обмена веществ и образования хлорофилла. При дефиците магния  на старых листьях появляется хлороз, листовые пластинки желтеют, но жилки остаются зелеными.

 Железо. Подобно магию железо способствует образованию хлорофилла. Дефицит железа приводит к появлению хлороза молодых листьев.

  Сера входит в состав белков, ферментов  и других органических соединений клеток. При дефиците серы ослабляется зеленая окраска листьев.

 Необходимые элементы питания для растений. Преобладающее содержание в земле, воде и атмосфере такие элементы питания растений как углерод, кислород, водород, азот, сера, фосфор являются доминирующими в живых организмах. Водород и кислород обеспечивают в растениях передачу энергии, а углерод, азот, сера и фосфор обеспечивают запасание энергии. Элементы, дающие катионы с постоянной валентностью, – натрий, калий, магний, кальций выступают регуляторами процессов оводнения и передвижения веществ. Микроэлементы с переменной валентностью – железо, марганец, медь, цинк, молибден и кобальт являются биокатализаторами – регуляторами окислительно-восстановительных процессов и входят в состав ферментов, витаминов и биологически активных веществ.  Из научных источников известно, что в среднем из каждого квадратного метра земли сельскохозяйственного назначения  из числа  микроэлементов за год в среднем безвозвратно теряется около 30мг марганца, по 3мг меди и цинка, по 0,3мг молибдена и кобальта. В составе растений ученые обнаружили более 80 химических элементов. Некоторые элементы потребляются растениями в большом  количестве, а часть требуется в малых количествах. Для нормального роста и развития абсолютно всех растений требуется 17 элементов: углерод С, кислород О, водород Н, азот N, фосфор Р, калий К, кальций Са, магний Mg, сера S, железо Fe, марганец Mn, медь Cu, бор В, цинк Zn, молибден Mo, кобальт Со и йод J. Для некоторых растений требуются также натрий Na и  хлор Cl. Из атмосферы растения потребляют углерод и кислород в виде углекислого газа СО_2. Все эти элементы для растений являются незаменимыми. При полном отсутствии одного из этих элементов растения не могут полноценно развиваться, и происходят резкие изменения основных жизненных функций растений –  нарушается процесс фотосинтеза, тормозится рост и развитие. Вода Н₂О является источником водорода Н и кислорода О. Вода также является растворителем минеральных веществ, находящихся в почве, и средством транспорта питательных элементов из почвенного раствора через корневую систему и по сосудам к органам растения.

  Растительные углеводы, жиры и другие без азотистые органические соединения состоят из трех элементов – углерода, кислорода и водорода, а в состав белков и других азотистых органических соединений входит еще и азот. Эти четыре элемента – углерод С, кислород О, водород Н, и азот N называются органогенными. На их долю приходится около 95% сухого вещества растений. Основные вещества, из которых состоит протоплазма клеток, являются белки. Кроме органогенных элементов углерода, кислорода, водорода, азота, в состав белков также входят  фосфор, сера, железо и другие элементы. Углерод растения получают из двух источников: углекислого газа воздуха в процессе фотосинтеза и через корневую систему из почвы при разложении органических веществ. Кислород поступает в растения из воздуха в процессе дыхания растений и частично с водой из почвы. Азот, калий, фосфор, серу и другие элементы растения получают из почвы, где они находятся в виде минеральных солей.  Для хорошего роста и развития растениям необходимы питательные вещества. При чем, наиболее важные из них (потребляемые в большом количестве) азот, фосфор и калий.   Азот, фосфор, калий, кальций, сера, магний и железо содержатся в растении в значительных количествах и называются микроэлементами, а остальные -  в малых количествах и называются микроэлементами. Каждый элемент выполняет определенную физиологическую роль. От правильного минерального питания растений зависит уровень процесса фотосинтеза. Для поддержания плодородия даже на черноземах, чтобы обеспечить сбалансирование питание, необходимо в почву вносить как органические, так и минеральные удобрения.  Почва наполнена живыми организмами и обходиться с ней необходимо так, чтобы она была всегда населена живыми организмами, и не иссякало ее плодородие. Но при внесении удобрений необходимо стремиться к достижению баланса питательных элементов. Частое внесение в завышенных дозах аммиачной селитры и калия хлористого, калийной соли или других хлорсодержащих удобрений приводит к быстрому увеличению кислотности почвы. Даже незначительное изменение кислотности почвы нарушает среду обитания почвенных организмов и, прежде всего, дождевых червей. Дождевые черви способны высвобождать из глины и суглинков большое количество, связанного в почве, углекислого калия. Дождевые черви являются индикатором плодородия почвы. Наличие большого количества дождевых червей в почве свидетельствует о здоровой почве. В кислой почве увеличивается подвижность некоторых микроэлементов, они быстрей вымываются, что вызывает дефицит в корнеобитаемом слое почвы бора, меди, цинка и марганца. Это  приводит к снижению активности ферментных систем растений.

  Усвоение минеральных элементов растениями. Минеральные удобрения – это неорганические вещества, представляющие собой главным образом соли, в которых содержатся необходимые для растений элементы питания. В почве минеральные удобрения под действием почвенной фауны и кислот частично растворяются на составные питательные элементы, доступные для усвоения растениям. Но интенсивность растворения солей в почве во многом  зависит от свойств почвы и   основная масса химических элементов, необходимых растениям для питания, остается в почве в не растворенном состоянии и для усвоения растениям недоступна. Только небольшая часть веществ, содержащих питательные элементы, может растворяться в воде или слабых почвенных кислотах. Нерастворимые вещества под воздействием почвенных микроорганизмов и дождевых червей постепенно принимают доступную для усвоения растениями форму.

   Минеральные удобрения действуют быстро, однако при неправильной дозировке внесение их может нанести вред не только растениям, но и почве. При внесении в почву органических удобрений загрязнение почвы солями исключено. Происходит это благодаря тому, что органические удобрения является пищей для почвенных организмов, но не готовой пищей для растений. Под действием микроорганизмов органические удобрения воздействуют на почву медленно. По этой причине минеральные удобрения чаще всего используют при наличии симптомов минерального голодания почвы.

  Корневая система растения для стебля является донором  минеральных питательных веществ. Донором органических веществ – углеводов являются листья. Через корень растения получают из почвы главным образом  ионы минеральных солей, а также некоторые продукты жизнедеятельности почвенных микроорганизмов и корневые выделения других растений. В растениях существует два основных тока питательных веществ – восходящий и нисходящий. Восходящий ток воды с минеральными веществами идет по ксилеме (древесине), а нисходящий ток органических веществ из листьев – по элементам флоэмы (коре). Поглощенные соединения азота, фосфора и серы взаимодействуют с притекающими из листьев продуктами фотосинтеза с образованием аминокислот и других органических соединений. По сосудам растения элементы в форме ионов или образовавшихся в растении органических молекул, в результате действия корневого давления и транспирации, передвигаются по стеблям в листья. В корнях растения могут синтезироваться некоторые гормоны и стимуляторы роста.

   Растения усваивают минеральные элементы  из почвы только в растворенном виде в форме ионов. Ионы – это частицы несущие  электрический заряд. Ионы могут быть с отрицательным или же  положительным зарядом. Отрицательно заряженные ионы называют анионами, а положительно заряженные – катионами.  Так, азот может поглощаться в виде аниона  NO^-₃ и катиона NO₄⁺; фосфор и сера в виде анионов фосфорной и серной кислоты Н₂РО^-₄  и   SO^2-₄; калий, кальций, магний, натрий, железо – в виде катионов К⁺,  Ca²⁺,    Mg²⁺,  Na⁺,   F³⁺, а  микроэлементы – в виде соответствующих анионов или катионов. Растения усваивают  ионы не только из почвенного раствора, но и поглощенные почвенными коллоидами. Кроме того растения активны благодаря растворяющей способности корневых выделений, в форме угольной кислоты, органических и аминокислот, воздействующих на твердую фазу почвы, переводя необходимые питательные вещества в доступную форму.

 Недостаток элементов питания в доступной для растений форме вызывает, как правило, усиленное разветвление  корневой системы в поисках пищи и влаги. Корневая система усиленно растет в направлении размещения доступных питательных веществ. При хорошем обеспечении растений влагой и питательными веществами корневая система развивается компактно.

  Для дыхания корневой системе требуется почвенный воздух. В процессе дыхания корней происходит разложение органического вещества с выделением  энергии, которая используется для активного поглощения элементов минерального питания из почвы. При торможении процесса дыхания корней, а такое происходит при недостатке кислорода в условиях плохой аэрации или избыточной влажности почвы, поглощение корневой системой питательных элементов сильно ограничивается. Для нормального роста и дыхания корней необходим постоянный приток к корням энергетического материала – продуктов фотосинтеза (углеводов и других органических соединений) из надземных органов.

  Фотосинтез – это процесс образования органических веществ в зеленых растениях. При фотосинтезе солнечная энергия посредством хлорофилла превращается в химическую энергию, которая используется на синтез углеводов из углекислого газа и воды. В процессе фотосинтеза растения усваивают углекислый газ, поступающий через листья из атмосферы. Через листья из атмосферного воздуха растения могут усваивать двуокись серы SO₂, а из водных растворов, наносимых на листья при внекорневых обработках, усваиваются азот и зольные элементы. Однако в естественных условиях через листья осуществляется главным образом углеродное питание, а основным путем поступления в растение воды, азота и зольных элементов служит корневое питание. При световой фазе процесса фотосинтеза происходит реакция разложения воды с выделением кислорода и образования богатого энергией соединения – аденонитрофосфата (АТФ). В темновой фазе фотосинтеза это соединение участвует в образовании углеводов и других органических соединений из углекислого газа.

  В результате разложения органического вещества в почве образуется углекислый газ СО₂. Углекислый газ частично выделяется в атмосферу, который поглощается в процессе дыхания листьями для фотосинтеза. Остальная часть углекислого газа растворяется в почвенной влаге, образуя угольную кислоту – Н₂О + СО₂ = Н₂СО₃. Образовавшаяся угольная кислота подкисляет почву и усиливает растворение содержащихся в почве нерастворимых минеральных соединений фосфора, калия, кальция магния и др. При избыточном увлажнении почвы ухудшается процесс аэрации, почвенный воздух из почвы влагой вытесняется. Количество кислорода в данном случае резко снижается, что резко ухудшает процесс дыхания корней и, в результате, снижается поглощение корневой системой питательных элементов из почвы. На состав и количество почвенного воздуха в почве сильно влияет уплотнение почвы. В результате уплотнения почвы, выделяющийся при разложении органического вещества в почве углекислый газ накапливается, так как затруднен его выход в атмосферу, кислотность почвы повышается из-за образования угольной кислоты, но при этом всасывающая способность корневой системы снижается, так как корни задыхаются от недостатка кислорода. Развитие корневой системы и поступление питательных веществ в растение заметно снижаются при плохой аэрации почвы, низкой и слишком высокой температуре почвы, избытке или дефиците влаги в почве. Поступление атмосферного воздуха в почву (аэрация почвы) затрудняется при избыточном увлажнении почвы, когда почвенный воздух из почвы вытесняется водой, а также при значительном уплотнении почвы, в результате которого исчезают свободные капилляры и полости.