 |
 |
 |
 |
|
 |
 |
207
водных ресурсов можно свести к минимуму при внесении оптимального количества удобрений в
сроки максимального их потребления растениями и с учетом погодных условий.
Сегодня более 1/3 населения Земли питается за счет выращиваемого урожая с применением
минеральных удобрений. Однако производство удобрений в различных странах из-за разной
степени их индустриализации колеблется в широких пределах. Почти 80–90% всех минеральных
удобрений потребляется в Европе, Японии и Северной Америке.
Фиксация азота
Основным продуктом для азотсодержащих удобрений служит аммиак NH3, который
синтезируется из азота воздуха и водорода при температуре 500° С и давлении 300 атм при
наличии катализатора железа в сочетании со щелочным металлом. Такой процесс требует
больших затрат энергии, сложной техники контроля и управления. Ежегодно синтезируется более
60 млн т аммиака, что, естественно, сопряжено с гигантскими капиталовложениями. Поэтому
ведется интенсивный поиск более эффективных способов обогащения почвы азотом.
В процессе роста многие растения поглощают азот преимущественно из почвы. Многовековая
практика севооборота в какой-то степени способствует пополнению почвы азотом. Казалось бы,
что может быть доступнее азота: основной компонент воздуха – азот. Однако, как уже отмечалось,
азот воздуха с большим трудом превращается в полезный и нужный продукт.
Все же некоторые растения способны превращать элементный азот воздуха в необходимые им
соединения. Каков же механизм такого превращения? Многолетние наблюдения показали, что в
этом процессе участвуют бактерии и водоросли, способные восстанавливать атмосферный азот до
аммиака. Происходит важнейший естественный процесс – фиксация азота. Фиксированный азот
затем превращается растениями в аминокислоты, белки и другие органические азотсодержащие
соединения. Растения семейства бобовых, например соя, клевер и люцерна, фиксируют азот с
помощью клубеньковых бактерий, живущих на их корнях. Около 170 разновидностей небобовых
растений способны фиксировать азот. Природными фиксаторами азота могут быть некоторые
свободно живущие бактерии и сине-зеленые водоросли.
В результате биохимических исследований установлено, что в фиксации азота участвует
фермент, называемый нитрогеназой и состоящий из двух белков. Молекулярная масса одного из
них (динитрогеназы) равна примерно 220000. Он содержит два атома молибдена и по 32 атома
железа и реакционноспособной серы. Второй белок (динитрогеназа-редуктаза) построен из двух
идентичных группировок с молекулярной массой 29000, каждая из которых содержит по 4 атома
железа и серы.
Специально разработанные способы очистки и спектроскопические исследования позволили
отчасти выяснить последовательность элементарных актов фиксации азота под действием
фермента – нитрогеназы (рис. 7.15). Возможно, в ближайшем будущем проблема фиксации азота
по принципу действия клубеньковых бактерий будет успешно решена в искусственных условиях.
Интенсивно разрабатывается и другое направление – генетическое исследование фиксации
азота растениями. Применение рекомбинантной ДНК и разработка новых методов контроля за
развитием и старением растений будут способствовать более полному раскрытию механизма
фиксации азота и созданию штаммов, эффективно фиксирующих азот. Весьма важная и
увлекательная задача – распространить природную способность некоторых растений фиксировать
азот на продовольственные культуры, т. е. сделать их самоудобряющимися. В будущем такую