Что такое фотосинтез почва перегной

Что такое фотосинтез? История открытия процесса, фазы фотосинтеза и его значение.

Оглянитесь вокруг! Пожалуй, в каждом доме есть хотя бы одно зеленое растение, а за окном несколько деревьев или кустарников. Благодаря сложному химическом процессу происходящего в них фотосинтеза стало возможно зарождение жизни на Земле и существование человека. Разберем историю его открытия, суть процесса и реакции, которые протекают в разных фазах.

История открытия фотосинтеза

В настоящее время школьники впервые знакомятся со сложными процессами фотосинтеза уже в 6 классе.

Но еще 300-400 лет назад ответ на вопрос «откуда растения берут питательные вещества для строительства своих клеток?» занимал умы ученых во всем мире.

Первым и очевидным ответом было предположение, что из земли. Однако, в далеком 1600 году фламандский ученый Ян Батист ван Гельмонт решил проверить влияние почвы на рост растений и провел уникальный в своей простоте опыт. Естествоиспытатель взял веточку ивы и бочку с почвой. Предварительно их взвесил. А затем посадил отросток ивы в бочку с почвой.

Долгие пять лет ван Гельмонт поливал молодое деревце лишь дождевой водой. А через пять лет выкопал деревце, и вновь взвесил отдельно деревце и отдельно почву. Каково же было его удивление, когда весы показали, что деревце увеличило свой вес практически в тридцать раз, и совсем не походило на тот скромный прутик, что был посажен в кадку. А вес почвы уменьшился всего на 56 граммов.

Ученый сделал вывод. что почва практически не дает строительного материала растениям, а все необходимые вещества растение получает из воды.

После ван Гельмонта различные ученые повторили его опыт, и сложилась так называемая «водная теория питания растений».

Одним из тех, кто попытался возразить этой теории был М.В. Ломоносов. И строил он свои возражения на том, что на пустых, скудных северных землях с редкими дождями растут высокие, мощные деревья. Михаил Васильевич предположил, что часть питательных веществ растения впитывают через листья, но доказать свою теорию экспериментально он не смог.

И как часто бывает в науке, помог его величество случай.

Однажды нерадивая мышь, решившая поживиться церковными запасами, случайно перевернула банку и оказалась в ловушке. И через некоторое время погибла. К нашей удаче, эту мышь в банке обнаружил Джозеф Пристли, который был не просто священником, а по совместительству ученым-химиком, и очень интересовался химией газов и способами очистки испорченного воздуха. И тут церковным мышам не повезло. Они стали участницами различных опытов английского ученого.

Джозеф Пристли ставил под одну банку горящую свечу, а в другую сажал мышь. Свеча тухла, грызун погибал.

В наше время его самого зоозащитники посадили бы в банку, но в далеком 1771 году ученому никто не помешал продолжить свои опыты. Пристли посадил мышь в банку, где до этого потухла свеча. Животное погибло еще быстрее.

И тогда Пристли сделал вывод, что раз все живое на Земле до сих пор не погибло, Бог (мы же помним, что Пристли был священником), придумал некий процесс, чтобы воздух вновь был пригоден для жизни. И скорее всего, основная роль в нем принадлежит растениям.

Чтобы доказать это, ученый взял воздух из банки где погибла мышь, и разделил его на две части. В одну банку он поставил мяту в горшочке. А другая банка ждала своего часа. Через 8 дней растение не только не погибло, а даже выпустило несколько новых побегов. И он опять посадил грызунов в банки. В той, где росла мята — мышь была бодра и закусывала листиками. А в той, где мяты не было — практически моментально лежала дохлая мышиная тушка.

Опыты Пристли вдохновили ученых, и во всем мире начали отлавливать мелких грызунов и пытаться повторить его эксперименты.

Но мы же помним, что Пристли был священником и весь день, до вечерней службы мог заниматься исследованиями.

А Карл Шееле, аптекарь из Швейцарии, экспериментировал в домашней лаборатории в свободное от работы время, т.е. по ночам, и мыши дохли у него независимо от присутствия мяты в банке. В результате его экспериментов получалось, что растения не улучшают воздух, а делают его непригодным для жизни. И Шееле обвинил Пристли в обмане научной общественности. Пристли не уступил, и в результате противостояния ученых было установлено, что для восстановления воздуха растениям необходим солнечный свет.

Именно эти опыты положили начало изучению фотосинтеза.

Исследование фотосинтеза стремительно продолжалось. Уже в 1782 году, спустя всего лишь 11 лет после исследований Пристли, швейцарский ботаник Жан Сенебье доказал, что органоиды растений разлагают углекислый газ в присутствии солнечного света. И практически еще сто лет провальных и удачных экспериментов понадобилась ученым разных специальностей, чтобы в 1864 году немецкий ученый Юлиус Сакс смог доказать, что растения потребляют углекислый газ и выделяют кислород в соотношении 1:1.

Значение фотосинтеза для жизни на Земле

И теперь становится понятна важность процесса фотосинтеза для жизни на земле. Именно благодаря этому сложному химическом процессу стало возможно зарождение жизни на земле и существование человека.

Кто-то может возразить, что на Земле есть места, где не растут ни деревья ни кустарники, например, пустыни или Арктические льды. Ученые доказали, что доля кислорода, выделяемого зеленой массой лесов, кустарников и трав — т. е. растений, что обитают на поверхности суши, составляет всего около 20% газообмена, а 80% кислорода приходится на мельчайшие морские и океанские водоросли, которые потоками воздуха переносятся по всей планете, позволяя дышать животным в экстремальных, практически лишенных растительности регионах нашей удивительной планеты.

Благодаря фотосинтезу вокруг нашей планеты сформировался защитный озоновый экран, защищающий все живое на земле от космической и солнечной радиации, и живые организмы смогли выйти на сушу из глубин океана.

Подробнее о «великой кислородной революции» можно прочитать в учебнике «Биология 10-11 классы» под редакцией А.А. Каменского на портале LECTA.

К сожалению, в настоящее время кислород потребляют не только живые существа, но и промышленность. Уничтожаются тропические леса, загрязняются океаны, что приводит к снижению газообмена и увеличению дефицита кислорода.

Определение и формула фотосинтеза

Определение и формула фотосинтеза

Слово фотосинтез состоит из двух частей: фото — «свет» и синтез — «соединение», «создание». Если подходить к определению упрощенно, то фотосинтез — это превращение энергии света в энергию сложных химических связей органических веществ при участии фотосинтетических пигментов. У зеленых растений фотосинтез происходит в хлоропластах.

Схема фотосинтеза, на первый взгляд, проста:

Вода + квант света + углекислый газ → кислород + углевод

или (на языке формул):

Если копнуть поглубже и посмотреть на лист в электронный микроскоп, выяснится удивительная вещь: вода и углекислый газ ни в одной из структурных частей листа непосредственно друг с другом не взаимодействуют.

Фазы фотосинтеза

К фотосинтезу способны не только растения, но и многие одноклеточные животные благодаря специальным органоидам, которые называются хлоропласты.

Хлоропласты — это пластиды зеленого цвета фотосинтезирующих эукариот. В состав хлоропластов входят:

1. две мембраны;
2. стопки гранов;
3. диски тилакоидов;
4. строма — внутреннее вещество хлоропласта;
5. люмен — внутреннее вещество тилакоида.

Сложный процесс фотосинтеза состоит из двух фаз: световой и темновой. Как понятно из названия, световая (светозависимая) фаза происходит с участием квантов света. Название темновая фаза вовсе не означает, что процесс происходит в темноте. Более точное определение — светонезависимая. Т.е. для реакций, происходящих в этой этой фазе, свет не нужен, а протекает она одновременно со световой, только в других отделах хлоропласта.

Многие делают ошибку, говоря, что в процессе фотосинтеза происходит производство растениями такого необходимого человечеству кислорода. На самом деле фотосинтез — это синтез углеводов (например, глюкозы), а кислород — лишь побочный продукт реакции.

Световая фаза фотосинтеза

Световая фаза фотосинтеза происходит на мембранах тилакоидов. Фотон света, попадая на хлорофилл, возбуждает его и происходит выделение электронов и скопление отрицательно заряженных электронов на мембране. После того, как хлорофилл потерял все свои электроны, квант света продолжает воздействовать на воду, вызывая фотолиз Н₂О.

Положительно заряженные протоны водорода накапливаются на внутренней мембране тилакоида.

Получается такой бутерброд: с одной стороны отрицательно заряженные электроны хлорофилла, с другой – положительно заряженные протоны водорода, а между ними – внутренняя мембрана тилакоида.

Гидроксильные ионы идут на производство кислорода:

Когда количество протонов водорода и электронов достигает максимума, запускается специальный переносчик — АТФ-синтаза. АТФ-синтаза выталкивает протоны водорода в строму, где их подхватывает специальный переносчик никотинамиддинуклеотидфосфат или сокращенно НАДФ. НАДФ — специфический переносчик протонов водорода в реакциях углеводов.

Прохождение протонов водорода через АТФ-синтазу сопровождается синтезом молекул АТФ из АДФ и фосфата или фотофосфорилированием, в отличие от окислительного фосфорилирования.

На этом световая фаза фотосинтеза заканчивается, а НАДФН+ и АТФ переходят в темновую фазу.

Повторим ключевые процессы световой фазы фотосинтеза:

1. Фотон попадает на хлорофилл с выделением электронов.
2. Фотолиз воды.
3. Выделение кислорода.
4. Накопление НАДФН+.
5. Накопление АТФ.

У некоторых растений фотосинтез идет по упрощенному варианту, который называется «циклическое фосфорилирование» и разбирается этот процесс в учебнике «Биология 10-11 классы» под редакцией А. А. Каменского на портале LECTA.

Источник

Перегной: что это такое, из чего он состоит, как использовать?

Среди удобрений для растений перегной занимает особое место. Он натурален, сравнительно недорог и абсолютно безопасен для окружающей среды. Перегной — это органическое удобрение, которое улучшает состав почвы и способствует быстрому развитию растений. Он позволяет повысить урожайность огорода и сада, сделать цветение растений более пышным.

Следует отметить, что перегной — это субстанция, полученная искусственным путем, тогда как гумус является уникальной природной структурой.

Многие авторы не делают различий между гумусом и перегноем, хотя на самом деле это не так. Гумус образуется естественным путем во время переработки грибами, бактериями и другими организмами, живущими в земле, останков отмерших или умерших растений и животных. Такого понятия, как перегной в естественных условиях не существует. Те же экскременты животных не гниют, они только перерабатываются другими живыми существами.

Перегной — это субстанция, полученная в результате гниения и переработки полезными бактериями навоза, птичьего помета или же опавших листьев и ботвы растений.

Полностью созревший перегной должен иметь черный или темно-коричневый цвет. Он пахнет землей и имеет рыхлую, однородную структуру.

Состав перегноя зависит от многих факторов и полный список химических элементов, входящих в него, до конца не установлен. Основными компонентами являются три вида кислот:

Их наличие в составе перегноя способствует тому, что молодые растения, высаженные в почву, удобренную навозом, будут лучше расти, обильнее цвести и хорошо плодоносить. Однако непосредственно после внесения органики видимые улучшение урожая можно увидеть только через год.

При внесении перегноя в грунт с определенной периодичностью, можно добиться стабильно хорошего урожая.

Кроме того, сам перегной, внесенный в почву, удобрением не является, полезным для растений он станет только после того, как его переработают живые организмы, находящиеся в почве. Разные виды перегноя имеют различный состав и поэтому по-разному влияют на рост растений.

Зрелый, полезный для растений перегной образуется через 2 года после закладки.

Условно перегной можно разделить на три вида. Образуются они разными способами, имеют отличный состав и различное количество полезных веществ для огородных растений и сада.

Навоз, полученный от млекопитающих, считается отличным удобрением. Он удобен в использовании, так как его можно вносить в почву любого состава в неограниченных количествах. Кроме того, навоз млекопитающих можно заделывать в грунт свежим.

Предостережение: нельзя вносить много навоза вокруг саженцев деревьев и молодых растений.

Используя навоз животных, нужно учесть несколько особенностей различных его подвидов, что позволит получить качественное удобрение, а в конечном результате улучшить состав почвы и повысить урожайность растений.

Наиболее приемлемым будет перегной из коровьего навоза. Достать его несложно, а стоит он дешево. Такой навоз продают во многих садоводческих обществах и магазинах. После покупки его нужно сложить в кучу и дать перепреть хотя бы год. Это позволит получить качественное органическое удобрение, а находящиеся в нем пестициды разложатся.

Нередко можно найти и лошадиный навоз, но при его использовании нужно быть осторожным. Часто в качестве подстилки для лошадей используют древесные опилки, а они могут занести в грунт личинки вредителей. Лучше вносить тот навоз, в составе которого есть солома или торф.

1. 1. Нельзя вносить свежий навоз под молодые растения.
2. 2. Нельзя заделывать свежий навоз непосредственно перед посадкой растений, он не обладает нужным количеством полезных для них веществ, а если есть солома, то процесс его разложение еще удлинится.

Свиной навоз тяжелый. Его желательно добавлять в компост для образования качественного продукта.

Лошадиный, свиной и коровий навоз рекомендовано превращать в перегной.

Есть еще бараний (овечий, козий) навоз, он концентрированный и его чаще используют для создания жидких составов подкормки (соотношение такое же, как и в курином помете).

Перегной очень просто приготовить самому.

Сначала потребуется сложить навоз в кучу на подготовленном месте. Это может быть яма или специально оборудованный ящик, земляная площадка.

Затем потребуется накрыть навозную кучу рубероидом.

В процессе вызревания навоза, его периодически слегка увлажняют, верх все время должен быть немного влажным. Для того чтобы обеспечить доступ воздуха, навоз раз или два в месяц взрыхливают.

Купленный в магазине сухой навоз укрытия не требует, его потребуется только периодически увлажнять. Использовать можно через 4—5 месяцев, но лучше через год. Отличное органическое удобрение будет полностью готово при любом способе приготовления через 2 года.

Птичий помет также является навозом животных, но его принято выделять отдельно из-за более высоких концентраций мочевины. Именно поэтому его никогда не вносят в свежем виде.

Птичий помет насыщает грунт углекислым газом. В этом продукте есть большое количество азота, а также магний, калий, фосфор. Полезных веществ в птичьем помете примерно в 4 раза больше, чем в других видах животного навоза.

Птичий помет обладает таким же воздействием на растения, как и подкормка комплексными удобрениями. Срок действия такого удобрения до 3 лет.

Еще одним достоинством этого органического удобрения является его доступность. Домашняя птица есть практически в любом сельском хозяйстве и у многих обладателей дач.

Внимание! Нельзя вносить свежий птичий помет непосредственно в качестве удобрения. Высокая концентрация мочевины попросту сожжет растения.

Чтобы получить хороший урожай после внесения птичьего помета, нужно придерживаться трех основных правил.

Правило №1.

Помет должен постоять на открытом воздухе не менее 1 года, и только затем его можно вносить как удобрение в сухом виде.

Правило №2.

При необходимости провести подкормку растений раньше чем через год помет смешивают с опилками или измельченной соломой (торфом) в соотношении 1:3.

Полученную смесь вносят в бороздки между растениями и поливают. Лишнее впитает солома как сорбент, а полезный азот получат растения с поливом.

Правило №3.

На огородных участках для весенней подкормки пересаженных с осени молодых деревьев и в цветниках применяют жидкое удобрение. Для него нужно развести 1 кг птичьего помета в 20 л воды.

Таким раствором можно поливать растения спустя 10 дней на открытом воздухе. За это время вредная мочевина выветрится, а полезные питательные вещества останутся.

Птичий помет — это отличное дополнение к компосту. Для приготовления качественного перегноя из птичьего помета нужно сложить на дно ямы листья и ботву растений, а сверху положить куриный помет. Яму прикрывают пленкой или землей (до 5 см) и периодически увлажняют. Выделяющийся метан ускорит процесс гниения и перегной будет готов уже через 6 —8 месяцев.

Растительный компост — это органическое удобрение, доступное каждому дачнику. Изготавливается он из опавших листьев, ботвы, отмерших, сорванных, скошенных стеблей растений.

Если наземную часть гороха, бобов или скошенную траву не выбрасывать, а заложить в компост, то грунт обогатится азотом, дыня снабдит его кальцием, а рапс, горчица и другие технические культуры — фосфором.

Для того чтобы компост стал органическим удобрением, а не рассадником болезней и сорняков, нужно потребуется придерживаться нескольких правил и ограничений:

1. 1. Нельзя использовать зараженные, больные растения. Для компоста не годятся листья, стебли с признаками фитофторы, других заболеваний, наростами на стеблях или корнях. Эти растения потребуется высушить и сжечь. В пепле вредителей не останется, а удобрение будет полезным.
2. 2. Не следует закладывать семена трав. В компост не должны попасть семена сорных трав и корневища таких агрессивных сорняков, как пырей или осот, а иначе компост станет источником дополнительного засорения почвы сорняками.
3. 3. Нельзя закладывать траву без навоза. Если в компостную кучу закладывается скошенная газонная трава, то вместе с ней нужно заложить куриный помет или навоз других животных или же иные более рыхлые травы.
4. 4. Не следует использовать вредные синтетические вещества. Для компоста годятся картон и бумага, но без примесей неразлагающихся компонентов и без нанесенных на них красителей (на упаковках обычно есть такие обозначения).

Важно! Если в компост закладываются опилки или древесная стружка, то использовать полученную органику нужно не раньше чем через 1 год.

Сначала делается ящик из досок или же выкапывается компостная яма.

Затем в нее закладываются растения, предназначенные для компоста. Компостную кучу рекомендуется укладывать слоями, перемешивая останки растений с землей, навозом, пометом или азотными удобрениями. Земля нужна, чтобы обеспечить доступ полезным микробам и земляным животным к компосту. Вместо земли можно использовать навоз, а если навоза нет, то птичий помет или просто азотное удобрение. Но наибольшее количество полезных микроорганизмов и микроэлементов все же содержится в навозе.

Подготовленную компостную кучу закрывают пленкой (в дождливое лето обязательно) или рубероидом и оставляют так на год.

Для лучшего созревания компоста его периодически перемешивают и увлажняют. Доступ воздуха нужен полезным бактериям, которые перерабатывают растения в навоз.

Чтобы компостную кучу не перемешивать, можно сложить ее по схеме, предложенной в таблице:

Если летом появляются новые компоненты для компоста (стебли сорняков, трава и т. д.), то их укладывают в той же последовательности. Таких многоуровневых слоев должно быть не больше 5. Затем компостную кучу закрывают толстым (до 7 см) слоем земли или пленкой и оставляют на полгода — год. Созревший навоз можно использовать для удобрения растений по истечении этого срока.

Осенью вносят несозревший компост и навоз. Если удобрение почвы органикой проводится с осени, то субстрат равномерно распределяют по участку, а затем прикапывают на глубину не менее 15 см. В этом случае внесенная органика до весенней посадки разложится, и все полезные вещества получат молодые растения или деревья.

Помет тоже можно вносить с осени, но лучше это делать зимой — на снег, тогда его не нужно прикапывать.

Непосредственно перед посадкой вносят уже полностью дозревший перегной. Он должен быть мягким, рыхлым, рассыпчатым. Цвет готового навоза черный или темно-коричневый. Готовый навоз имеет запах свежей земли, исключение составляет перегной из компоста, его запах будет резким.

Для внесения перегноя под растения важна и его влажность. Проверить ее можно так: взять в руку горсть перегноя и сжать его, если при этом выделилось немного влаги — влажность на нужном уровне.

Вносят такой перегной в лунки при посадке растений на огороде, а в садовой практике — при пересадке саженцев деревьев.

Источник