Question

植物在土中如何生长的？

Answer 1

有了合适的水分条件，植物就可以很好地生长了吗?不行。经验告诉我们，植物的生长还需要有土壤。我国是最早意识到植物对土壤的依赖的国家，素有“万物土中生”之说。早在距今二三千年以前，我国就设立了专门的官员，他们的职责就是仔细考察辨别各种土壤的特性和适宜的作物，以作为指导农业生产的依据。

土壤对植物的影响为什么那么大呢?科学依据是什么呢?

1699年，英国人伍德沃特做了一个试验，他分别用雨水、河水、山泉水以及加了土的水培养薄荷，结果发现，植物在加土的水中生长得远比在单纯水中好。据此，他下结论说，植物不仅需要水，也需要土壤中的一些特殊物质。

1804年，瑞士的索修尔也做了一个有趣的实验：它将植物的种子浸在蒸馏水中，种子也会萌发，但生长出来的植株不久就会死亡，而且其总的含灰量一点儿也没有增加；但同样用蒸馏水，若将正常植物燃烧后所留下的灰分加入到其中，植物便可以正常生长。他的实验证明，在植物燃烧后的灰分中，有些物质对植物生长是非常必要的。

1840年，德国的李比西吸取了前人的成果，经过研究建立了矿质营养学说。什么是矿质呢?将植物烘干，充分燃烧，植物身体中的许多东西化作气体跑掉了，余下的一些不能挥发的残烬称为灰分，那就是矿质。由于矿质元素大多以氧化物的形式存在于灰分中，所以这些元素又称为灰分元素。植物体中的氮元素在燃烧中会散失，不会存在于灰分中，所以氮不是矿质元素。但植物中的氮大多数和矿质元素一样，是植物从土壤中吸取的，所以科学家就把氮和矿质元素放到一起研究。

正如植物的含水量变化幅度很大一样，植物的灰分含量也受到许多因素的影响，例如植物的种类、植物的环境、植物所处的不同的年龄阶段等都会影响植物的灰分含量。一般水生植物含灰量只有干重的1％左右，大多数中生植物约含5％～15％，盐生植物最高，有时可以达到45％以上；植物不同的器官、不同的组织所含灰分是不同的，如草本植物的茎和根为4％～5％，叶子则能达到10％～15％，木材约为1％，种子能达到3％；植物的老年植株灰分含量要大于幼年植株，老细胞灰分含量要大于幼细胞灰分。

虽然灰分含量一般只占植物体干重的百分之几，但其成分却是非常复杂的。现在，人们在植物体中发现了至少60种元素，其中比较普遍而且含量多的只有十多种，在这几十种元素中，有些在植物体中大量积累，需要量比较大一些；有些元素在植物体内虽然相对较少，却是植物绝对必需的，没有了它植物就不能正常发育。

怎样才能确定哪些元素是植物所必需的、哪些不是必需的呢?科学家们采用了两个比较巧妙的办法，一个就是溶液培养法(或水培法)，就是在含有全部或部分营养元素的溶液中栽培植物；另一个叫做矿基培养法(或砂培法)，是用洗净的石英砂或玻璃球等，加入含有全部或部分营养元素的溶液来栽培植物。这样，人们就可以在人工配制成的混合营养液中试着加入或不加这种元素，然后再观察植物的生长发育和生理状况的变化。如果除去培养液中某种元素后植物仍能够正常发育，说明这种元素不是该植物生长所必需的；如果除去某种元素后植物生长发育就不正常，而补充该元素后植物又可以恢复到正常状态，那就可以断定这种元素是该植物生长发育所必需的。

借助于溶液法和砂基培养法，科学家们很早就已经证明钾、钙、镁，铁、磷、硫，氮等7种矿质元素是植物所必需的，加上空气中的二氧化碳和水中的氢、氧等3种元素，植物必需的元素共有10种。后来，随着技术的改进和化学药品更加纯净，人们又证明锰、硼、锌、铜、钼和氯等6种元素同样是植物生长发育所不可或缺的，这样，植物生长发育所必需的元素就扩大到了16种。由于植物对铁、硼、锰、锌、铜、钼和氯这7种元素需要量极微，而且这些元素在周围环境中的含量稍多就会给植物造成毒害，因此这七种元素被称为微量元素；另外9种元素(碳、氢、氧、磷、钾、钙、镁、氮、硫)植物的需要量相对较大，因此人们称它们为大量元素。

世界上的大多数土壤中都存在植物所需的这些矿质元素，所以植物在生长时不会遇到“饥荒”，但也有特殊情况，土壤中某些矿质元素的含量不够或缺乏，这时植物就会生病。

那么，植物为什么需要这些元素呢?这些必需元素在植物体内究竟起什么样的作用呢?原来，在这些必需元素中，一部分元素是构成植物的细胞所必需的，是植物细胞的组成成分；一部分对植物的生命活动起着调节的作用，许多酶的活动需要它们的参与；还有的这两者兼而有之。例如，氮是构成蛋白质的主要成分，而在细胞质和细胞核中都含有蛋白质，由于氮在植物的生命活动中占有首要地位，因此又被称为生命元素。植物缺氮时病症常遍布整个植株，植株浅绿、基部叶片变黄、干燥时呈褐色、茎短而细；再如铁，它是酶的重要的组成部分和合成叶绿素所必需的，是叶绿素合成的先决条件，华北果树曾经出现的“黄叶病”就是植物缺铁所致，植物缺铁时首先损害到的是幼嫩的叶子，因为铁进入植物体后变为固定状态，不易转移，老叶中含有铁，不会轻易受害，所以会保持绿色，但是老叶中的铁无法传递到新叶中，所以新叶便会缺铁，叶绿素的合成受到抑制，使得嫩叶变黄；镁是一种活化剂，它可以活化植物呼吸作用过程中的一些酶的活性。没有镁，这些酶就没有催化活性，这将导致植物体出现各种各样的症状。此外，镁也是叶绿素的组分之一，缺乏镁，叶绿素就不能合成，结果将导致绿色植物叶子叶脉之间的部分变黄，有时还会出现红紫色；若缺镁严重时，则会形成褐斑坏死；植物如果缺之必需元素钙时，其顶芽会坏死，嫩叶产生变形，开始时呈弯钩状，后来从叶尖和叶的边缘逐渐向内坏死等等。

既然矿质元素缺乏会导致植物生病，那就多多给它们供应这些元素，行吗?不行，因为如果矿质元素过多，也会产生毒害，从而使植物生病，出现人们经常听说的“烧苗”现象，反而会使作物的产量下降，甚至使作物大面积死亡。

土壤还是大多数植物的生存方式所必需的。我们知道，陆生植物绝大多数要把它的枝叶伸向空中，以便充分利用空气和阳光，而植物要想站立起来，就必须使自己扎根于土壤、深植于大地上。另外，植物没有腿，自己不会走，是不能自主选择生存地域的生物，如果不能利用扎根的方式使自己定植，它就很容易被风吹走、被水冲走，转移到并不是很适合自己生存的地方。

土壤不但是提供给植物矿质营养的载体，也是提供给植物水分的介质，又是植物生存方式的必需，看来，土壤对自然界的绝大多数植物来说还真是必不可少的呢。