Мінеральне харчування рослин: теорії та закони

Будучи живим організмом, будь-яка рослина потребує певного набору поживних речовин для свого зростання, розвитку та розмноження. Тому одне з першорядних завдань агронома – забезпечити вирощувані ним культури всіма необхідними макро-, мезо- та мікроелементами у необхідній кількості та оптимальному поєднанні. А для цього потрібно знати та враховувати ряд факторів, серед яких – особливості цих речовин, їх взаємодія, тип ґрунту, потреби різних видів рослин, кліматичні умови тощо. буд.

Проблема забезпечення рослин поживними речовинами відома з часів зародження землеробства. Звичайно, тоді ще не були відомі механізми та причини, які роблять ґрунт родючим, а культурні рослини – більш урожайними. Проте, вже за часів використання найпримітивніших систем землеробства – підсічно-вогневої та залежної землероби відзначали зниження родючості земель, що засіваються через кілька років використання і, залишивши їх, переходили до освоєння нових ділянок.

Значним прогресом стало використання відновлення і поліпшення родючості грунтів гною, сидератів, бобових культур, застосування парів і сівозмін. Однак усі ці прийоми базувалися переважно на досвіді та знаннях, отриманих емпіричним шляхом.

Звичайно, для прогресу в землеробстві потрібно було точно знати, звідки рослини беруть поживні речовини, які саме і як керувати цим процесом. Тому багато дослідників у різний час висували з цього приводу свої гіпотези та проводили досліди.

Так, ще в XVI столітті французький хімік, садівник, художник-вітражист і кераміст Бернар Паліссі опублікував свою працю, в якій, зокрема, містилося припущення, що в рослинах є солі або розчини солей. Доказ цього – зола, що утворюється після спалювання рослин. З цього автор робив висновок, що харчуються рослини сольовими речовинами ґрунту та гною. Втім, ця теорія не набула широкої популярності.

Бернар Паліссі

Майже через століття голландський дослідник Ян Баптіста ван Гельмонт проводив досліди з рослинами, сподіваючись встановити джерела їх харчування. Невідомо, чи був він знайомий із теорією Паліссі, але зі своїх дослідів зробив зовсім інші висновки. Ван Гельмонт вважав, що вся справа – у воді, а ґрунт служить лише субстратом для прикріплення рослин, не беручи участь безпосередньо в їхньому харчуванні. Ці висновки стали основою водної теорії харчування рослин. Причому інші дослідники досвідченим шляхом підтвердили висновки ван Гельмонта.

Ян Баптіста ван Гельмонт

Втім, це той випадок, який можна описати словами класика «суха теорія, мій друже, а дерево життя пишно зеленіє». Адже будь-який селянин міг би спростувати цю теорію на практиці, пояснивши, що для отримання хорошого врожаю потрібна не лише вода, а й, скажімо, гній, а за однакового поливу різні за своїми характеристиками землі дадуть різний результат при вирощуванні тих самих культур.

Щодо вчених, то одним із перших засумнівався у водній теорії англійський професор медицини Джон Вудворт наприкінці того ж XVII століття. Його досліди показали, що рослини краще розвиваються не просто у чистій воді, а у воді, до якої додано землю.Втім, його досліди не похитнули впевненості послідовників теорії водного харчування у своїй правоті, і ця теорія залишалася однією з основних у цій галузі ще близько століття.

Але паралельно йшло накопичення знань, які не узгоджуються з цією теорією. Наприклад, німецький хімік Йоганн Рудольф Глаубер проводив досліди із селітрою, які показали, що її використання для вирощування рослин дозволяє збільшити врожай. Подібні досліди інших вчених призводили до висновків про те, що рослинам потрібні калійні та фосфорнокислі солі.

Йоганн Рудольф Глаубер

Проте лише в середині XVIII століття Вігману і Польсторфу вдалося похитнути впевненість прихильників водної теорії харчування рослин. Ці дослідники проводили досліди, використовуючи досконалішу методику, ніж їхні попередники. Вони використовували для вирощування рослин нейтральний субстрат – платиновий дріт та промитий кислотою кварцовий пісок. Воду для поливу брали дистильовану. Рослини в цих дослідах гинули відразу після того, як використовували запаси, що містяться в насінні, з якого були вирощені. Таким чином, було доведено, що для харчування рослин потрібна не лише вода.

А що ж потрібно ще? На це питання, як здавалося, відповідала гумусова теорія харчування рослин, що виникла тоді ж. Її назва каже сама за себе: прихильники цієї теорії пояснювали зростання та розвиток рослини поглинанням гумусу та будівництвом тканин саме з нього. Втім, і ця теорія у майбутньому виявиться спростованою. Крім того, вона неправильно пояснювала роль мінеральних речовин у харчуванні рослин, зводячи її лише до того, що ці речовини допомагають засвоєнню гумусу.

Джозеф Прістлі

Відкриття процесу фотосинтезу призвело до створення ще однієї теорії повітряно-світлового живлення рослин. Хрестоматійні досліди Джозефа Прістлі у другій половині XVIII століття, в яких він поміщав у герметичний посуд спочатку свічку, потім – тварину, а після цього – рослину, показали, що рослини виділяють кисень. Адже повітря, яке після горіння свічки переставало підтримувати і саме горіння і дихання тварин, знову набувало цих властивостей, якщо в посудині на деякий час залишали рослину.

Потім було зроблено ще багато дослідів, які розкрили суть фотосинтезу. Так, вже незабаром було доведено, що рослини синтезують органічну речовину з вуглекислого газу, що міститься у повітрі. Однак для того, щоб це відкриття стало загальновизнаним, знадобилося ще багато років та зусиль дослідників.

Досвід Дж. Прістлі

Втім, і ця теорія не повною мірою пояснювала, чим же харчуються рослини. Хоча серед її прихильників були й такі, що найближче підійшли до пояснення досліджуваного питання. Так, на підставі власних дослідів, французький вчений Нікола Теодор де Соссюр в 1804 зробив висновок, що головним джерелом вуглецю для рослин є повітря, а зольні (мінеральні) речовини вони отримують з грунту.

Подібні погляди висловлював німецький вчений Шпренгель. На висновки своїх попередників, зокрема, спирався німецький хімік Юстус фон Лібіх, який у 1840 р. висунув мінеральну теорію харчування рослин. Вона стала однією з основ сучасних уявлень у цій галузі.

Саме Лібіх довів, що елементи, які виділяють із золи рослин, ці організми одержують із ґрунту у вигляді мінеральних солей.Також він сформулював закон мінімуму Лібіха (відомий також як закон обмежуючого фактора або «бочка Лібіха»), згідно з яким урожай залежить від того елемента живлення, кількість якого є мінімальним. Він же запропонував використовувати мінеральні добрива для того, щоб внести в ґрунт недостатні мінеральні речовини.

Юстус фон Лібіх

Втім, у своїх працях фон Лібіх не зміг показати роль та джерело азоту у харчуванні рослин, що робило мінеральну теорію не повною. А доповнив її французький хімік Жан Батист Буссенго в 1830-40-х роках, провівши низку дослідів і зробивши висновки про те, що азот рослини отримують не з повітря (як припускав Лібіх), а з ґрунту, причому також з мінеральних солей.

Розвиток зазначених теорій, зрештою, призвело до сучасних уявлень про харчування рослин. У формі, найбільш значущої для агрономії, вони сформульовані в законі автотрофності зелених рослин, який поєднує теорію фотосинтезу та теорію мінерального живлення рослин.

Відповідно до цього закону, зелені рослини, використовуючи енергію сонячного світла та поглинаючи з повітря вуглекислий газ, а з ґрунту – воду та мінеральні речовини, синтезують необхідні органічні речовини у кількості, що забезпечує розвиток та високу продуктивність рослин.

Тому одним із найважливіших принципів формування врожаю є інтенсивне нарощування оптимальної асиміляційної поверхні, здатної найбільш ефективно засвоювати сонячну енергію для синтезу органічних речовин та формування організму рослини.

Закон автотрофності зелених рослин – один із семи законів (правил), які відомий український агрохімік Григорій Господаренко називає серед найпоширеніших в агрономічній практиці.

Крім названого, це також закони (правила): рівнозначності та незалежності факторів життя рослин; сукупності взаємопов'язаної їхньої дії; мінімуму, оптимуму та максимуму; повернення поживних речовин у ґрунт; плодозміни; підвищення родючості ґрунту. Вони забезпечують всебічний та обґрунтований підхід до застосування елементів технології з метою отримання найбільшої ефективності від них у підвищенні врожайності за збереження екологічної рівноваги природного круговороту речовин.

Спрямованість кожного елемента технології поліпшення функціонування агроценозів є основою реалізації біопродуктивного потенціалу гібриду чи сорту. При цьому необхідно враховувати, що рівень їхнього врожаю залежить, насамперед і найбільшою мірою, від відновлення факторів, що знаходяться в мінімумі.

У той же час і надлишок будь-якого фактора негативно впливає на продуктивність агроценозів. Таким чином, максимальний урожай можна отримати лише за оптимального змісту та співвідношення всіх факторів життя рослин. При цьому, крім факторів космічних – світла та тепла, атмосферних (погодних) – води, кисню, вуглекислого газу, азоту, ґрунтових – вологи, повітря, поживних елементів, рослинам необхідні макро-, мезо- та мікроелементи у вигляді добрив.

У зв'язку з цим є сенс докладніше зупинитися на законі мінімуму Лібіха (законі обмежуючого чинника). При всій своїй простоті та практичній привабливості, він має ряд недоліків:

– рівень урожаю залежить не тільки від живильного елементу, що надходить у рослину в мінімальній кількості, а й від будь-якого екологічного фактора, що знаходиться в мінімумі (це може бути забезпечення вологою, світлом тощо);

– продуктивність рослин є характеристикою не тільки кількісної (урожай зерна, плодів тощо з одиниці площі), але й якісної (вміст білка в зерні, цукру в цукрових буряках тощо). рівня забезпеченості рослин поживними елементами. Тому необхідно враховувати дві точки мінімуму: кількості та якості врожаю;

– відповідно до правила нормованої потреби рослин у поживних елементах, точка мінімуму врожаю «плаваюча»: при одному поєднанні кількості поживних елементів точка мінімуму буде однією, при іншому – вищою або нижчою.

Враховуючи зазначені недоліки закону мінімуму, німецький вчений Е. Вольні замість нього запропонував використовувати закон оптимуму, згідно з яким урожай буває найвищим за оптимального поєднання факторів.

Віктор Шелфорд

Крім того, обмежуючий вплив на врожай має не лише недолік, але й надлишок будь-якого фактора.

Поняття «толерантність» в даному випадку означає витривалість організму по відношенню до коливань будь-якого екологічного фактора.

Закон толерантності

Правило залежності рівня врожаю від кількості того чи іншого поживного елемента стверджує, що зі збільшенням норми елемента врожай спочатку зростає, потім стабілізується, а за дуже високих норм зазвичай починає знижуватися. Причому різні елементи в таких випадках діють по-різному. Наприклад, калій збільшена зона стабілізації, а в азоту слабо виражена зона інгібування. При внесенні мікродобрив спостерігається різкий перехід від зони зростання врожаю до зони його пригнічення навіть при незначному перевищенні оптимальної норми внесення.

Важливим із практичної точки зору є і закон антагонізму іонів, який у ХІХ столітті сформулював скандинавський учений Оскар Лев. Згідно з ним, окремі хімічні елементи, які знаходяться у ґрунті або у водному розчині в надлишку, перешкоджають поглинанню рослинами інших елементів. Звідси випливає, що співвідношення елементів у ґрунті має бути оптимальним.

Вивчення закономірностей мінерального харчування рослин спричинило появу науки агрохімії. Нині вона нерозривно пов'язана з агрономією. І правильне практичне застосування цих закономірностей в організації мінерального харчування рослин необхідне кожному агроному для найповнішого розкриття потенціалу сортів та гібридів культурних рослин, отримання високих урожаїв продукції належної якості.

Поділитись у соцмережах:

Які речовини потрібні для мінерального живлення рослин?

Мінеральні елементи - це неорганічні поживні речовини, що зустрічаються в природі, що містяться в грунті і продуктах харчування, які необхідні для правильного функціонування живих організмів. Мінерали – життєво важливі елементи, необхідні як рослинам, і тваринам.

Мінеральне харчування рослин

Мінеральне харчування рослин - це ряд біохімічних, біофізичних та фізіологічних процесів, за допомогою яких іони мінералів абсорбуються з ґрунту, транспортуються та включаються в обмін речовин рослини. Усього для нормального зростання та розвитку рослин необхідно близько 20 хімічних речовин. З них чотири основні елементи: вуглець і кисень з атмосфери, водень із води та азот із мінеральних сполук. Вони називаються органогенними елементами, оскільки є основними компонентами органічних речовин.

Залежно від потреби рослини у мінеральних речовинах виділяють:

• Макроелементи (O, C, H, S, P, N, Ca, K, Mg) – становлять понад 0,01% від сухої маси рослини
• Мікроелементи (Fe, Co, Cu, Cl, B, Zn, Mn, Mo, Ni, Na, Si) - становлять менше 0,01% сухої маси рослини

Таблиця. Основні мінеральні елементи, необхідні росту рослин

Хімічні елементи можуть мати специфічні функції, характерні тільки для них (наприклад, функціонувати як складові ферментативних каталітичних центрів або простетичних груп, як активатори ферментів шляхом зміни конформаційної структури білків, як регулятори колоїдного статусу цитоплазми), або мати неспецифічні функції, в цьому випадку вони можуть бути замінені іншими елементами (наприклад, осмотичний тиск може бути досягнутий шляхом збільшення концентрації різних молекулярних частинок).

Поглинання мінеральних елементів рослинами відбувається на рівні кореневих волосків за допомогою ендосмосу, і часто цьому сприяють мікориз (симбіотичні відносини між коренем та мікроскопічними грибами) та бактеріориз (симбіоз між корінням та бактеріями). Азот абсорбується з ґрунту у вигляді нітритів та нітратів, які пізніше перетворюються на аміак та використовуються для синтезу глутаміну та аспарагіну в результаті реакцій амінування. Це повсюдний компонент більшості органічних речовин.

Сірка абсорбується у вигляді іонів SO₄ 2 − іонів і входить до складу високо каталітичних протеїногенних амінокислот цистеїну та метіоніну, є частиною коферменту А та вітамінів, а також має вирішальне значення для контролю окисно-відновного стану клітини за рахунок рівнів глутатіону.

Фосфор входить до складу АТФ, нуклеїнових кислот, фосфоліпідів у біологічних мембранах, він є основою передачі сигналів та інших процесів управління білковою активністю. Він засвоюється як солей ортофосфорної кислоти. Крім того, іони металів (Ca, K, Fe, Mg, Cu, Mb, Zn) є ключовими компонентами в процесі мінерального живлення та необхідні для росту та розвитку рослин.

Значення мінеральних речовин для рослин

Мінерали відіграють важливу роль у багатьох життєво важливих для рослин процесах:

• Врівноважуюча функція: певні солі або мінерали діють проти шкідливого впливу інших поживних речовин, таким чином врівноважуючи один одного.
• Підтримка осмотичного тиску: деякі мінерали клітинного соку в органічній чи неорганічній формі беруть участь у регулюванні осмотичного тиску у клітині.
• Вплив на pH клітинного соку: різні аніони та катіони впливають на pH клітинного соку.
• Побудова тіла рослини: вуглець, водень і кисень - це елементи, які допомагають побудувати тіло рослин, надходячи в протоплазму та будуючи клітинні стінки.
• Каталізбіохімічних реакцій: мінерали, такі як цинк, магній, кальцій та мідь, діють як металеві каталізатори в біохімічних реакціях.
• Токсичне вплив: деякі елементи, такі як миш'як та мідь, надають токсичну дію на протоплазму за певних умов.

Мікроелементи

Значення деяких мікроелементів для рослин викладено нижче:

Мідь

• Це компонент оксидази, цитохромоксидази, фенолази та оксидази аскорбінової кислоти, який відповідає за активацію ферментів.
• Мідь відіграє життєво важливу роль у фотофосфорилуванні.
• Вона також допомагає збалансувати вуглеводно-азотне регулювання.

Марганець

• Необхідний для фотосинтезу під час фотолізу води.
• Бере участь у синтезі хлорофілу.
• Діє як активатор азотистого обміну.

Цинк

• Необхідний для синтезу триптофану, метаболізму вуглеводів та фосфору.
• Входить до складу таких ферментів, як карбоангідраза, молочнокисла дегідрогеназа, гексокіназа та карбоксипептидаза.

Макроелементи

Функції основних макроелементів для рослин:

Фосфор

• сприяє здоровому дозріванню плодів та зростанню коренів, допомагаючи транслокації вуглеводів.
• Удосталь містяться в плодах і насінні.
• Дефіцит фосфору призводить до передчасного опадання листя, яке стає пурпурним або темно-зеленим.

Азот

• Є в різних коферментах, гормонах, АТФ і т.д.
• Азот є незамінним компонентом вітамінів, нуклеїнових кислот, білків та багатьох інших речовин.
• Дефіцит азоту призводить до повного пригнічення цвітіння та плодоношення, порушення росту та розвитку антоціанової пігментації в стеблах.

Калій

• Калій - єдиний одновалентний катіон, необхідний рослин.
• Діє як активатор ферментів, включаючи ДНК-полімеразу.
• Дефіцит калію призводить до затримки розвитку, уповільнення росту та плямистого хлорозу.

МІНЕРАЛЬНЕ ЖИВЛЕННЯ РОСЛИН

До складу рослинних тканин входить понад 60 хімічних елементів, потреба в яких рослин неоднакова.

У великих кількостях поглинаються макроелементи (Азот, фосфор, калій, кальцій, магній і сірка), у значно менших кількостях потрібні рослинам мікроелементи (Залізо, марганець, цинк, мідь, бір та ін.). У ще менших кількостях до складу рослинних тканин входять ультрамікроелементи (золото, платина та ін.), роль яких у житті рослин практично не вивчена. Усі макро- і мікроелементи життєво необхідні рослин: недолік будь-якого їх веде до порушення фізіологічних процесів, зниження опірності несприятливим умовам середовища проживання і хворобам.

Елементи мінерального харчування надходять у рослини переважно через коріння. Можуть вони надходити і через листя, на чому заснований такий агроприйом, як позакореневе підживлення рослин.

Роль елементів мінерального живлення рослин дуже специфічна, і тому для нормального росту та розвитку один елемент не можна замінити іншим.

Азот - один із головних органогенів, є обов'язковим елементом нуклеїнових кислот, що визначають спадковість організму. Він входить до складу амінокислот, білків, багатьох ростових речовин, алкалоїдів, вітамінів, ферментів, хлорофілу та інших життєво важливих сполук.Азот надходить у рослину у формі нітритних, нітратних та амонійних іонів. Доведено можливість надходження в рослину деяких форм органічного азоту у вигляді амінокислот та аспарагіну. При нестачі азоту в рослині порушується обмін речовин, затримуються його зростання та розвиток.

Фосфор - входить до складу нуклеїнових кислот, фосфатидів, деяких ферментів, АТФ та ін. Він відіграє важливу роль у процесах дихання та фотосинтезу (окислювальне та фотосинтетичне фосфорилювання). Поглинається як аніону ортофосфорної кислоти. У молодих органах рослин вміст фосфору більший, ніж у старих.

Калій - надходить у рослину як іона. Більше 70% калію знаходиться в клітині у вільному стані, близько 30% - в адсорбованому. Калій прискорює синтез білків, крохмалю та жирів, активує процеси фотосинтезу та відтоку асимілятів з листка. Впливає діяльність ферментів, що у освіті АТФ, регулює величину осмотичного тиску клітинного соку, знижує в'язкість цитоплазми. Калій виявляється переважно у молодих тканинах рослин.

Магній - надходить у рослину як іона, входить до складу хлорофілу. При нестачі магнію у рослині пригнічується синтез білка, знижується вміст хлорофілу. Магній посилює активність ряду ферментів, зменшує гідратацію колоїдів, збільшує в'язкість цитоплазми.

Кальцій - поглинається рослиною у вигляді іона, нейтралізує шкідливі для рослин щавлеву та пектинову кислоти, збільшує в'язкість цитоплазми, підвищуючи тим самим жаростійкість рослин. Перебуваючи у підвищених концентраціях у сім'япочках рослин, кальцій виконує роль хемотропічного агента, спрямовуючи ріст пилкових трубок (Леопольд, 1968).При нестачі кальцію порушується розвиток кореневих систем, відбуваються їх ослизнення та загибель.

Сірка - надходить у рослину у вигляді аніону (SO-r - ) і потім відновлюється до сульфгідрильної (SH) або дисульфідної (S-S) групи. Входить до складу найважливіших амінокислот (цистин, цистеїн, метіонін), вітаміну Bi, білків та ін.

Залізо - надходить у рослину у вигляді іону (Fe 3+ ) і входить до складу окислювально-відновних ферментів, зокрема ферментів цитохромної системи, що беруть участь в електроннотранспортному ланцюзі при фотосинтезі та диханні. Залізо каталізує утворення хлорофілу. За браку заліза в зелених рослин виникає хлороз.

Бор, марганець, цинк, мідь, молібден та інші мікроелементи активують діяльність різних ферментів, що беруть участь в азотному обміні, процесі дихання, підвищують продуктивність фотосинтезу, позитивно діють на синтез ауксинів, підвищують стійкість до захворювань.

Деревні рослини поглинають мінеральні речовини протягом року нерівномірно. Поглинання елементів живлення у більшості деревних рослин інтенсивно протікає у першій половині вегетації та залежить від видової приналежності, типів лісу, віку, хімічних та фізичних властивостей ґрунту та ін.

У таблиці 5.1 наведено дані (Ахромейко, 1965) про винесення елементів мінерального живлення деревною рослинністю у різних типах лісу для деревостанів віком 25-38 років.

Таблиця 5.1 - Щорічне споживання елементів мінерального живлення деревостоями у різних типах лісу, кг на 1 га

Тип лісу, ТЛРУ, клас бонітету

Сума всіх елементів

Поглинання окремо за деякими елементами

Сосняк брусничниковий, В2, I

Ялинник зеленомошниково- КИСЛИЧНИКОВИЙ, Вз, II

Липняк сновидево-осоковий, Пн. II

Дубняк осоково-снитьковий, Дз, I

Осинник осоково-снитьковий, Дз, I

Березняк різнотравний, С3-С4,1

Наведені дані (табл. 5.1) свідчать, що найбільший сумарний винос елементів мінерального харчування посідає деревостої осики і берези у типах лісу з лісорослинними умовами Дз (дубрава волога) і С3-С4 (судубрава волого-сира). Найменший рівень поглинання елементів живлення характерний для деревостанів сосни.

Поглинання елементів мінерального живлення в залежності від віку деревостою показано на прикладі сосни (табл. 5.2).

З даних таблиці 5.2 видно, що найбільше винесення елементів мінерального харчування для сосни посідає вік 30-45 років. Така ж особливість у поглинанні елементів харчування характерна і для багатьох інших деревних порід (як хвойних, так і листяних).

Одночасно у вигляді опаду щорічно повертається у ґрунт від 50 до 60 кг на 1 га (для сосни та ялини) та до 150-200 кг на 1 га (для листяних порід) елементів живлення. Вміст азоту та зольних елементів в опаді деревних рослин більше, ніж у трав'яно-моховому покриві.

Таблиця 5.2 - Щорічне споживання елементів мінерального живлення деревостоями сосни залежно від віку, кг на 1 та (сосняк брусничниковий, свіжа субота, клас бонітету I). І. А. Ахромейко (1965)

Вік деревостою, років

Особливе місце в мінеральному харчуванні рослин належить азоту, оскільки він є обов'язковою складовою найважливіших органічних сполук, що синтезуються рослинами.

Величезна кількість азоту (78% за складом) знаходиться в атмосфері. Однак для вищих рослин він недоступний, за винятком азоту, пов'язаного у вигляді парів аміаку та оксидів.

Основним джерелом азоту для рослин є ґрунт, незважаючи на те, що вміст його там досить низький.

У ґрунті азот знаходиться переважно у формі органічних (білок, амінокислоти, аміди, гумус та ін.), а також неорганічних (солі аміаку, азотної та азотистої кислот) сполук. Однак білки та інші нерозчинні у воді органічні сполуки азоту недоступні для рослин. Певною мірою рослини можуть засвоювати деякі амінокислоти, сечовину та пептон. Особливо легко засвоюються рослинами мінеральні сполуки азоту: аміачні солі, нітрати, нітрити.

азот, що знаходиться в грунті, зазнає ряд перетворень, обумовлених в основному діяльністю мікроорганізмів. Органічний відпад не накопичується у ґрунті, а піддається мінералізації за участю ґрунтової мікрофлори. Цей процес відбувається поетапно.

Спочатку білки, що включають органічний азот, піддаються мікробіологічної мінералізації, у результаті виділяється аміак. Цей етап отримав назву амоніфікації. Амоніфікація може йти в аеробних та анаеробних умовах. Цей процес здійснюється різними видами бактерій, актиноміцетів та цвілевих грибів.

Розкладання білків починається зі ступінчастого гідролізу, що йде за допомогою протеолітичних ферментів, що виділяються бактеріями. Утворені при цьому амінокислоти піддаються або аеробному або анаеробному дезамінування. Аміак, що утворюється в процесі дезамінування, частково використовується мікроорганізмами, а залишок його збагачує грунт азотом. Прикладом амоніфікації може бути гідроліз сечовини у грунті з уробактерій.

Аміак, що утворюється при цьому, піддається подальшому мікробіологічному окисленню - нітрифікації, яка проходить у дві стадії. Спочатку аміак за участю нітрозних бактерій (Nitrosomonas та ін) окислюється до азотистої кислоти. Потім азотна кислота під впливом бактерій роду Nitrobacter окислюється до азотної кислоти. Нітрифікуючі бактерії є хемосинтетиками і не потребують готових органічних речовин. Для синтезу вуглеводів вони використовують енергію, що виділяється при окисних процесах. Завдяки процесу нітрифікації відбувається збагачення ґрунту солями азотної та азотистої кислот у строго аеробних умовах.

Нітрати, що утворюються внаслідок нітрифікації, можуть надалі відновлюватися до молекулярного азоту, недоступного для вищих рослин. Цей процес, який отримав назву денітрифікації, відбувається завдяки діяльності бактерій-денітрифікаторів. Найбільш активними є Bacterium denitrificans і Bacterium fluorescens. Азот у грунті може відновлюватися і за хімічної взаємодії нітритів з амідними сполуками (непряма денітрифікація).

Денітрифікація збіднює ґрунт доступними для рослин сполуками азоту, що особливо характерно для важких за механічним складом, сирих, погано аерованих ґрунтів. Меліорація, розпушування ґрунту, проріджування лісового пологу сприяють придушенню денітрифікації та створюють оптимальні умови для процесів амоніфікації та нітрифікації внаслідок підвищення температури ґрунту та його аерації.

Значна частина ґрунтового азоту, що споживається рослинами, заповнюється за рахунок фіксації його з атмосфери так званими азотфіксуючими мікроорганізмами. Серед них розрізняють симбіотичні мікроорганізми (полуневі бактерії на коренях гороху, конюшини, люпину та ін) і вільноживучі в грунті та воді. Вільно-живучі ґрунтові бактерії Azotobacter, а також Clostridium pasteurianum мають здатність приєднувати молекулярний азот до плазми свого тіла і після відмирання мінералізувати його.