Воздушное питание растений определяется газовым составом атмосферы и её влиянием на физиологические процессы. Главными компонентами являются углекислый газ (CO₂), кислород (O₂) и азот (N₂), а также незначительные количества других газов, включая аргон, неон и водяной пар. Наиболее важным для метаболизма растений является CO₂, который служит исходным материалом для фотосинтеза. Азот воздуха в основном недоступен в молекулярной форме для растений и может усваиваться только через биологическое азотфиксационное взаимодействие с микроорганизмами.
Фотосинтез представляет собой процесс превращения неорганических веществ в органические при участии света. В хлоропластах листьев CO₂ связывается с водой в ходе фотохимических реакций, образуя углеводы. Углеродный скелет полученных молекул используется для синтеза аминокислот, липидов и нуклеотидов. Концентрация CO₂ в атмосфере напрямую влияет на интенсивность фотосинтеза: при недостатке углекислого газа скорость образования органического вещества значительно снижается.
Кислород играет ключевую роль в клеточном дыхании, обеспечивая энергетические потребности растения. В митохондриях происходит окисление углеводов с выделением АТФ, необходимого для роста, транспорта веществ и синтеза биомолекул. Дефицит O₂ приводит к анаэробным процессам, вызывающим накопление органических кислот и снижение общей жизнеспособности растения.
Азот в форме N₂ составляет около 78% объёма атмосферы, но растения не способны напрямую усваивать молекулярный азот. Для его включения в биохимический цикл необходимы азотфиксирующие микроорганизмы (Rhizobium, Azotobacter), которые преобразуют N₂ в аммоний или нитраты. Этот процесс особенно важен для бобовых культур и плодородия почвы. В естественных экосистемах фиксированный азот возвращается в почву через разложение органических остатков, обеспечивая непрерывность азотного цикла.
Поглощение газов из атмосферы происходит через устьица, расположенные на поверхности листьев. Процесс газообмена регулируется физиологическими механизмами, обеспечивающими баланс между поступлением CO₂ и потерей воды. Транспирация создаёт тургорный градиент, способствующий движению воды и растворённых питательных веществ по ксилеме, что косвенно влияет на эффективность воздушного питания.
На скорость усвоения газов влияют температура, освещённость, влажность воздуха и загазованность среды. Повышенные концентрации CO₂ стимулируют фотосинтез до определённого предела, в то время как загрязнение воздуха тяжёлыми металлами или оксидами серы и азота тормозит газообмен и нарушает метаболические процессы. Адаптивные механизмы растений включают изменения плотности устьиц, модификацию фотосинтетических пигментов и активацию антиоксидантных систем.
Элементы, такие как магний, железо, марганец и цинк, участвуют в ферментативных и фотохимических реакциях, обеспечивая эффективное связывание CO₂ и образование органических соединений. Недостаток этих микроэлементов вызывает хлороз, снижение активности фотосинтетических ферментов и снижение продуктивности растений.
Воздушное питание тесно связано с корневым: углерод и энергия, получаемые из CO₂, используются для усвоения почвенных минеральных веществ. Наличие азота и других макроэлементов в почве усиливает фотосинтетическую активность, создавая положительный синергетический эффект между двумя источниками питания. Эффективность этого взаимодействия является ключевым фактором для повышения урожайности и качества биомассы.