История развития агрохимических знаний

Агрохимия, как и любая другая наука, появилась, чтобы ответить на вопросы, возникшие в процессе практической деятельности человека. Многие тысячелетия в земледелии применяются навоз, зеленые удобрения, известь, гипс, зола. Однако научное обоснование влияния их на плодородие почвы было дано сравнительно недавно. Почему навоз повышает урожайность, одним из первых попытался объяснить французский художник и естествоиспытатель Б. Палисси (ок. 1510–1589). В 1563 г. он писал, что «соль есть основа жизни и роста всех посевов». Навоз, считал он, содержит соли, которые получаются при разложении сена и соломы.

Через 100 лет немецкий химик И. Глаубер (1604–1668) выдвинул гипотезу о том, что главным элементом навоза, влияющим на урожайность, является селитра, которую к тому времени уже давно получали из навоза для изготовления пороха. Внесение селитры действительно повышало урожайность, но объяснение, почему это происходит, было дано лишь после открытия азота, т.е. спустя еще 100 лет. В 1753 г. М. В. Ломоносов (1711–1765) впервые дал научное объяснение воздушному питанию растений. В своей работе «Слово о влияниях воздушных, от электрической силы происходящих» он писал: «... питание растениям доставляет воздух, почерпаемый листьями». Гениальные догадки Ломоносова о воздушном питании растений вскоре были подтверждены английским химиком Дж. Пристли (1733–1804), швейцарским физиологом Ж. Сенебье (1742–1809) и другими учеными того времени, которые доказали, что зеленые листья, поглощая углекислоту, на свету выделяют кислород и запасают углерод.

Научное обоснование корневого питания растений шло медленнее, чем воздушного. В 1761 г. шведский ученый Валериус высказал предположение, что растения питаются гумусом и что только органические вещества почвы являются пищей для растений, а другие вещества, например мел, могут способствовать растворению веществ гумуса. Сторонником «гумусовой» теории также был немецкий агроном А. Тэер (1752–1828). По-другому объяснял источник питания растений русский ученый-агроном А. Т. Болотов (1738–1833). В книге «Об удобрении земель» (1770) он писал, что пища растений в почве «состоит в воде и некоторых особливых земляных или паче минеральных частичках».

Большой вклад в развитие науки о питании растений внес французский ученый Ж. Буссенго (1802–1887). Он первым стал изучать азотное питание растений и доказал важное значение азота в земледелии. В 1836–1838 гг. Буссенго установил, что бобовые культуры обогащают почву азотом, поглощая его из воздуха. Исследуя углеродное питание, он доказал, что источником углерода для растений является углекислый газ воздуха.

Существенный вклад в обоснование несостоятельности «гумусовой» теории внесла книга Юстуса Либиха (1803–1873) «Химия в приложении к земледелию и физиологии» (1840). В ней была сформулирована теория минерального питания растений, основным положением которой является то, что растение питается только неорганическими веществами. Гумус же является источником углекислоты в почве, которая «подготавливает» минеральную пищу растениям. Различные растения по-разному извлекают из почвы минеральные вещества, поэтому, считал Либих, культуры следует чередовать. Из всех элементов питания растений Либих, как наиболее важный выделял фосфор, так как в зерне его содержится больше, чем в соломе. Поскольку фосфор вместе с зерном может вывозиться из хозяйства, а солома остается на подстилку и на корм, Либих считал необходимым возврат в почву элементов питания и, прежде всего, фосфора. Он предложил получать фосфорное удобрение, обрабатывая размолотые кости серной кислотой. Либих рекомендовал возвращать в почву прежде всего те вещества, которыми она особенно бедна, так как именно от этого зависит величина урожая: если в почве мало фосфора, то внесением азота и калия оптимальные условия питания создать невозможно.

Это открытие Либиха, получившее название закон минимума, и его утверждения о необходимости возвращать почве извлеченные из нее растениями питательные элементы, К. А. Тимирязев назвал «одним из важнейших приобретений науки». Сделав ряд важных открытий, Либих вместе с тем заблуждался, считая, что для питания растений достаточно того азота, который находится в воздухе, а в навозе самыми ценными являются зольные элементы – фосфор, калий и др. Поэтому навоз можно сжигать и использовать в качестве удобрения золу.

Теория Либиха о минеральном питании растений оказала большое влияние на развитие агрохимии. Во многих странах развернулись агрохимические исследования, началось использование минеральных удобрений в земледелии, строительство предприятий по их производству.

Большой вклад в науку о питании растений внесли исследования немецкого агрохимика Г. Гельригеля (1831–1895). В 1886 г. была опубликована его работа об усвоении азота из воздуха бобовыми. В России клубеньковые бактерии на корнях бобовых обнаружил еще в 1865 г. ботаник и миколог М. С. Воронин (1838–1903).

Опыты выращивания растений на питательных смесях подтвердили необходимость для растений азота, фосфора, калия, кальция, магния и серы, благодаря им были установлены концентрации и соотношение элементов в растворах. Позднее была доказана потребность растений в микроэлементах, а также невозможность заменить один элемент питания другим.

В развитие агрохимической науки большой вклад внесли русские ученые. И. М. Комов (1750–1792) и А. Т. Болотов (1738–1833) в своих работах уделяли большое внимание органическим удобрениям, золе, извести и др. Плодородие почв А. Т. Болотов определял в опытах с удобрениями. Он и А. П. Пошман в начале XIX в., еще до работ Либиха, отмечали значение для питания растений минеральных солей, образующихся при разложении навоза. А. П. Пошман рекомендовал готовить компосты из навоза, извести, мусора и золы.

С 60–70 гг. XIX в. в России развертываются широкие научные исследования в области питания растений и применения удобрений. Особенно большое значение имели исследования А. Н. Энгельгардта, Д. И. Менделеева, П. А. Костычева, К. А. Тимирязева.

А. Н. Энгельгардт (1832–1893), профессор Петербургского земледельческого института, демократический деятель, автор писем «Из деревни», книги «Химические основы земледелия» предложил использовать фосфориты на удобрение в виде фосфоритной муки. Он обследовал залежи фосфоритов в Курской, Смоленской и других губерниях России. В 1868 г. начали работать заводы по изготовлению фосфоритной муки. Зону применения фосфоритной муки на дерново-подзолистых почвах Д. Н. Прянишников назвал «энгельгардтовской зоной». Энгельгардт разрабатывал способы совместного применения органических, минеральных удобрений и известкования.

Выдающийся ученый-химик Д. И. Менделеев (1834–1907) создал опытные станции в Московской, Петербургской, Симбирской и Смоленской губерниях, где проводились агрохимические исследования: изучались состав и свойства почв, влияние удобрений на плодородие угодий и урожайность культур. Он рекомендовал больше уделять внимания изучению фосфорных и «щелочно-поташных» (калийных) удобрений, а также широко применять навоз, азотные удобрения и известь.

П. А. Костычев (1845–1895) считается одним из основоположников русской агрономической науки. Анализируя «теорию полного возврата» Либиха, он замечал, что плодородие почвы зависит не только от содержания в ней питательных элементов, но и от гранулометрического состава, структуры и других физических свойств. Он был первым ученым, положившим начало биологическому направлению в агрономии, получившему развитие в трудах Д. Н. Прянишникова и других ученых.

В становление агрохимической науки большой вклад внес К. А. Тимирязев (1843–1920). Кроме изучения фотосинтеза он большое внимание уделял биологическому синтезу азота бобовыми, считая, что получение азотных удобрений из азота воздуха обещает крутой поворот в земледелии. Ему принадлежит разработка методики проведения вегетационных опытов.

Систематическая научно-исследовательская работа по изучению взаимодействия растений, почв и удобрений в России связана с большой научной и организаторской деятельностью Д. Н. Прянишникова (1865–1948). Он обосновал теорию аммиачного и нитратного питания растений, разработал рекомендации по применению аммиачных удобрений. Им выполнены классические исследования по азотному обмену в растениях. Под руководством Д. Н. Прянишникова изучались вопросы фосфорного и калийного питания растений. Нет ни одного серьезного направления в агрохимии, в котором не принимал бы активного участия академик Прянишников. Он был инициатором создания Научного института по удобрениям (1919), позднее (1931) Всесоюзного института удобрений и агропочвоведения – ВИУА, принимал активное участие в организации географических опытов с удобрениями, доказывал необходимость расширения посевов бобовых культур, улучшающих баланс азота и гумуса почвы.

Почвовед и агрохимик академик К. К. Гедройц (1872–1932) разработал основы коллоидной химии почв, методы их химического анализа, определил виды поглотительной способности, разрабатывал вопросы теории известкования кислых почв.

Большой вклад в развитие агрономической химии внесли А. Н. Лебедянцев, Д. А. Сабинин, Ф. В. Турчин, О. К. Кедров-Зихман, А. В. Петербургский, Т. Н. Кулаковская и др.

В Беларуси первые агрохимические исследования проводились в Горы-Горецком земледельческом институте (сегодня – БСГХА). Здесь в 1840 г. было организовано первое в России опытное поле для изучения севооборотов, агротехники возделывания различных культур, проверки сельскохозяйственных орудий, а также удобрений. В 1840 г. было заложено девять опытов, первые данные были получены в 1842 г. В то время еще шли поиски элементов, солей, которые используются растениями для питания, поэтому в опытах участвовали серная и соляная кислоты, толченый кирпич, зола, гипс, известь, жженая известь, различные виды навоза, зеленые удобрения. Изучалось также влияние на урожайность нового удобрения – суперфосфата. Исследовалась костная мука, для ее приготовления в 1860 г. в учебном хозяйстве была оборудована мельница. Результаты опытов ежегодно обсуждались на съездах ученых, помещиков и крестьян.

На протяжении десяти лет опыты с удобрениями проводились под руководством профессора И. А. Стебута (1833–1923), выпускника Горы-Горецкого института (1854 г.). Первым в России он исследовал известкование кислых почв, а также проводил опыты с органическими и минеральными удобрениями. И. А. Стебутом написаны работы «Известь как средство восстановления почв», «Известкование почвы», «Истощение и удобрение почвы» и др. Ближайшим помощником Стебута был также выпускник Горы-Горецкого института А. П. Людоговский (1840–1882). В Горках он написал свою первую научную работу «О костяном удобрении и способах его применения». По существу это была первая в России научная статья по фосфорным удобрениям.

После 1917 г. в Горках была создана сеть сельскохозяйственных опытных станций и опытных полей, на которых исследовалась агротехника культур, разрабатывались способы повышения урожайности и продуктивности животных, изучались проблемы механизации и экономики сельскохозяйственного производства.

Большие и разноплановые исследования по агрохимии проводились под руководством академика О.К. Кедрова-Зихмана (1885–1963), который с 1921 по 1931 г. заведовал кафедрой агрохимии Белорусской сельскохозяйственной академии. Им изучалось известкование почв, применение органических, а также микроудобрений. Впервые были поставлены опыты с фосфоритами из Мстиславского месторождения. Под руководством академика Е. К. Алексеева (1884–1972) в БСХА исследовалась эффективность зеленых удобрений на почвах нечерноземной зоны.

В 30-е годы в Беларуси было 70 сельскохозяйственных научных учреждений. Центром агрономической науки в тот период стали научные институты сельского хозяйства АН БССР и Белорусский научно-исследовательский институт почвоведения и агрохимии (БелНИИПА), которым руководил академик В. И. Шемпель (1908–1975). Он занимался разработкой рациональных систем удобрения сельскохозяйственных культур.

Большая заслуга в развитии агрохимии в семидесятых и первой половине восьмидесятых годов принадлежит академику ВАСХНИЛ, Герою Социалистического Труда Т. Н. Кулаковской (1919–1986). Она исследовала зависимость продуктивности сельскохозяйственных культур от агрохимических свойств почвы, ею разработаны практические рекомендации по обоснованию дифференцированных доз удобрений под сельскохозяйственные культуры.

Фундаментальные исследования по локальному внесению удобрений, позволявшему на 25–30% снизить дозы удобрений и существенно повысить урожайность сельскохозяйственных культур, были проведены в 1963–1972 гг. в БСХА под руководством профессора Р. Т. Вильдфлуша (1906–1972) и в 1973–1992 гг. под руководством профессора А. А. Каликинского (1915–1993).

В настоящее время исследования по агрохимии и почвоведению в республике проводятся в «Институте почвоведения и агрохимии НАН Беларуси», Республиканском унитарном предприятии «Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по земледелию», Институте льна, областными опытными станциями, проектно-изыскательными станциями по химизации сельского хозяйства, а также в сельскохозяйственных вузах.

Исследования последних двадцати лет обогатили новыми данными теорию о поступлении и превращении в растении питательных элементов, науку о плодородии почвы, о круговороте веществ в земледелии. Эти данные явились научной основой планирования потребности регионов и областей в удобрениях, их ассортимента, а также строительства туковых заводов, складских помещений для удобрений, технологии их внесения. Исследования продолжаются и в настоящее время для выяснения особенностей действия минеральных и органических удобрений в различных природных зонах. Научными агрохимическими учреждениями изучаются перспективные формы удобрений, сроки и способы их внесения, совершенствуются методы расчетов доз удобрений и диагностики питания растений с целью повышения их окупаемости и предохранения биосферы от загрязнения.