Из истории развития агрохимии

Агрохимия, как и любая другая наука, появилась, чтобы ответить на вопросы, возникшие в процессе практической деятельности человека. Несмотря на то, что применение навоза и других хозяйственных отходов для улучшения роста растений известно с древних времен, правильный ответ на вопрос, чем же питаются растения, был дан только в середине прошлого столетия. Понадобился продолжительный период, чтобы установить, что высшие зеленые растения усваивают только минеральные вещества.

Отдельные высказывания ученых о питании растений основывались на простых наблюдениях и предположениях без каких-либо экспериментальных доказательств. 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.

Известно, что питательные элементы растения потребляют благодаря воздушному и корневому питанию. Предположение о питании растений из воздуха впервые было высказано в 1753 г. гениальным русским ученым М. В. Ломоносовым (1711–1765). Его догадка была подтверждена во второй половине XVIII в. английским химиком Дж. Пристли (1733–1804) и швейцарским физиологом Ж. Сенебье (1742–1809), которые показали, что растения на свету выделяют кислород, оставляя себе углерод. Так, по существу, был открыт фотосинтез растений, хотя механизм его был расшифрован много позже.

Особенно сложным оказалось раскрыть сущность корневого питания растений. В 1761 г. шведский ученый Валериус высказал гипотезу о том, что растения питаются гумусом и что только органические вещества почвы являются пищей для растений, а другие вещества, например мел, могут способствовать растворению веществ гумуса. Широкому распространению "гумусовой" теории способствовал немецкий агроном А. Тэер (1738–1833). Он также считал, что гумус почвы – единственный источник питания растений, а минеральные вещества лишь способствуют переводу его в удобоусвояемую форму.

Некоторые ученые уже в то время отрицали гумусовую теорию питания. Среди них – французский ученый Ж. Буссенго (1808–1887). Он указывал на первостепенное значение азота в земледелии и точными опытами в полевых условиях установил, что клевер в севообороте улучшает азотный баланс и значительно повышает урожайность других сельскохозяйственных культур.

Коренной поворот во взглядах на питание растений произошел в 1840 г., когда немецкий ученый-химик Ю. Либих (1803–1873) в книге «Химия в приложении к земледелию и физиологии» в популярной форме подверг серьезной критике гумусовую теорию и сформулировал теорию минерального питания растений. Либих объяснил причины истощения почвы и выдвинул теорию удобрения почв для поддержания плодородия, основанную на полном возврате в почву всех взятых из нее минеральных элементов. Позднее К. А. Тимирязев отмечал, что учение о необходимости возврата – одно из величайших приобретений науки.

Показав, что различные элементы питания поглощаются из почвы неравномерно, Либих сформулировал "закон минимума", в соответствии с которым величина урожая определяется элементом, содержащимся в почве в минимальном количестве. Либих считал, что из зольных элементов, прежде всего, следует возвращать в почву фосфор, так как он больше всего выносится зерновыми культурами. Значение азота в удобрении Либих недооценивал. Он ошибочно полагал, что аммиака, поступающего в почву из воздуха с осадками, растениям вполне достаточно. Неверным было и мнение Либиха о возможности замены навоза золой. Вскоре (1843 г.) Лооз – основатель Ротамстедской опытной станции (Англия) – по результатам полевых опытов опроверг эти ошибочные взгляды Либиха. Лооз показал, что для повышения урожаев в составе удобрений наряду с зольными элементами обязательно должен быть азот.

Либих впервые высказал идею о сознательном регулировании круговорота веществ в земледелии, так как нарушение его приводит к падению почвенного плодородия.

Несмотря на ошибочность некоторых взглядов Либиха, его работы пробудили интерес к проблеме питания растений и применения удобрений, стимулировали развитие исследований в этой области. Во многих странах были созданы агрохимические опытные станции, которые сыграли большую роль в дальнейшем развитии агрохимии и использовании удобрений в сельскохозяйственной практике.

Важное значение для развития учения о питании растений имели опыты по выращиванию растений в искусственных и бесплодных средах – в воде, песке. При добавлении в них питательных элементов исследователям (Кноп, Сакс и др.) в 50-е годы XIX в. удалось добиться нормального роста растений и точно установить, какие элементы, в каких количествах и соотношениях необходимы для питания растений.

Изучая особенности азотного питания бобовых растений, Гельригель (1886) показал, что бобовые способны с помощью развивающихся на их корнях клубеньковых бактерий усваивать азот из атмосферы и обогащать им почву.

Параллельно с развитием теории питания растений в сельскохозяйственной практике стали использовать минеральные удобрения: чилийскую селитру, суперфосфат, калийные удобрения, производимые из природных залежей.

В России систематические научные исследования в области питания растений и применения удобрений начались с 60 – 70-х годов XIX столетия. Особенно большое значение имели работы А. Н. Энгельгардта, Д. И. Менделеева, П. А. Костычева, К. А. Тимирязева. Профессор А. Н. Энгельгардт (1832 – 1893), автор широко известных «Писем из деревни» и «Химических основ земледелия», был горячим пропагандистом применения минеральных удобрений, навоза, извести, сидератов. Он первым в России доказал высокую эффективность фосфоритной муки на подзолистых кислых почвах и разработал основы ее использования.

Для развития агрохимии многое сделал Д. И. Менделеев (1834–1907). Под его руководством в различных районах России были проведены первые полевые опыты с минеральными удобрениями. Д. И. Менделеев считал удобрение мощным средством повышения урожаев.

Научной основой агрохимии послужили классические исследования К. А. Тимирязева (1843–1920) по фотосинтезу и минеральному питанию растений, методику которых он внедрил в практику вегетационных опытов.

Дальнейшее развитие агрохимии связано с именем Д. Н. Прянишникова (1865–1948) и его учеников. Особое значение имели его классические исследования по азотному питанию растений и применению азотных удобрений. Под руководством Д. Н. Прянишникова изучались также вопросы фосфорного и калийного питания растений. Нет серьезного направления в агрохимии, в котором не принимал бы активного участия академик Д. Н. 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, повышающих содержание 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 БГСХА). 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 для питания, поэтому в опытах применяли серную и соляную кислоты, толченый кирпич, золу, гипс, известь, различные виды навоза, зеленые удобрения. Изучалось влияние на урожайность нового удобрения – суперфосфата, а также костной муки.

На протяжении десяти лет опыты с удобрениями проводились под руководством профессора И. А. Стебута (1833–1923), который в 1854 г. окончил Горы-Горецкий институт. Первым в России он исследовал известкование кислых почв, 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. Людаговский (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.

Исследования по агрохимии проводились под руководством академика О. К. Кедрова-Зихмана (1885–1961), который с 1921 по 1931 г. заведовал кафедрой агрохимии Белорусской сельскохозяйственной академии. Изучалось известкование почв, применение органических, а также микроудобрений. Впервые были проведены опыты с фосфоритами из Мстиславского месторождения. Под руководством академика Е. К. Алексеева (1884–1972) в БГСХА исследовалась эффективность зеленых удобрений на дерново-подзолистых почвах.

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).

Большая заслуга в развитии агрохимии в семидесятых и первой половины восьмидесятых годов принадлежит директору Белорусского научно-исследовательского института почвоведения и агрохимии (БелНИИПА) академику ВАСХНИЛ Т. Н. Кулаковской (1919–1986), заложившей основу рационального применения удобрений и повышения плодородия почвы в Беларуси, в последние два десятилетия ведущим ученым этого института академику НАН Беларуси И. М. Богдевичу и члену-корреспонденту НАН Беларуси В. В. Лапа.

Научные работы, выполненные под их руководством посвящены изучению баланса элементов питания растений, миграции радионуклидов в системе – «почва – растение – продукты питания», обоснованию новой концепции регулируемого повышения плодородия дерново-подзолистых почв и разработке энергосберегающей системы применения удобрений с учетом свойств почв, видов и форм удобрений, комплексного применения макро- и микроудобрений, регуляторов роста и средств защиты растений.

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

Последние 15 лет исследования кафедры под руководством профессоров И. Р. Вильдфлуша, С. П. Кукреша, Т. Ф. Персиковой направлены на разработку агрохимических основ получения высокой урожайности и качества продукции сельскохозяйственных культур, а также ресурсосберегающей технологии комплексного применения под них макро- и микроудобрений, регуляторов роста, биологических препаратов, средств защиты растений.

В настоящее время исследования по агрохимии и почвоведению в Беларуси проводятся в РУП «Институт почвоведения и агрохимии» НАН Беларуси, Республиканском научно-практическом центре по земледелию (РНПЦ) НАН Беларуси, на областных опытных станциях, а также в сельскохозяйственных вузах.

За последние полвека агрохимия достигла больших успехов в изучении взаимодействия растения, почвы и удобрения. Исследования в рамках географической сети опытов, созданной Д. Н. Прянишниковым, 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 хранения удобрений, механизации 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 от загрязнения биосферы.