В. В. Кидин, С. П. Торшин

Агрохимия

Учебник

---

ebooks@prospekt.org

Информация о книге

УДК 41,41

ББК 631,51

К38

Рецензенты:

В. Г. Сычев — директор ВНИИА имени Д. Н. Прянишникова, академик РАН;

И. В. Верниченко, профессор кафедры агрономической, биологической химии, радиологии и БЖД РГАУ–МСХА имени К. А. Тимирязева.

Авторы:

Кидин В. В. – доктор биологических наук, профессор кафедры агрономической, биологической химии, радиологии и безопасности жизнедеятельности РГАУ–МСХА имени К. А. Тимирязева;

Торшин С. П. – доктор биологических наук, профессор, заведующий кафедрой агрономической, биологической химии, радиологии и безопасности жизнедеятельности РГАУ–МСХА имени К. А. Тимирязева.

В учебнике изложены основные вопросы агрохимии: питание растений, почвенное плодородие, кислотность почвы и способы ее регулирования. Приводится характеристика видов поглотительной способности почвы, их значение в питании растений и применении органических, минеральных удобрений и мелиорантов.

Дано превращение в почвах азотных, фосфорных, калийных, органических, микроудобрений и средств химической мелиорации почв. Особое внимание уделено наиболее важным химическим, биологическим и физико-химическим процессам трансформации элементов питания в почве и способам целенаправленного регулирования потребления питательных веществ растениями. Детально рассмотрены вопросы системы удобрения зерновых, зернобобовых, масличных, технических, овощных и плодово-ягодных культур.

Рассмотрены основные приемы оптимизации агрохимического состояния почв, условия повышения доступности питательных веществ растениям и эффективности применения удобрений.

Учебник предназначен для бакалавров, магистров и аспирантов агрономических специальностей и сотрудников, заинтересованных в рациональном применении минеральных и органических удобрений.

УДК 41,41

ББК 631,51

© Кидин В. В., Торшин С. П., 2015

© ООО «Проспект», 2015

Глава 1. История развития агрохимии

Получение высоких, устойчивых урожаев достигается использованием глубоких знаний в области земледелия, растениеводства, физиологии растений и других дисциплин, однако важнейшей среди них является агрохимия — дисциплина оптимизации минерального питания растений, дающая возможность получения планируемого урожая. Люди, лишенные знаний по агрохимии, используют их по рекомендациям опытных специалистов.

Низкая урожайность сельскохозяйственных культур в нашей стране в значительной мере связана с дефицитом удобрений. В 2013 г. применение азотных удобрений в сельском хозяйстве России снизилось по сравнению с 1990 г. почти в 10 раз, а фосфорсодержащих и калийных удобрений — более чем в 20 раз. В сложившихся условиях ежегодный вынос элементов питания из почвы с урожаем и сорняками в 6–8 раз больше, чем вносится с удобрениями.

Отсутствие или острый недостаток необходимого элемента вызывает глубокие нарушения биохимических процессов обмена веществ, приводящих к снижению урожайности. Отсутствие поддержки со стороны государства вызывает опустынивание сельских районов Нечерноземья.

Дальнейшая эксплуатация пахотных земель России без принятия необходимых мер по воспроизводству их плодородия может привести к необратимым негативным процессам. Для повышения продуктивности земледелия и воспроизводства плодородия почв в обозримом будущем нет какой-либо альтернативы применению удобрений.

Низкая урожайность в России является результатом того, что из 18 млн. т минеральных удобрений, производимых в последние годы в стране, сельскому хозяйству поставляется лишь около 2,0 млн. т, а остальные 16 млн. т экспортируются.

В передовых европейских странах урожайность зерновых культур, при применении в среднем около 300–350 кг/га NPK, составляет 60–80 ц/га, в нашей стране — лишь 16–18 ц/га.

Важно отметить, что лишение сельского товаропроизводителя серьезной государственной поддержки, повсеместные просчеты в аграрной политике России, большой диспаритет цен на продукцию села привело к массовому разорению хозяйств.

В России в 1989 г. на 1 га пашни вносилось в среднем 115 кг элементов питания минеральных и до 5 т органических удобрений (в Московской области вносилось 308 кг/га NPK и 13 т/га органических удобрений). В то время как мировое потребление минеральных удобрений в 2014 г. в среднем составило 135 кг/га д. в., а страны интенсивной химизации вносили: Малайзия — 835 кг/га NPK, Ирландия — 650, Нидерланды — 520, Англия — 350, Япония — 320 кг/га пашни.

Практика мирового земледелия убедительно показывает, что среди многочисленных агротехнических факторов удобрениям принадлежит ведущая роль в повышении урожайности, качества растениеводческой продукции и плодородия почвы. По состоянию на 2014 г. пахотные земли России с низким уровнем содержания гумуса составляют 58 млн. га (50% от площади пашни 116 млн. га); имеют повышенную кислотность почвы (рН < 5,5) — 46 млн. га (40%); недостаточно обеспечены подвижным фосфором (< 100 мг/кг) 67 млн. га (58%) и обменным калием — 25 млн. га (Сычев В. Г., 2014).

На сегодняшний день особенно актуальны высказывания основоположника агрохимии Ю. Либиха о важности глубоких знаний в развитии химизации земледелия: «Ни одна практическая деятельность человека для своего успешного развития не требует большего объема знаний, чем сельское хозяйство, и вместе с тем нигде нет большего невежества, чем в сельском хозяйстве». «Чтобы сохранить плодородие почвы, ей нужно возвращать все, у нее взятое. Если взятое не будет возвращено полностью, то нельзя рассчитывать на получение вновь таких же урожаев; урожаи могут быть повышены только путем увеличения содержания в почве элементов питания».

Агрохимия, наука о питании растений и круговороте питательных веществ в земледелии, самостоятельно сложилась в начале XIX в. В то же время ее исторические корни уходят в глубь веков. Знания о питании растений связаны с развитием общего земледелия — наиболее важной отраслью человеческой деятельности.

Сколько раз в поисках значимых свидетельств нам приходилось с горечью убеждаться, что даже недавние важные дела отразились в истории лишь своей неполной тенью. Вихри жизни безвременно унесли миллионы прекрасных людей, почти выветрили память об их деятельности, об их большом и малом вкладах в науку. И только книга сохранит память о великой деятельности человека.

Многие тысячелетия развития человечества являлись важным периодом накопления фактов, передаваемых из поколения в поколение. Земледелие начало развиваться с того времени, когда люди стали переходить от сбора диких плодов и охоты к обработке земли с целью получения продукции для пропитания. Еще далеко до возникновения агрохимии земледельцы обладали опытом и имели представление о плодородии почвы, использовали многие приемы ее сохранения.

Развитие сельскохозяйственной науки началось с появления письменности. Накопления отдельных фактов о плодородии почв и совершенствование земледелия начато в глубине веков за 6–7 тыс. лет до н. э. В это время человек уже имел довольно хорошее представление о плодородии почвы, понимал отличие тучной земли от бедной.

Плодородие разных земель описывают египетские папирусы (3000 лет до н. э.). Плодородию земель посвящено также земельно-водное законодательство вавилонского царя Хаммурапи (1792–1750 гг. до н. э.) «Кодекс Хаммурапи».

Инки еще до нашей эры удобряли растения, используя гуано (экскременты птиц) и рыбу. Во многих странах люди изображали богинь плодородия, способствующих получению урожая для питания и спасающих население от голода.

В древнее время, делясь опытом, люди передавали свои наблюдения из уст в уста. В древних странах — Китае, Индии, Египте, Греции и Риме земледелие, благодаря большому труду человека, достигло достаточно высокого уровня. Люди видели, что в местах, куда попадали навоз, известь или зола, растения становятся более тучными. Хотя механизм положительного действия человек еще длительное время не в состоянии был объяснить, но указанные удобрения начали широко использовать при выращивании сельскохозяйственных культур.

Первые письменные сведения о древнем земледелии дошли до нас на глиняных табличках древних шумеров (4 тыс. лет до н. э.). В найденных при раскопках более 30 табличках, известных под названием «Календарь земледельца», говорится о способах обработки и сохранения плодородия земли. Эти таблицы представляют интерес, как попытка человека дать в письменном виде руководство по использованию земли.

Аристотель (384–322 гг. до н. э.) — один из первых древнегреческих ученых, философ, известный нам по литературным источникам, проводившим наблюдения в области естествознания. Родился он в г. Стагире. В течение 20 лет являлся членом платоновской академии. В 343 г. приглашен царем Македонии Филиппом для воспитания его сына Александра Македонского. В 335 г. вернулся в Афины и создал там свою школу (лицей). Умер в Халкиде, преследуемый по обвинению в действии против существующей в то время религии.

Аристотелем написано большое число книг, в том числе по биологии. Однако, не зная глубины решаемой проблемы и особенностей питания растений и животных, он полагал, что растение — это поставленное вверх ногами животное, у которых рот в земле. Он полагал, что корни поглощают пищу из земли, и сравнивал корни со ртом животных, не обращая внимание на листья.

Аристотель разделил растения на однолетние, многолетние, деревья и кустарники, пытался описать строение растений. Он считал, что для жизни растений необходимы четыре стихии: воздух, вода, земля и огонь. По Аристотелю, эти четыре стихии образуют вечный мир, находящийся в постоянном движении.

Сравнивая растения с животными, он говорил, что животные выделяют экскременты, а растения делать этого не могут. Из этого следует, что растения корнями потребляют из почвы готовую пищу, отсюда они не образуют экскременты. Важно отметить, что мнение о питании растений готовой пищей из почвы, несмотря на простоту, господствовала более 20 веков до Юстуса Либиха.

В то время господствовала теория питания растений готовой пищей. Аристотель рекомендовал подкармливать деревья свиным навозом, так как его применение повышает урожайность и улучшает вкус плодов.

Древний Рим наследовал греческую культуру после завоевания Греции в 200–220 годах до н. э. В отличие от Греции в Древнем Риме не было выдающихся философов, но в свое историческое время римляне оставили значительно больше работ по земледелию, нежели древние греки. В жизненно важной сфере деятельности наиболее известны работы Варрона, Катона, Колумеллы и Плиния Старшего. Эти древние философы на протяжении длительного времени пытались познать питание растений и их развитие. Они не имели никакого представления о биологии растений, более двух тысячелетней назад на ощупь искали взаимосвязь явлений в растительном мире и опытным путем подошли к повышению урожайности.

Завоевание Римом Британии, Греции, Испании, Северной Африки и многих других стран привело к образованию могущественной империи. Увеличились товарные потребности римлян, зародились новые научные философские течения, появились условия для широкого развития прогрессивных взглядов. Материальное развитие Римской империи способствовало появлению множества философских и агрономических учений.

Катон Марк Порций (234–149 гг. до н. э.). Писатель, крупный политический деятель Древнего Рима. Родился в зажиточной семье, в молодые годы сам работал в хозяйстве.

Книги М. Катона «Земледелие» и «О делах деревенских», в которых собраны практические советы по разным отраслям сельского хозяйства: обработке почвы, садоводству и луговодству — были хорошо известны. В этих книгах приведены советы по рациональной обработке почвы различных угодий, выращиванию и уходу за виноградником, оливковыми садами, как ухаживать за животными. Его работы являются собранием практических советов по разным отраслям сельского хозяйства, однако в них теоретическая часть не приводилась. Он пытался классифицировать земли по пригодности их для выращивания различных сельскохозяйственных культур. Книга Катона «Земледелие» написана как руководство для крупных землевладельцев. Он дает советы: «Старательно сохраняй козий, овечий, коровий и всякий прочий навоз, постарайся иметь большую навозную кучу, когда будешь выносить навоз, размельчай его, вывози на поля осенью. Действие навоза зависит от того, из чего он получен: из соломы, люпиновых стеблей, мякины, листвы дубовой. Навоз дели так, — пишет Катон, — половинную долю вывози на ниву, где будешь сеять корма, четвертую долю положи под окопанные маслины, другую четверть сохрани для луга».

По совету Катона, «во-первых и во-вторых, необходимо хорошо пахать, а в третьих, нужно правильно унаваживать поле». Во время его жизни благосостояние жителей Римской империи было значительно связано с земледелием, поэтому Катона ценили как практического хозяина, политика и писателя.

Незадолго до смерти Катона римский сенат постановил перевести на латинский язык сочинение Катона (28 книг). К сожалению, большинство из них не сохранилось, однако в свое время они послужили ценным материалом и широко использовались и цитировались другими учеными.

Варрон Марк Теренций, годы жизни 116–27 гг. до н. э., родился в богатой семье, имел хорошее образование, был государственным деятелем, отличался высокой эрудицией, написал трактат «Сельское хозяйство» («Три книги о делах деревенских»), первая из которых посвящена полеводству, садоводству и планированию хозяйства; во второй книге описывал животноводство; третья написана по птицеводству, пчеловодству и рыбоводству.

По поручению Юлия Цезаря организовал в Риме публичную библиотеку. На основании опыта, он считал лучшими удобрениями птичий помет. В своих книгах он указывал на пользу чередования культур, по сути дела предлагал севооборот, рекомендовал при нехватке навоза использовать люпин в качестве зеленого удобрения. Он считал, что земледелие — необходимая наука, что на каждом поле важно сеять, чтобы земля постоянно приносила урожаи.

Варрон писал, что, если дифференцировать агротехнику в зависимости от климата и почвы, можно значительно повысить урожай и снизить его колебание. Это имело важное значение для Италии, поскольку ее почвы отличаются большим разнообразием и пестрым рельефом. Он рекомендовал, чтобы наиболее важные культуры (пшеница, лен и др.) размещали на земле жирной, плодородной, а более худшие земли занимались бобовыми культурами. Если навоза не хватает, то он рекомендовал сеять люпин, который следует скосить и запахать, пока бобы на нем еще незрелые, это значительно улучшит землю.

Гай Плиний Секунд (Плиний Старший, 23–79 гг. н. э.). В начале новой эры наука в Риме достигает больших высот. Известный римский ученый и писатель Плиний Старший трагически погиб при извержении Везувия в 79 г., желая ближе наблюдать это необыкновенное природное явление. Как выходцу из знатного римского рода, ему предназначалась военная служба и высокая административная должность, но он отказался и приобрел славу в сельском хозяйстве.

Плиний Старший — автор трактата «Естественная история», который состоял из 37 различных по объему книг. При их написании он использовал более 145 работ римских и 327 иноземных писателей. Книги являлась энциклопедическим справочником по сельскому хозяйству, ботанике, зоологии, медицине, географии и истории и другим наукам. Это был огромный труд автора, потребовавший от него большого трудолюбия и эрудиции. Сельскому хозяйству посвящены его 17-я и 18-я книги. В течение многих столетий труды Плиния Старшего служили источником знаний.

Следует указать, что начиная с первого века нашей эры религия сильно подавляла развитие науки. Более 1000 лет (с V по XV в.) все научные достижения не развивались в сельском хозяйстве. Развитие земледелия было практически остановлено и приходило в упадок. Были забыты труды древних ученых Рима и Греции по агрономии и естествознанию, и только через многие годы люди стали возвращаться к авторам Древнего Мира.

B 410 г. вождь вестготов Аларих завоевал Рим, причем, как пишут историки, при его нашествии рабы сами открыли ему ворота города. Это дата падения Римской империи считается концом древней эпохи и началом Средневековья. С закатом империи началась могучая средневековая религиозная власть полного господства церкви. Церковный фанатизм, озаряемый светом костров, на которых сжигались еретики, непризнанные труды, остановили развитие науки, в том числе агрономии. И только спустя тысячу лет, начиная с эпохи Возрождения, конца XV в., с эпохи Христофора Колумба (1492 г.) стало наблюдаться движение вперед. Люди вновь начали учиться у великих Аристотеля, Колумеллы и других.

В V в. Римская империя прекратила свое существование. На смену рабовладельческому строю пришел феодальный. Земледелие опустилось до состояния его в германских и славянских племенах, находящихся на более низком уровне культурного развития, нежели римляне. В начале Средневековья остановилось развитие агрономической науки, на сотни лет были забыты достижения римских земледельцев. Однако в дальнейшем, по мере ослабевания рабовладельческого строя, богатые, образованные феодалы начали внедрять крепостное право, стало расти образование городов. При крепостном праве города населялись торговцами и ремесленниками, более свободными и менее зависимыми, чем сельский феодальный мир. Важным путем развития народов Европы явились крестовые походы против иноверцев. На Востоке крестоносцы встречали новый быт, отношения, другие сельскохозяйственные культуры — рис, хлопчатник, сахарный тростник, кенаф и другие, которые впоследствии стали выращивать в Европе. У арабов европейцы заимствовали приготовление бумаги и применение вместо римских арабских цифр. В то же время арабами в результате завоеваний была заимствована культура у греков и римлян.

Арабская и европейская культуры стали параллельно развиваться. В Европе начали открываться университеты. За 150 лет открылось 11 университетов: Болонья — 1158 г., Монпелье — 1180 г., Париж — 1200 г., затем Оксфорд, Неаполь, Кембридж и другие.

Авторами сельскохозяйственной литературы были, в основном, церковные деятели. Хотя многие их сочинения повторяли то, о чем много веков тому назад писали римляне, но выводы претендовали на новизну. Их работы представляли большой интерес, поскольку отражали уровень развития земледелия того времени. Монахи были грамотными, могли читать древних философов, имели свое мнение.

Вольные мысли эпохи Возрождения побудили Колумба (итальянца по происхождению) к попытке найти путь в Индию, что и привело к открытию Америки. Благодаря открытию Америки (в 1492 г.) в Европу привезено много ценных тропических культур (картофель, кукуруза, томаты, перцы, баклажаны и др.), которые заметно повысили устойчивость земледелия.

В начальный период Возрождения появились труды Бернара Палисси, которые отличались свежей мыслью от прежних по питанию растений.

Бернар Палисси (1510–1589), французский ученый, сторонник экспериментального метода в естествознании. Б. Палисси, сын крестьянина, хорошего образования не получил, поэтому не имея знаний по основам химии, должен был тратить много времени, чтобы добиться результатов. Он был бедным и страдал от недостатка средств.

Путешествуя по Европе, он обратил внимание на отпечатки скелетов морских рыб и животных на скальных породах, и это привело его к разногласию с церковнослужителями. Он перестал верить, что какой-то бог мог создать все. За неверие в религию его преследовали. В Париже он издает книгу: «О природе вод и источников, металлов, солей, камней, почв, огня и эмалей». Однако из-за религиозных противоречий он попадает в тюрьму.

Б. Палисси одним из первых наиболее правильно сформулировал свой взгляд на почву, необходимую для питания растений. В книге «Истинный рецепт…» (1563) он пояснял, что плодородие почв обусловлено присутствием в них солей. Его высказывания о том, что плодородие почв обусловлено уровнем содержания минеральных солей, были затем забыты, и только спустя три столетия о них вспомнили вновь.

В своем важном научном сочинении, вышедшем в 1563 г., «О различных почвах и сельском хозяйстве» он писал: «Соль есть основа жизни и роста всех посевов. Навоз, который вывозят на поля, не имел бы никакого значения, если бы не содержал соли, которая остается от разложения сена и соломы». «Если кто засевает поле несколько лет подряд, не унаваживая его, то посевы извлекают из земли соль, необходимую для своего роста; земля, таким образом, обедняется солями и отказывается давать хороший урожай. Разве вам не случалось видеть, как некоторые земледельцы, перед тем как засевать то же поле пшеницей на второй год, сжигают неизрасходованную пшеничную солому, снятую ими с поля. В золе окажется та соль, которую солома поглотила из почвы: вернуть ее обратно — значит, улучшить почву». Под солью Б. Палисси подразумевал необходимые для растений элементы питания.

Важно отметить, что Б. Палисси, с одной стороны, высказал мысль о питании растений минеральными солями, с другой, он указал на необходимость пополнять их содержание в почве, поскольку питательные соли постоянно выносятся растениями. Он писал: «После сжигания соломы в золе окажутся соли, которые растение поглотило из почвы, а следовательно, вернуть их обратно означает улучшить почву». Б. Палисси рекомендовал добавлять известь и мергель к навозу и другим органическим удобрениям. В его высказываниях впервые находим верный взгляд на почву как источник веществ, необходимых для питания растения. Он имеет верное представление о причинах истощения почвы и о первостепенной важности возврата в почву питательных солей, взятых растениями. Его четкие и правильные суждения о плодородии почвы долгое время оставались неизвестными для большинства людей, как его современников, так и последователей, да и сам он тоже не мог им дать практического подтверждения своим взглядам.

Первую попытку научного подхода к физиологии растений сделал голландский испытатель Ян Батист ван Гельмонт.

Ван Гельмонт Ян Батист (1579–1644). В 1629 г. он поставил первый опыт по изучению источников питания растений. Это был далеко не совершенный опыт, но важно, что вместо умственных рассуждений были поставлены практические исследования. За первое практическое заблуждение в сельскохозяйственной науке ему через 245 лет после смерти, в 1889 г., в Брюсселе поставлен памятник. Этот памятник неучу стоит и в настоящее время.

Подобно древним грекам и римлянам ван Гельмонт был уверен, что вода является главным элементом питания всего на земле и входит в состав живого листа растений и мертвого камня. Однако в отличие от древних греков он жил в эпоху Возрождения, когда алхимики уже проводили анализ животных и растений.

Вегетационный опыт ван Гельмонта по изучению источника питания растений стал основой для так называемой теории водного питания растений, состоял в следующем. Он взял 50 кг сухой почвы, поместил ее в глиняный сосуд и посадил в него ветвь ивы, весившую 2,25 кг. Почву в сосуде поливали дождевой водой. Спустя пять лет дерево ивы было выкопано, почва и дерево были высушены и взвешены. Уборка проводилась осенью, и сухие листья оставались в сосуде. Ива выросла и стала весить 48,5 кг. Когда по окончанию опыта ван Гельмонт высушил почву и взвесил, то получил те же самые 50 кг, как и в начале опыта, за исключением небольшой недостачи массы (около 2 унций). Он сделал вывод, что 48,5 кг древесины с корнями образовались только из одной поливной воды. Однако пусть даже неверный, но в истории науки это был первый биологический количественный эксперимент с живым объектом. В постановке первого неверного опыта состоит величайшая заслуга ван Гельмонта. Полученные им практические результаты еще долгое время морочили голову многим исследователям. Результаты его исследований представили основу «теории водного питания растений». Ян ван Гельмонт считал, что растениям для жизни необходима только вода. Его мнение соответствовало мнению древних греческих философов, которые еще 2000 лет назад считали воду основой всех начал. Из выполненного опыта следовало, что не почва является источником питания и образования основной массы растений. Таким образом, опыт ван Гельмонта был совершенно ошибочным.

Однако сделанная через 70 лет проверка этих результатов английским ученым Джоном Вудвордом показала, что выводы ван Гельмонта неверны, вода не может служить основой для роста растения. Он выращивал мяту в дождевой, водопроводной воде и в воде с добавлением перегноя. После взвешивания масса растений при поливе мяты дождевой водой составила 17 г, водопроводной — 139 г и водой с добавлением перегноя — 284 г. Результаты опыта показали, что не воду, а что-то из почвы потребляют растения и это способствует их росту. Важно отметить, что в то время не было известно о воздушном питании растений, о поглощении СО₂ и росте. Значительная часть жидкости, проникающей в растения, по мнению Д. Вудворда, не остается в них, а испаряется в атмосферу через поры. Веществом, из которого строятся растения, является земля, а не вода, заключил исследователь. Своим опытом Вудворд опроверг неверные взгляды ван Гельмонта, однако о проделанных им опытах также мало кто знал.

Глаубер Иоганн Рудольф (1604–1668), немецкий химик, высказал ряд замечательных мыслей о значении соли земли, или соли плодородия; он говорит, что «селитра есть основа роста всех растений».

Селитру во многих странах в то время получали для приготовления пороха. Для этого пользовались компостами, приготавливающимися из смеси навоза с землей. Во Франции в XVI столетии было создано 300 селитряниц для получения селитры и был создан закон, запрещающий вывоз селитры за границу.

И. Р. Глаубер знал об удобрительном значении селитры. Он советовал вносить селитру в почву под виноградники и смачивать раствором селитры посевное зерно, чтобы увеличить урожай посевов. И. Р. Глаубер подтверждал свою гипотезу опытами. Из земли, взятой из-под навеса для скота, он получил селитру, которая вызывала сильный прирост урожая растений. Он связывал удобрительное действие навоза с образованием селитры.

Однако прогрессивные взгляды Глаубера не были оценены по достоинству и не оказали влияния на земледелие и понимание вопроса о питании растений. По-прежнему оставались туманные представления о «жире» почвы, питающей растения.

Первый весомый шаг в развитии земледелия в Европе это практический переход от трехполки (пара, озимых и яровых зерновых культур) к плодосмену. В конце XVIII века в Бельгии, Голландии, затем в Англии, Германии, Франции и Испании вводились плодосменные севообороты без пара. В XIII–XIX в. введение в практику плодосмена было сделано в Германии.

Валлериус Юхан Готтшалк (1709–1785) в изданной им в 1761 г. книге «Основы земледельческой химии» впервые дал понятие о гумусе как разложившемся органическом веществе. Им также была высказана мысль о том, что чем выше в почве содержание органического вещества (гумуса), тем продуктивнее посевы. Валлериус также писал, что растения непосредственно корнями усваивают органические вещества из почвы и таким образом питаются.

«Жирному» гумусу он отдавал важнейшую роль в питании растений. Все остальные соли, в том числе селитра, содержащиеся в почве, по его мнению, выполняют роль растворителей «жира» почвы. Исходя из этого Ю. Г. Валлериус заключил, что только гумусовые вещества почвы являются питательными для растений, в то время как другие составные части почвы являются вспомогательными и способствуют повышению доступности растениям жирных веществ гумуса.

Тэер Альбрехт Даниель (1752–1828) окончил медицинский факультет университета. Служил некоторое время придворным врачом в Ганновере. В дальнейшем, получив нервное переутомление, он вынужден был переселиться в сельскую местность и стал заниматься цветоводством. Со временем заинтересовался сельским хозяйством и стал вести свое хозяйство и существенно влиять на реформирование его в Германии.

А. Тэер стал широко пропагандировать плодосмен, был против трехполья, ввел в своем хозяйстве английский четырехпольный севооборот (норфольский). В 1798 г. вышла книга А. Тэера «Введение к изучению английских хозяйств», которая сделала его известным в Германии, и к нему стали также приезжать учиться другие сельские хозяева.

А. Тэер сформировал кружок лиц, заинтересованных в агрономии, и в нем стал читать лекции по отдельным вопросам сельского хозяйства. В дальнейшем он написал новый, очень важный труд: «Основы рационального земледелия», по которому учились поколения агрономов не только в Германии, но и в других странах, в том числе и в России.

Благодаря А. Тэеру в 1806 г. возникла первая в мире высшая сельскохозяйственная школа в его имении Меглин, как частное учебное заведение.

А. Тэер пользовался очень большим авторитетом по способу ведения сельского хозяйства. Его книги получили большую популярность. Распространились также его взгляды на питание растений и применение удобрений, а взгляды эти были не совсем верными. Будучи образованным человеком, он, естественно, был знаком с работами Ж. Сенебье, Б. Палисси, Пристли и др., однако придерживался взглядов шведского химика Валлериуса, который полагал, что растение питаются органическим веществом почвы, от содержания которых зависит и величина урожая.

Большой авторитет А. Тэера по всем агрономическим вопросам способствовал расцвету гумусовой теории. Имея неверное представление по питанию растений гумусом, он своим величайшим авторитетом подавлял мнение других. Более 60 лет авторитет А. Тэера тормозил дальнейшее развитие вопроса о питании растений.

А. Тэер писал, что «плодородие почвы зависит собственно целиком от гумуса, так как, кроме воды, это единственное вещество, могущее служить пищей растениям». Гумус дает начало жизни.

Он никогда не был экспериментатором по питанию растений и свои взгляды обосновывал, используя существующие чужие данные.

Если внести в почву органические вещества с низким содержанием азота, например солому злаковых культур, то несомненно будет наблюдаться снижение урожая, потому как безазотистый углерод даст пищу для интенсивного развития микроорганизмов, которые составят большую конкуренцию для растений в азотном питании.

Но у А. Тэера азот не вызывал какого-либо внимания и гумусовая теория в земледелии Европы господствовала до 1840 г., до опубликования работы Юстуса Либиха.

В настоящее время известно, что почва, и в том числе гумус, не нужны для питания растений. Растения потребляют элементы питания только в виде катионов и анионов. В теплицах они хорошо растут на минеральных и водных субстратах и дают урожай в 10 раз выше, нежели в поле.

Юстус Либих (1803–1873), выдающийся немецкий химик, получил химическое образование в Париже. Пристрастие к химии он имел с детства от своего отца, который владел аптекарским магазином и сам готовил многие необходимые для людей вещества (мыла, краски, мази, пластыри и др.). Ю. Либих был с детства знаком с содержанием многих склянок, знал, как готовятся реактивы. Он был очень подвижным и наблюдательным мальчиком, посещал мыловаренные, красильные и кожевенные мастерские и детально знал особенности этих производств.

В гимназии у Ю. Либиха дела шли очень плохо, однако он с большим интересом читал литературу по химии, за которой часто посылал его в библиотеку отец. В дальнейшем после знакомства с библиотекарем он начал сам выбирать и читать химическую литературу.

Гимназию пришлось оставить, и он начал работать учеником в аптеке. Как-то тайком от хозяина аптеки, работая на чердаке с гремучей ртутью, он получил взрыв такой силы, что была снесена значительная часть крыши. По этой причине Ю. Либих был уволен с работы в аптеке. Он сказал отцу: «Я хочу быть химиком, а не аптекарем». Когда ему исполнилось 16 лет, отец отдал Ю. Либиха учиться в университет.

В течение двух лет Ю. Либих изучал химию в университете Германии, а затем, убедившись, что здесь он не найдет себе учителя в области экспериментальной химии, он в 19 лет отправился учиться химии в Париж, где А. Л. Лавуазье и Ж. Л. Гей-Люссак положили начало новой химии. Ю. Либих посещает занятия в Сорбоннском университете, слушает лекции крупнейших химиков и становится учеником и Ж. Л. Гей-Люссака. Спустя два года учебы во Франции Ю. Либих возвращается в Германию, и в возрасте 21 г. он занимает кафедру химии в Гессене. По приезде в Германию он активно ведет научно-исследовательскую работу. Ю. Либих исследует белковые вещества, органические кислоты, алкалоиды, жиры. Наряду с аналитической работой Ю. Либих синтезировал очень много органических соединений, что имело важное значение, поскольку раньше полагали, что это невозможно: «природа создает, химия — разрушает» — так считали раньше.

Разработка учения о питании растений является непревзойденной заслугой Ю. Либиха, которого считают одним из основателей агрохимии как самостоятельной науки. Он показал, что такие элементы питания, как углерод, поступают в растения из воздуха, а остальные в виде растворов из почвы. Ю. Либих в своей лаборатории провел широкие исследования по содержанию элементов питания в разных органах растений. Он один из первых доказал, что растения потребляют из почвы элементы питания избирательно.

Им разработана теория минерального питания растений, которая способствовала применению минеральных удобрений в земледелии. Он указал на целесообразность возврата в почву взятых растением минеральных веществ, и на возможность ее истощения без внесения удобрений. Теория минерального питания растений была описана им в его знаменитой книге, вышедшей 1840 г., «Химия в приложении к земледелию и физиологии». В своей книге Ю. Либих опроверг гумусовую теорию питания растений и предложил минеральную теорию питания. Он писал, что необходимо вносить недостающие элементы питания растений с азотными, фосфорными и калийными удобрениями. В 40-е гг. XIX в. это всех удивляло, поскольку еще нигде не вносились минеральные удобрения.

В то время не применяли калий, лишь печную золу рассевали по полям. В то же время Ю. Либих считал, что способность растений извлекать из пахотного слоя почвы необходимые им элементы питания определяется содержанием их в почвенном растворе и потребностью растений элементах питания.

Он писал: «Всякая почва лишь в том случае может считаться вполне плодородной для того или иного вида растений, скажем для пшеницы, если каждая из частиц ее, соприкасаясь с корнями, содержит все необходимые питательные вещества и притом в такой форме, которая позволяет корням усваивать эти вещества на любом этапе развития растения, в должное время и в надлежащем их взаимном соотношении». В этих словах видно глубокое понимание питания растений.

Ю. Либих один из первых предложил основные законы земледелия, и прежде всего «Закон минимума» и «Закон возврата веществ в почву». Тем не менее во взглядах Ю. Либиха имелись серьезные ошибки. Примером может служить его взгляд на азотное питание растений. Он писал, что растения не нуждаются в применении азота, поскольку аммиака довольно много в атмосфере и его содержание в ней может полностью обеспечить питание растений азотом. Позже установлено, что нет необходимости также возмещать вынос растениями кремния, которого много выносится, и на необходимость его возмещения указывал Ю. Либих. Однако дальнейшими исследованиями было установлено, что аммонийного азота в атмосфере и минерального азота в почве недостаточно. Хотя Либих предлагал не вносить навоз в естественном виде, а сжигать его и вносить золу. Это ошибочное предложение было опровергнуто еще в 1843 г. К. Лоозом.

Взгляды знаменитого химика Ю. Либиха, когда он в 1840 г. выступил со своей книгой о минеральном питании растений, против гумусовой теории питания Ю. Валлериуса и А. Тэера, удивили весь научный мир того времени и завоевали всеобщее внимание. В этот период знаменитый химик занялся вопросами земледелия и выступил с критикой гумусовой теории.

Ю. Либих выдвинул тезис, обратный тэеровскому: только минеральные вещества являются пищей растениям. Отсюда он выводил ряд поправок для практики применения удобрений и учения о севооборотах.

Если А. Тэер делил растения на улучшающие почву и истощающие, то, по Ю. Либиху, улучшающих почву растений нет и не может быть, так как они могут только ее истощать. Тем самым, по мнению Ю. Либиха, рушится основа теории севооборота, построенной А. Тэером. Ю. Либих писал, что севооборот полезен только с точки зрения отсрочки неизбежного истощения плодородной почвы.

Ю. Либих говорил: чтобы поддержать плодородие, необходимо возвращать отнятые у почвы элементы питания. Возврат почве отчуждаемых из нее урожаем элементов питания является незыблемым законом.

В то же время, несмотря на большой вклад в развитие агрохимической науки Ю. Либиха, основоположником агрохимии Д. Н. Прянишников считал французского ученого Ж. Б. Буссенго.

Буссенго Жан Батист (1802–1887 гг.) — профессор Лионского университета, сыграл определяющую роль в развитии агрохимии. Он считается основателем агрохимической науки. Родился Ж. Буссенго в Париже. По совету А. Гумбольдта, Ж. Б. Буссенго уехал закреплять свои знания в Южную Америку.

Белые поселенцы обнаружили, что южноамериканские индейцы постоянно используют гуано на удобрение, которое представляет собой высохший в условиях сухого климата помет диких птиц. Д. Н. Прянишников высоко оценивал работу Ж. Буссенго. Проведя вегетационные и полевые опыты в своем имении в 1837–1838 гг. Ж. Буссенго убедился в необходимости азотного питания растений и применения азотных удобрений.

Ж. Б. Буссенго работал в одно и то же время с Ю. Либихом, но в отличие от него все свои убеждения он получал только на основании проведенных им опытов. Он рекомендовал «спрашивать мнение самого растения». Пренебрежительное отношение Ю. Либиха к азотным удобрениям вызывало глубокое возражение у Буссенго. Он писал: «Если бы Либих был прав, то какими непрактичными людьми оказались бы мы, сельские хозяева, тратящие столько труда на вывозку сотен возов навоза, когда достаточно было бы, по Либиху, вывезти лишь один воз золы, полученный при сжигании высушенного навоза».

Он убедительно доказал, что растения могут питаться лишь азотом почвы и удобрений. Для этого он выращивал растения под стеклянным колпаком в шкафу с притоком воздуха, очищенного от азота. При этом выяснилось, что растения нормально развиваются без азота воздуха и свободный азот они не поглощают. Однако они требуют применения минерального азота, без которого не растут. На основании своих исследований он сделал заключение о необходимости растениям азота, фосфора, калия, а также других элементов. В опытах с внесением нитратного азота урожайность возрастала параллельно возрастающей дозе. На основании данных лабораторных и полевых опытов Ж. Б. Буссенго показал, что навоз и зола из навоза по своим питательным свойствам не равноценны, азот при сжигании навоза полностью улетучивается и не попадает в почву растениям.

Проведенные им исследования показали, что наряду с азотом для нормального роста и развития растений необходим фосфор и калий. Он хорошо понимал, что для растений необходимо вносить не только азот, но и другие элементы питания. Атмосферный аммонийный азот используется растениями в очень малом количестве и не может полностью обеспечить потребность растений в азоте.

Чтобы дать обоснованный ответ Ю. Либиху, что азот растениям следует вносить с удобрениями, Буссенго и Лоозу требовалось проведение точных полевых опытов.

В 30–40-х гг. XIX в. Буссенго начал анализировать урожаи, определять химический состав сельскохозяйственных культур и вынос из почвы элементов питания растениями. Он определил в зерне и соломе пшеницы, ржи, гороха, овса, сене клевера, свекле, картофеле, брюкве, топинамбуре и др. культурах содержание углерода, водорода, кислорода, азота и фосфора. Был проведен и химический анализ навоза, в котором он установил такие же химические элементы, как и в растениях. Результаты анализа показали, что чем больше было бобовых, тем больше приход азота за севооборот. Буссенго с 1836 г. начал изучать баланс элементов питания (приход и расход) в прежнем трехпольном севообороте и норфольском четырехпольном плодосменном (яровые, клевер, озимые и корнеплоды), введение которого в Англии, Германии, Голландии и Франции привело к значительному повышению урожая сельскохозяйственных культур по сравнению с трехпольем. Важно отметить, что эти работы Буссенго были проведены раньше выхода книги Либиха.

Впервые научные работы Ж. Б. Буссенго были изданы на русском языке в 1936 г. под названием «Избранные произведения по физиологии растений и агрохимии».

Ж. Б. Буссенго писал, что селитра оказывает на рост растений очень сильное положительное действие. Ее положительное действие было известно древним жителям Южной Америки очень давно и лишь после открытия в Перу месторождения натриевой селитры сведения о ней дошли до Европы в 1820–1825 гг., а использование залежей селитры было начато в 1831 г.

Когда Ж. Б. Буссенго перешел к учету круговорота элементов питания веществ по разным севооборотам, то обнаружил, что в севооборотах с бобовыми культурами почва или же слабо истощается в отношении азота, или не истощается вовсе. В 1838 г. Ж. Б. Буссенго выступает с критикой гумусовой теории А. Тэера и развивает азотную теорию удобрений. Он пишет, что наиболее эффективны те удобрения, которые наиболее богаты азотом. Проведя полевые опыты, он установил значение азотных удобрений и истощение почвы с содержанием азота в урожае. По этому поводу Ж. Б. Буссенго пишет, что большинство растений, вообще говоря, истощают почву, но среди них есть бобовые культуры (клевер, люцерна), которые делают почву в отношении азота более плодородной.

Устанавливая баланс азота в севооборотах, Ж. Б. Буссенго нашел, что при возделывании бобовых культур наблюдаются положительный баланс азота, то есть азот, содержащийся в урожае, значительно превышает количество азота, внесенного с навозом. Тот факт, что клевер и люцерна покрывали азотный дефицит в хозяйстве, полностью был ясен Ж. Б. Буссенго.

Важно отметить, заслуги Ж. Б. Буссенго состоят в том, что введение им количественных методов химического анализа в агрономию дало возможность изучать содержание, баланс и круговорот элементов питания в земледелии, строго подойти к оценке почвенного плодородия.

Лооз Джон Беннет (1814–1900), ему принадлежит важная роль в становлении агрохимии. Им организована в 1843 г. первая в мире знаменитая Ротамстедская сельскохозяйственная опытная станция, которая уже более 170 лет играет важнейшую роль в агрохимической науке. Благодаря длительным стационарным исследованиям в полевых опытах с удобрениями она служит для всех агрохимиков ведущим методическим центром. Наряду с азотом он много уделял времени фосфорному питанию растений.

В качестве источника фосфора Д. Лооз впервые начал применять с 1838 г. костяную муку, содержащую фосфор, как удобрение. Благодаря обработке ее серной кислотой он получил хорошо растворимое удобрение, суперфосфат. В дальнейшем Д. Лооз для производства суперфосфата заменил костяную муку на фосфоритную. Полевые испытания суперфосфата с 1841 г. на различных сельскохозяйственных культурах установили высокую его эффективность. В 1842 г. Д. Лооз недалеко от Лондона построил первый в мире суперфосфатный завод и тем самым положил начало развитию химического производства удобрений. Широкое применение суперфосфата и значительный успех в этом предприятии позволили ему построить в 1857 г. второй суперфосфатный завод. Джон Лооз считается общепризнанным основателем туковой промышленности в мире.

Опыты Д. Лооза с прокаленной почвой показали, что нагревание убивает микроорганизмы и бобовые культуры в этих условиях не фиксируют азот атмосферы. В реальных полевых условиях наблюдалось обогащение почвы азотом при возделывании бобовых культур.

Всемирно известная Ротамстедская опытная станция, основанная Лоозом в собственном имении в Харпендине, в значительной мере работала не только под его руководством, но в большей мере под руководством Генри Гильберта, проработавшего на ней в течение 57 лет (с 1843 по 1900 г.). Инициативный Д. Лооз обладал масштабным мышлением, определял агротехнические вопросы, занимался предпринимательской деятельностью, работой суперфосфатных заводов, на доходы от которых содержалась опытная станция, а Г. Гильберт был ответственный за аналитическую работу станции, делал ежегодно отчеты о Ротамстедских опытах, выступал с докладами о работе опытной станции в США, Германии, Франции, Австрии и России.

Для продолжения научной работы опытной станции Д. Лооз продал суперфосфатный завод и создал фонд в 100 тыс. фунтов, на проценты которого проводятся дальнейшие исследования на Ротамстедской опытной станции. Д. Лооз умер в 1900 г., а Г. Гильберт — в 1901 г., однако опытная станция существует и успешно работает в настоящее время.

Комов Иван Михайлович (1750–1792), русский агроном, один из основателей отечественной агрономии. Учился в Славяно-греко-латинской академии в Москве. Сельское хозяйство изучал в 1776–1784 гг. в Англии. И. М. Комов был членом Вольного экономического общества. Иван Михайлович Комов был крупным агрономом XVIII в. В своих статьях, которые он публиковал в трудах «Вольного экономического общества», рекомендовал настойчиво для воспроизводства почвенного плодородия применять навоз и другие органические удобрения и вести правильные севообороты.

В 1768 г. в числе лучших учеников Славяно-греко-латинской академии Иван Михайлович был направлен для дальнейшего обучения в Санкт-Петербургскую академию, где он был зачислен в экспедицию. Экспедиция проходила около пяти лет в Воронеже, Царицыне, Астрахани и вдоль персидской границы. Экспедиция работала на берегу Каспия, побывала во многих ханствах и княжествах. После трагической гибели руководителя экспедиции академика С. Г. Гмелина, И. М. Комов принял руководство экспедицией. По возвращении из нее он работал в 1775–1776 гг. преподавателем истории и географии в Санкт-Петербурге. А в 1776 г. по указу императрицы Екатерины II, в числе четверых молодых людей, И. М. Комов был направлен в Англию для «обучения земледельческим наукам» в стране с образцовым сельским хозяйством. Около восьми лет он обучался в Англии.

И. М. Комов отмечал важное значение известкования кислых почв. На основании собственных опытов он писал: «Известь глинистую почву делает не только рыхлой, но и всякую кислоту, в глинистой по большей части земле находящуюся, истребляет». Птичий помет рекомендует «вносить осенью вместе с севом озимой ржи, либо весной, когда сойдет снег». Навоз советует вывозить на поле свежим, а не сгнившим, так как при этом «сила питания» теряется. После внесения навоза, для лучшего действия, он должен сразу же заделываться в почву.

Ему принадлежит важный для того времени труд «О земледелии» (1788), в котором он указал на необходимость тесной связи земледелия с естественными науками. И. М. Комов придавал большое значение химическому и механическому анализу почв. Он занимался также вопросами севооборота. Большое внимание уделял возделыванию картофеля, клевера и люцерны. Ему принадлежат также работы «О земледельных орудиях» (1785 г.) и «Об отделении костеря от пшеницы и ржи семенной, и о предохранении пшеницы от головни». В Трудах Вольного экономического общества он поощрял возделывание в России ценных культур — картофеля и люцерны.

В книге «О земледелии» Иван Михайлович пишет, что «государство без земледельца, как без головы, жить не может», «земледелие есть мать всякого ремесла и промысла». И в мирное время труженик села является «главный отечеству питатель, а в войну крепкий защитник».

И. М. Комов полагал, что в качестве удобрения можно применять все растительные и животные остатки: кал, мочу, кости, шерсть, рога и копыта, солому, листья, опилки и др., все то, что сгнивает и повышает плодородие земли.

По его мнению, использовать хороший опыт других стран это «не только не стыдно, но и славно; ибо все народы почти всему друг у друга училися». «Особенно необходимо брать пример у англичан, кои столько земледелием своим величаются, самые важные средства, коими они его столько исправляли, а именно: удобрять землю меловой глиною, сеять в поле репу, клевер, люцерну и эспарцет, что они из Фландрии и Франции переняли». «С удобрениями нужно обращаться, как лекари с лекарствами, чтобы больного не отравить, то есть нужно хорошо знать, на каких почвах, под какую культуру, сколько и когда их вносить».

Книга И. М. Комова внесла большой вклад на развитие сельского хозяйства России. Он очень многое перенял и описал приемы ведения земледелия за рубежом, чем способствовал его развитию в России.

Энгельгардт Александр Николаевич (1832–1893), профессор химии Петербургского земледельческого института, автор широко известных «Писем из деревни» и «Химических основ земледелия». А. Н. Энгельгардта следует считать первым русским агрохимиком. Его интерес к агрохимии проявился в 1866 г., когда он из военного ведомства перешел в Петербургский земледельческий институт на должность профессора химии. Он пользовался большим авторитетом у студентов. В институте он организовал аналитическую лабораторию, где собирались и работали многие студенты. Однако в 1870 г. он был арестован полицией и обвинен «в незаконном сборище студентов и распространении среди студентов безнравственности и демократической идеи». После ареста он полтора года находился в тюрьме в Петропавловской крепости. В 1871 г. он был сослан в свое имение Батищево Смоленской губернии, в котором прожил более 20 лет до дня своей кончины.

Он был пропагандистом применения навоза, минеральных удобрений, извести и сидератов. В России он впервые доказал высокое действие фосфоритной муки на подзолистых почвах и предложил технологию ее использования. Уже в 1868–1869 гг. в России заработали первые заводы по производству фосфоритной муки из курских и тамбовских месторождений фосфоритов. В окружающих его усадьбу поместьях фосфоритная мука далеко не у всех помещиков успешно использовалась из-за высокой ее окристаллизованности или же грубого помола.

Костяную муку начали применять в Англии в 1775 г. Александр Николаевич хорошо знал, что мясоперерабатывающие комбинаты не могут полностью обеспечить сельское хозяйство костяной мукой, ее очень мало по сравнению с потребностью растений в фосфоре. В качестве удобрений необходимо было искать другие, более значимые источники фосфора для удобрения. В то время фосфориты были обнаружены в Воронежской, Курской, Орловской и Смоленской губерниях. Залежи фосфоритов были обнаружены и в других районах. Важно отметить, в прошлое время крупные самородки фосфорита использовались для мощения дорог, строительства заборов, стен и других нужд. В дальнейшем фосфориты были найдены во многих других губерниях. В настоящее время в России известно около 230 месторождений различных по запасам и качеству залежей фосфоритов.

Важно отметить, что фосфориты в то время были совершенно не изученными. Департамент земледелия поручил А. Н. Энгельгардту в 1866 г. обследовать залежи фосфорита в Смоленской, Орловской, Курской, Воронежской и Тамбовской губерниях. Полученные результаты исследований были обобщены А. Н. Энгельгардтом в книге «О фосфоритах России».1868). В своей монографии он писал: «Залежи саморода в России встречаются на огромном пространстве между Десной и Волгой и тянутся широкой полосой от г. Рославля Смоленской губернии через некоторые уезды Орловской, Курской, Воронежской, Тамбовской, Пензенской, Нижегородской и Симбирской губерний вплоть до Волги. Самород встречается у нас в таком огромном количестве и при столь благоприятных для добывания его обстоятельствах, что он повсеместно в полосе залегания употребляется как простой булыжник для мощения улиц и дорог, для фундамента под дома и пр. Весь город Курск вымощен этим драгоценным камнем; им же вымощено все шоссе между Курском и Кромами».

А. Н. Энгельгардт в 1866 г., обследуя залежи фосфоритов в Воронежской, Курской, Смоленской и Орловской губерниях, начал поиски доступного для сельского хозяйства фосфорного удобрения, поскольку не все залежи фосфоритов можно использовать в виде фосфорных удобрений. В результате активных его исследований в России началась разработка залежей фосфоритов и применение минеральных удобрений в сельском хозяйстве. В 1868–1870 гг. в Курской, Тамбовской губерниях и в Прибалтике были пущены первые заводы по производству фосфоритной муки.

Для усиления разложения фосфоритной муки А. Н. Энгельгардт предложил компостировать ее с навозом или компостом, при этом значительно сокращаются также потери аммиачного азота навоза.

За два года до смерти в 1891 г. А. Н. Энгельгардт издает книгу «Фосфориты и сидерация», в которой он подробно рассматривает рациональное применение фосфоритной муки и зеленых удобрений на полях России.

А. Н. Энгельгардт писал, что для того чтобы растение могло расти и дать урожай, важно, чтобы в среде, где живут растения, присутствовали нужные элементы питания, и «эти элементы должны находиться в виде тех соединений, которые годны для питания растений».

Менделеев Дмитрий Иванович (1834–1907). Важнейшее место в организации географических опытов с удобрениями в России принадлежит Д. И. Менделееву.

Родился Дмитрий Иванович в г. Тобольске 17-м ребенком в семье. Его отец, Иван Павлович Менделеев, работал директором гимназии, но вскоре, потеряв зрение, ушел на пенсию. В 15 лет Д. И. Менделеев окончил гимназию и по настоянию своей матери Марии Дмитриевны поехал к брату матери в Москву для поступления в университет. Однако Менделеев не мог поступить в Московский университет, поскольку в ту пору окончившие гимназию принимались учиться только в своей зоне. Для Менделеева зональным университетом был Казанский. Мать отвезла его в Петербург в педагогический институт. Учась в институте, Д. И. Менделеев проявлял большое трудолюбие и старание. В 1855 г. он блестяще защитил дипломную работу и по состоянию здоровья был направлен на работу в Симферопольскую гимназию.

Д. И. Менделеев был крупным химиком и общественным деятелем. В 1865–1890 гг. вел занятия в Петербургском университете, член-корреспондент Петербургской академии наук. Он имел наряду с химией большие научные интересы в развитии агрономических знаний, в развитии агрохимии и опытного дела. Будучи патриотом России, он выступал против бытовавшего в то время преувеличения качества немецких удобрений, поскольку их качество обуславливается не национальностью, а химическим составом. Он выступал против мнения, что русские фосфориты малопригодны для производства суперфосфата. Для того чтобы доказать значимость выпускаемых в России туков, он организовал группу исследователей для проведения полевых опытов в различных губерниях страны. Сельскохозяйственные знания Д. И. Менделееву были нужны также и в связи с приобретением им в 1865 г. имения «Боблово» в Клинском уезде Московской губернии. Покупая в г. Клину для своего хозяйства кости животных, используемых им в качестве фосфорных удобрений, и благодаря введению травосеяния бобовых ему удалось повысить урожаи сельскохозяйственных культур и поднять надои молока.

Выступая в 1866 г. в Вольном экономическом обществе (ВЭО), он говорил, что прогресс дальнейшего развития сельского хозяйства должен базироваться на прочной теоретической основе и практическом опыте применения удобрений. В течение трех лет в Московской, Симбирской, Смоленской и Петербургской губерниях по единой методике под руководством Д. И. Менделеева были проведены агрохимические опыты, которые он рассматривал как «способ исследования состава почвы».

Полевые опыты, организованные Дмитрий Ивановичем в 1867–1869 гг. в Симбирской губернии, курировал К. А. Тимирязев, в Смоленской губернии — Г. Густавсон и в Московской губернии опыты проводились под руководством Д. И. Менделеева. Опыты проводились по единой схеме в Петербургской, Московской и Смоленской губерниях на дерново-подзолистых почвах и в Симбирской губернии на выщелоченном черноземе.

Об эффективности первых опытов он писал: «Что касается влияния различных удобрений, взятых для опыта, то больший урожай получился от самого сложного удобрения, составленного из навоза, извести, золы, суперфосфата и роговых стружек. Фосфорные удобрения имели достаточно высокое действие на всех четырех почвах».

Опыты предусматривали изучение действия различных минеральных и органических удобрений: аммония сернокислого, натриевой селитры, простого суперфосфата, костяной муки, поташа, извести, гипса, бисульфата натрия, поваренной соли, а также сочетания навоза с известью, золой, суперфосфатом, роговой стружкой и поваренной солью.

В результате проведения опытов Д. И. Менделеев пришел к выводу, что благодаря удобрениям «легко увеличить обычные у нас урожаи не в два, и даже не в три, а в четыре раза».

Отдавая соответствующее внимание формам элементов питания, содержащихся в почве, Дмитрий Иванович выделял эффективное плодородие, которое называл «зрелостью или спелостью почвы», и потенциальное плодородие, обуславливаемое общим содержанием элементов питания в почве. Поскольку в стране, кроме запасов фосфоритов, еще ничего не было разведано, Д. И. Менделеев придавал важное значение органическим удобрениям (навозу) для повышения урожайности сельскохозяйственных культур и плодородия почв. Он писал, что «навоз никогда не утратит своего значения, так как он является наиболее дешевым, повсеместно распространенным, пригодным для различных севооборотов и наиболее полным в отношении набора зольных веществ удобрением, улучшающим к тому же физические свойства почвы и пополняющим в ней естественно совершающуюся убыль органического вещества».

Наряду с применением удобрений, большое влияние на продуктивность посевов оказывают агротехника возделывания культур и погодные условия. Д. И. Менделеев писал: «Я восстаю против тех, кто устно или письменно проповедует, что все дело в удобрениях, что, хорошо удабривая почву, можно кое-как пахать». Глубокий смысл этих слов состоит в том, что применение удобрений является определяющим, но явно недостаточным фактором получения высоких урожаев. Высокая эффективность минеральных удобрений и других средств химизации земледелия достигается лишь при полном соблюдении теоретически обоснованных агротехнических приемов возделывания культур.

Костычев Павел Андреевич (1845–1895), выдающийся ученый агрохимик-почвовед второй половины XIX в. Он был разносторонним специалистом, глубоко знающим агрохимию и почвоведение.

Он вошел в агрохимическую науку как исследователь с довольно широким кругом интересов. Одновременно он оставил глубокий след в почвоведении и агрономии. Костычев П. А. занимался агрохимией, почвоведением, земледелием, является первым почвенным микробиологом и администратором.

Родился П. А. Костычев 12 февраля 1845 г. в Москве, в доме помещика П. П. Петрова. Родители его были крепостными крестьянами. После рождения сына они вынуждены были переехать обратно в деревню Карнаухово Шацкого уезда Тамбовской губернии. Помещик был очень любознательным, интересовался агрономией, большое внимание уделял новым рекомендациям агрономов. Он желал, чтобы в его имении работал грамотный агроном. Местные крестьяне рекомендовали Павла Костычева, который был пытливым и целеустремленным мальчиком. К десяти годам он научился писать и перечитал весь запас книг в деревне. В двенадцать лет П. А. Костычев поступает в Шацкое училище и в 15 лет заканчивает его с отличием.

Вскоре подоспела реформа 1861 г. и была предоставлена возможность самому выбирать необходимое училище. Однако помещик П. П. Петров порекомендовал бывшему крепостному мальчику поступать на обучение в Москву. К своему отличному свидетельству П. А. Костычев приложил прошение П. Петрова о зачислении его в Московскую земледельческую школу.

Московская земледельческая школа в свое время готовила управляющих для имений. Благодаря высокому уровню организации обучения и хорошему преподаванию школа около ста лет (до 1922 г.) являлась лучшим средним сельскохозяйственным учебным заведением России.

После сдачи вступительных экзаменов П. Костычев был зачислен в третий класс школы. Закончил он обучение в сельскохозяйственной школе с отличием, со званием «ученого управительского помощника с правами, сему званию дарованными». Он мечтал о дальнейшем образовании, но в сельскохозяйственную и лесную академию в Петровско-Разумовском брали для обучения только хорошо обеспеченных молодых людей с аттестатом об окончании гимназии. Не имея аттестата об окончании гимназии, он поступил вольнослушателем в Петербургский университет. Настойчивость и целеустремленность молодого человека привела его к тому, что он поступил в земледельческий институт. Однако вскоре с разрешения попечителя Петербургского учебного округа сдает необходимые для гимназии экзамены и получает свидетельство с отличием об окончании седьмой Петербургской гимназии и летом 1867 г. переводится в число студентов. В октябре 1868 г. П. А. Костычев был зачислен лаборантом в химическую лабораторию А. Н. Энгельгардта.

В 1869 г. он был арестован в связи с протестом студенчества против произвола полиции и вместе с другими студентами был посажен на несколько месяцев в Петропавловскую крепость. Однако в связи с недоказанностью преступления обвинение сняли, и он закончил институт.

С окончанием института П. А. Костычев в течение трех лет не имел постоянной работы, а 1874 г. издал книгу «Календарь русского сельского хозяина», что придало ему определенную известность. В 1876 г. П. А. Костычев возвратился в Земледельческий институт, который 1877 г. был преобразован в Лесной институт, где П. А. Костычев наряду с кабинетом растениеводства организует почвенную химическую лабораторию. Здесь ему было предложено занять должность преподавателя по частному растениеводству, а затем профессора, заведующего кафедрой земледелия. С 1880 по 1883 г. он в качестве доцента вел курс почвоведения в Лесном институте, а затем стал заведующим кафедрой почвоведения с основами земледелия (Кузнецов, 1995).

Благодаря проведению исследований П. А. Костычев в 1881 г. представляет в качестве магистерский диссертации научную работу на тему «Нерастворимые фосфорнокислые соединения почв».

П. А. Костычев негативно относился к дефициту элементов питания в почвах.

Он писал: «При возделывании сельскохозяйственных растений уже давно заметно было, что всякие почвы, с которых получаются урожаи в течение более или менее долгого ряда лет, истощаются, т. е. начинают приносить все меньшие и меньшие урожаи».

Он выступал как пропагандист агрономической химии. Вышедшая в 1884 г. его книга «Общедоступное руководство к земледелию» до 1922 г. переиздавалась девять раз, а его практическое руководство «Почва, ее обработка и удобрение» в период с 1893 по 1912 г. под редакцией Д. Н. Прянишникова издавалось четыре раза. Три раза издавалась его книга «Возделывание важнейших кормовых трав» и два раза книга «Учение об удобрении почв».

В книге «Учение об удобрении почв» он излагает закономерности действия азотных удобрений. Он много уделял внимания эффективности удобрений. О фосфорных удобрениях он писал, что «фосфаты суть удобрения односторонние, и потому они в одиночку могут с наибольшей пользою употребляться только в редких случаях. Вообще же их гораздо выгоднее употреблять вместе с другими удобрениями, потому что оба удобрения усиливают действие друг друга» или «когда азотные удобрения употребляются в смеси с другими, общий результат всегда сильнее выражает действие азотистого вещества».

Что касается калийных удобрений, то П. А. Костычев для устранения из физиологической кислотности рекомендует хлористый калий вносить с осени, чтобы вымывался хлор: «Так как кислоты серная и хлористоводородная совсем не поглощаются почвою, то они, в конце концов, будут выщелочены из почвы водою и калиевое удобрение действует хорошо». Важно отметить, что о разной поглотительной способности почвы хорошо было известно еще до работ К. К. Гедройца.

Большое внимание он придавал правильному использованию навоза, помета и компостов. Костычев П. А. писал, что навоз и другие органические удобрения являются полными удобрениями. Элементы питания в них «находятся в таком состоянии, что вполне доступны для растений, и потому хороший компост представляет удобрение, действующее сильно и скоро, и вместе с тем довольно продолжительно; годится под всякое вообще растение, потому что представляет удобрение полное, содержащее все питательные вещества для растений».

В заключение хотелось бы отметить, что творческое наследие П. А. Костычева навечно вошло в сокровищницу отечественной агрономической науки и является национальным достоянием страны.

Стебут Иван Александрович (1833–1923) — выдающийся педагог и общественный деятель, основоположник российской агрономической и агрохимической науки. В свое время он был профессором Горы-Горецкого земледельческого института, Петербургского университета и Петровской земледельческой и лесной академии.

Родился Иван Александрович в г. Великие Луки, в семье аптекаря. После окончания гимназии в 1850 г. он поступает в Горы-Горецкий земледельческий институт (ныне Белорусская сельскохозяйственная академия). Окончив в 1854 г. институт с отличием, И. А. Стебут начал работать в институте в должности помощника управляющего фермой.

В 1858 г. Министерство государственных имуществ выделило И. А. Стебуту деньги для поездки в командировку для обучения за границей в течение трех лет.

Для стажировки И. А. Стебут выбрал Германию, Бельгию и Францию, Англию. Вначале он занимался в Йенском университете, где изучал методы ведения сельского хозяйства. Затем направился в Бельгию для практического ознакомления с хорошими хозяйствами, после этого остановился в Париже, где занимался у Ж. Б. Буссенго. В 1860 г. И. А. Стебут поехал в Англию и посетил значительное количество английских и шотландских хозяйств.

В 1860 г. после заграничной командировки И. А. Стебут был назначен младшим профессором Горы-Горецкого земледельческого института, где он энергично занимался педагогической и исследовательской работой.

Работа И. А. Стебута в Горы-Горецком институте не была продолжительной. В связи с восстанием в Польше в 1863 г. институт был закрыт и переведен в Петербург, и из него организован земледельческий институт, куда переселился и И. А. Стебут. В Петербургском сельскохозяйственном институте в 1865 г. И. А. Стебут защищает магистерскую диссертацию, выполненную на агрохимическую тему «Известь как средство восстановления плодородия почвы». Его диссертация была первой в России по известкованию почв. В ней было показано, что известкование значительно повышает урожайность сельскохозяйственных культур и плодородие почвы.

С 1865 г., с периода открытия в Москве Петровской сельскохозяйственной и лесной академии И. А. Стебут возглавил кафедру общего земледелия, которой он руководил в течение 10 лет.

В 1875 г. кафедра земледелия разделилась на кафедру общего земледелия и частного земледелия (растениеводства). В то время И. А. Стебут был единственным профессором кафедры земледелия и вынужден был преподавать теорию и практику многих наук, читаемых на кафедре: растениеводство, земледелие, основы почвоведения, ботанику, анатомию и физиологию растений. После 1875 г. он стал заведовать кафедрой частного земледелия (растениеводства), а заведующим кафедрой общего земледелия стал А. А. Фадеев. И. А. Стебут заведовал кафедрой почти 30 лет до закрытия академии в 1893 г. С момента открытия вместо академии Московского сельскохозяйственного института в 1895 г. заведующим кафедрой частного земледелия стал Д. Н. Прянишников, который наряду с преподаванием земледелия вел курс по агрохимии. В 1928 г. произошло выделение самостоятельной кафедры агрохимии, которую возглавил Д. Н. Прянишников.

Лекции И. А. Стебута были последовательны и насыщены важным материалом и отражали не только его эрудицию и познание излагаемого вопроса, но большой практический опыт. Такие занятия способствовали воспитанию творчески мыслящей молодежи.

И. А. Стебут пользовался в академии большим авторитетом. Студенты им гордились. «Никто не мог представить себе Академию без Стебута и Стебута без Академии». Он был гордостью отечественной агрономии и занимает одно из наиболее видных мест в ее истории.

В 1873 г. им был написано классическое двухтомное учебное пособие «Основы полевой культуры и меры к ее улучшению в России». Это была важная для сельского хозяйства работа, в которой критически излагался весь опытный материал по возделыванию сельскохозяйственных культур в России. Им рассмотрено значительное число методов возделывания полевых культур. Многие его рекомендации до сих пор не потеряли своего значения, а поднятые им вопросы сельскохозяйственного производства и сегодня являются актуальными.

И. А. Стебутом в 1876 г. в соавторстве с И. Н. Чернопятовым, А. П. Людоговским и А. А. Фадеевым издана «Настольная книга для русских сельских хозяев».

Важными трудами И. А. Стебута в области земледелия и растениеводства являются «Обработка почвы», «Возделывание льна», «О посеве вообще и рядовом в особенности», «Возделывание хлебных зерновых растений».

Большое количество публикаций И. А. Стебута посвящено вопросам агрономической химии. Среди них следует назвать: «Известкование почвы», «Известь как средство восстановления плодородия почвы», «Истощение и удобрение почвы», «К вопросу о применении фосфорнокислых туков на черноземных почвах», «Гипсовые почвы» и многие другие. Статьи написаны эрудированным агрохимиком, хорошо владевшим не только теоретическими, но и практическими вопросами.

Как агрохимик, он пишет: «Чтобы знать, как лучше удобрить землю, необходимо знать почву, которую следует удобрить, растение, для которого следует удобрить почву, отношение растения к почве и вещества, которыми удобряют почву. Знание всего этого со стороны сельского труженика и удобрять почву — значит возвратить почве условия, утраченные ею вследствие снятия урожая, или вызвать ней условия, которых она до того не представляла для произведения удовлетворяющего нас урожая».

В России И. А. Стебут один из первых встал на защиту женщин, которые были лишены в то время права иметь высшее образование и права на научную работу. Он активно выступал за то, чтобы женщины могли быть агрономами. Благодаря активной деятельности И. А. Стебута в 1904 г. в Петербурге были открыты первые в России Высшие женские сельскохозяйственные курсы, которые с той поры были широко известны под названием «Голицинские курсы». Курсы работали до 1917 г., их окончило примерно тысяча женщин, многие из которых стали научными сотрудниками, защитили докторские диссертации.

С возрастом свыше 80 лет он стал уставать от дел. Меньше выступал, мало встречался с людьми. Перестал интересоваться своим имением в Кротком. В завещании И. А. Стебут все свои земли передал крестьянам с обязательством выстроить в Кротком больницу. Школу для детей крестьян он успел построить раньше сам.

Кипучая деятельность И. А. Стебута оставила много трудов и важных дел в агрономической жизни. Его научные труды и педагогическая работа до настоящего времени остается актуальной. Он шел своим путем, не копируя никого, но учась у всех. Свои знания он передавал многочисленным ученикам легко и непринужденно.

Великий агроном России И. А. Стебут умер, закрыв глаза исхудавшей рукой холодным пасмурным днем 20 октября 1923 г., как будто бы заснул на 91-м году жизни.

Имя И. А. Стебута занимает почетное место среди основателей отечественной агрономии. Оно до настоящего времени пользуется популярностью и глубоким уважением. Его оригинальные труды по агрохимии внесли большой вклад в ее развитие.

Кирсанов Александр Трофимович (1880–1941) родился в с. Старое Чирково Саратовской губернии. В 16 лет поступил в Вольскую учительскую школу, после окончания которой работал учителем в начальной сельской школе. Желание иметь высшее образование способствовало поступлению в 1903 г. в Ново-Александрийский институт сельского хозяйства. Однако спустя 2 года А. Т. Кирсанов был исключен из института за участие в студенческих беспорядках. В 1906–1907 гг. учился в Берлине. В 1907 г. окончил Высшую сельскохозяйственную школу. После защиты диплома в 1908 г. в Ново-Александрийском институте получил звание ученого агронома.

После окончания вуза три года он работал на кафедре опытного дела и сельскохозяйственной практики на Каменноостровских высших сельскохозяйственных курсах в Петербурге. Затем уехал в 1913 г. в Минск и организовал первую в России болотную станцию и руководил ею до 1925 г. Наряду с работой на опытной станции с 1918 по 1922 г. он был профессором Иваново-Вознесенского политехнического института. В 1922–1925 гг. А. Т. Кирсанов занимался организацией нового института и был первым ректором Белорусского государственного института сельского и лесного хозяйства.

Много сил А. Т. Кирсанов отдал разработке агрохимических методов определения плодородия почв, содержания в почве доступных для растений форм элементов питания и прежде всего фосфора и калия. Им было испробовано большое количество разных вытяжек для экстракции элементов питания из почвы. Для обоснования условий фосфорного питания растений им был разработан метод определения подвижных фосфатов в почве. В 1931 г. изготовлены картограммы содержания подвижных фосфатов на дерново-подзолистых и черноземных почвах. В пояснительной записке были даны рекомендации использования картограмм и определение доз удобрений.

А. Т. Кирсанов заведовал кафедрой опытного дела и одновременно в течение двух лет (1927–1931 гг.) был ректором Ленинградского сельскохозяйственного института. В настоящее время определение подвижного фосфора и обменного калия в одной вытяжке по методу А. Т. Кирсанова является стандартным методом агрохимической службы России.

Большое внимание уделял Кирсанов калийному питанию растений. По этой теме им опубликованы статьи: «Химическое определение потребности почв в калийных удобрениях» (1933), «Действие калия на различных почвах при различных концентрациях Н, Са и N» (1934), «Взаимная зависимость действия калийных и азотных удобрений» (1935), «Изменение содержания N, Р₂О₅, К₂О в урожае ячменя под влиянием почв и удобрений» (1938) и многие другие.

Большое внимание он уделял изучению кислотности почвы и известкованию полей. А. Т. Кирсанов внес много нового в трактовку кислотности, ее действие на различные растения. В книге «Известкование как фактор урожайности», изданной в 1930 г., А. Т. Кирсанов обращает особое внимание, что у нас кислые почвы до сих пор не известкуются, а страны Западной Европы уже сотни лет применяют известкование для повышения почвенного плодородия и урожайности.

Под руководством А. Т. Кирсанова в Ленинградском отделении ВИУА были организованы исследования влияния удобрений на почву и растения. Под его руководством за два года было проведено агрохимическое обследование более 25 млн. га. Полученные результаты послужили для комплексной оценки плодородия почв, разработки агрохимических вопросов, связанных с удобрением полей, для диагностики потребности растений в элементах питания и прогнозирования действия фосфорных и калийных удобрений в зависимости от почвенных условий.

Для заведования лабораторией агрохимии в Почвенный институт им. В. В. Докучаева в 1931 г. был приглашен А. Т. Кирсанов, который и руководил ею до последних дней своей жизни.

Чириков Федор Васильевич (1883–1964). доктор сельскохозяйственных наук, профессор. Основой его научной деятельности являлось изучение трансформации фосфатов в почве, проблемы фосфатного режима почв и увеличение эффективности фосфорных удобрений в земледелии.

Родился Ф. В. Чириков в с. Мальцево Карачаевского уезда Орловской области. Отец его был лесопромышленником. После окончания гимназии в 1902 г. поступил в Московский сельскохозяйственный институт. Обучаясь в институте, принимал активное участие в студенческих волнениях, из-за чего был вынужден уехать за границу в Америку. Примерно год жил за границей, работая у американского фермера рабочим. После вернулся на родину и закончил обучение в институте. С 1912 г. Ф. В. Чириков начал работать ассистентом кафедры частного земледелия у Д. Н. Прянишникова.

Его многочисленные результаты исследований по превращению фосфорных удобрений в почве за период 1912–1952 гг. опубликованы в книге «Агрохимия калия и фосфора» (1956). Работы Ф. В. Чирикова играли важную роль в истории развития агрохимии и химизации земледелия.

Его исследования непосредственно связаны с сельскохозяйственным производством и касались в основном изучения взаимодействия фосфора с почвой и использования фосфора удобрений растениями. В течение всей научной деятельности он занимался изучением степени доступности сельскохозяйственным растениям различных по растворимости фосфатов и калия почвы.

Оригинальные исследования Ф. В. Чирикова позволили ему утвердительно заявить, что использование фосфат-ионов и калия из труднорастворимых соединений и других элементов питания происходит в основном из почвенного раствора.

Им было установлено, что растения лучше используют труднорастворимый фосфор при высоком потреблении ими ионов кальция. Например, если соотношение СаО: Р₂О₅ в золе менее 1,3 (злаковые культуры, картофель, томаты и др.), то растения на нейтральных почвах не реагируют на фосфорит как на удобрение, а при соотношении в золе растений СаО: Р₂О₅ выше 1,3 (люпин, гречиха, горчица, горох) им доступен фосфор фосфорита и других труднорастворимых соединений не только на кислых, но и нейтральных почвах.

Важно отметить, что валовое (общее) содержание фосфора в почве составляет около 0,1–0,2%, или 3–6 т/га в пахотном слое, однако доступность его растениям незначительная. Никто не знал, какие фосфаты содержатся в почвах, какие из них формы доступны растениям, как влияет кислотность почвы на подвижность фосфатов и т. д.

В агрохимии отношение СаО: Р₂О₅ вошло как «фактор Чирикова», если растения потребляют относительно больше СаО, чем Р₂О₅, то они могут использовать фосфор фосфорита и других труднорастворимых фосфатов, а растения, потребляющие относительно больше Р₂О₅, чем СаО, не могут использовать фосфор фосфорита.

Предложенная Ф. В. Чириковым методика определения доступности фосфора растениям при применении разных фосфорных удобрений и изучение фосфорного режима почв нашла в последующем широкое применение в практике и научных исследованиях, особенно в почвах при длительном применении фосфорных удобрений. Им было тщательно изучено влияние разновалентных катионов (Na⁺, K⁺, NH₄⁺ Ca²⁺, Mg²⁺, Fe³⁺, Al³⁺ и др.) на доступность фосфора почвы и удобрений растениям. Большое внимание он уделял изучению действия и последействия фосфорных удобрений при одинарном и многократном их внесении, а также при совместном их внесении с азотными и калийными удобрениями. Им показано значительное повышение использования фосфора труднорастворимых фосфатов почвы и удобрений при оптимальной обеспеченности растений другими элементами питания (азотом и калием). Для повышения эффективности фосфора следует применять азотные удобрения. О влиянии корневой системы растений на доступность фосфора почвы и удобрений он писал, что «воздействие растения на фосфорит складывается из двух частей, а именно — из воздействия самого растения на него и из воздействия измененного растениями питательного раствора».

Определение действия различных катионов и солей на доступность растениям Р₂О₅ труднорастворимых соединений фосфора, в том числе фосфорита и трехкальциевого фосфата Ca₃(PO₄)₂, позволило Ф. В. Чирикову сделать заключение, что соли кальция оказывают отрицательное действие на усвоение растениями Р₂О₅ фосфорита и трехкальциевого фосфата, при этом гречиха и горох при усвоении Р₂О₅ фосфорита были менее зависимы от солей кальция, чем злаковые культуры. Он писал: «Ячмень плохо усваивает Р₂О₅ фосфорита, является более чувствительным к богатству среды Са-ионами, когда источником Р₂О₅ служат трудно растворимые фосфаты кальция». Видное место в его исследованиях занимает также работы по локальному применению фосфорных удобрений.

Прянишников Дмитрий Николаевич. В истории науки есть имена, слава которых не подвластна времени и не меркнет с годами. К таким ученым с полным основанием относится академик Дмитрий Николаевич Прянишников, работы которого способствовали формированию и обусловливали становление агрономической химии в нашей стране и химизации земледелия в целом.

Дмитрий Николаевич Прянишников родился 6 ноября 1865 г. в г. Кяхте Иркутской (бывшей Забайкальской) области, на русско-монгольской границе, в небогатой семье бухгалтера торговой фирмы. Отец, Николай Семенович Прянишников, сибиряк, умер в 1868 г., и Дмитрий его практически не знал.

Окончив с отличием в 1883 г. Иркутскую классическую гимназию в 17 лет, Дмитрий продолжил свое образование в Московском университете. В связи с этим он с матерью и младшим братом переселилась в Москву.

Стремление быть ближе к народу и сельскому хозяйству побудило его после окончания Московского университета в 1887 г. поступить на III курс Петровской земледельческой и лесной академии, которую окончил в 1889 г. со степенью кандидата сельского хозяйства.

С этих пор связь Дмитрия Николаевича с академией не прерывалась и продолжалась в течение почти 60 лет до конца его жизни. Здесь прошел он путь от студента, начинающего преподавателя до наиболее уважаемого, получившего мировое признание профессора, руководителя одной из ведущих кафедр академии — кафедры агрономической химии.

По окончании курса обучения в академии Д. Н. Прянишников был рекомендован ученым советом для подготовки к званию профессора. Весной 1892 г. по представлению И. А. Стебута, К. А. Тимирязева и ряда других профессоров Д. Н. Прянишников и П. С. Коссович были командированы Петровской академией на два года за границу для повышения квалификации по избранной специальности.

Вернувшись из заграничной командировки весной 1894 г., Д. Н. Прянишников с печалью воспринял весть о закрытии царским правительством Петровской академии. Прием студентов был прекращен еще в 1890 г., однако академия функционировала до 1994 г.

Однако ликвидации высшей сельскохозяйственной школы в Москве не последовало. Под влиянием волнений, вызванных голодом из-за сильной засухи, охватившей в 1891–1893 гг. большую часть степных районов России, в том числе Кубань, Дон, Поволжье, степные районы Украины, и повлекшей за собой бедствие и гибель миллионов людей, а также под влиянием выступлений в печати многих русских ученых: Д. И. Менделеева, В. В. Докучаева, П. А. Костычева, К. А. Тимирязева и др. о необходимости увеличения численности подготовки специалистов сельского хозяйства для ликвидации последствий небывалой засухи, а не сокращения, правительство изменило свое первоначальное решение о ликвидации вуза. На месте академии в декабре 1894 г. был открыт Московский сельскохозяйственный институт, который по идее правительства ничем не должен был напоминать прежнюю академию.

В Московском сельскохозяйственном институте он принял кафедру частного земледелия в 1895 г., и вся дальнейшая педагогическая и научная деятельность Д. Н. Прянишникова была неразрывно связана с академией. Он был профессором, заведующим кафедрой растениеводства (1895–1928 гг.), где с первых дней развернул разносторонние агрохимические исследования, а затем (1928–1948 гг.) — заведующим кафедрой агрохимии.

С 1895 г. в институте Дмитрий Николаевич читал студентам курсы «Частное земледелие» и «Учение об удобрении». По материалам лекций в 1898 г. вышел учебник Д. Н. Прянишникова «Частное земледелие», выдержавший 8 изданий, в котором применению удобрений уделялось должное внимание, а в 1900 г. вышло первое в России издание книги «Учение об удобрении». В дальнейшем в 1934 г. эта книга была переработана в учебник «Агрохимия», за который в 1940 г. ему была присуждена Государственная премия.

По его учебникам «Учение об удобрении», «Агрохимия», «Растениеводство» и «Химия растений» учились поколения студентов и специалистов нашей страны и многих других стран. Еще при жизни Дмитрия Николаевича учебники были переведены на многие иностранные языки и считались лучшими пособиями в мировой учебной литературе.

Наряду с педагогической, научной и организационной работой в сельскохозяйственном институте Дмитрий Николаевич до революции в течение 10 лет (с 1907 по 1917 г.) читал лекции по агрономической химии и физиологии растений на Голицынских высших женских курсах, работая одновременно деканом и заместителем директора. Д. И. Прянишников трижды избирался директором курсов.

В 1909–1913 гг. он исполнял обязанности заместителя директора (проректора) по учебной части Московского сельскохозяйственного института, в 1916–1917 гг. был директором (ректором) института, а с 1920 по 1925 г. исполнял обязанности декана сельскохозяйственного отделения института. Находясь на административных должностях, он много сделал для улучшения сельскохозяйственного образования.

В 1908 г., будучи директором (ректором) института, Дмитрий Николаевич ввел специализацию по агрохимии. Выполнение дипломных работ сразу дало значительное развитие агрохимии.

Возросшая потребность производства в агрохимических знаниях способствовала тому, что в 1928 г. в Московской академии им. К. А. Тимирязева при участии Д. Н. Прянишникова был организован факультет агрохимии и почвоведения и открыта кафедра агрономической химии.

Классик агрономической науки, основоположник и организатор отечественной агрохимической научной школы, академик Д. Н. Прянишников внес весомый вклад в развитие химизации земледелия страны, производства и применения минеральных удобрений, обеспечивших удвоение урожаев сахарной свеклы и хлопчатника. Трудно назвать ученого, который внес бы больший вклад в развитие агрохимии.

Центральное место в многоплановой научно-исследовательской деятельности Д. Н. Прянишникова занимала проблема азота в земледелии и питании растений. Если теперь наши познания в агрохимии азота достигли должного уровня, то этому мы обязаны в значительной мере работам Дмитрия Николаевича.

Изучение Д. Н. Прянишниковым механизма образования аминокислоты аспарагина в растениях привело его к гениальному логическому предположению о возможности усвоения растениями аммиака извне. Классические исследования Д. Н. Прянишникова и его учеников показали, что аммиачный азот может хорошо усваиваться растениями. Более того, экспериментально доказано, что нитратный азот в растениях не может непосредственно включаться в биосинтез аминокислот и белков, а восстанавливается до аммиака, и что аммиак является исходным и конечным звеном во всей цепи превращения азотистых веществ в растении.

Д. Н. Прянишников установил, что именно с аммиака начинается синтез белков и аммиаком заканчивается распад азотистых органических веществ, что «аммиак есть альфа и омега в обмене азотистых веществ в растениях».

Свои более чем полувековые исследования по азотному питанию растений и применению азотных удобрений Д. Н. Прянишников обобщил в монографии «Азот в жизни растений и в земледелии СССР», изданной в 1945 г.

В начале XX столетия широко бытовало мнение, что «русские низкопроцентные фосфориты» не пригодны для производства фосфорных удобрений и непосредственного использования на удобрения без промышленной их переработки. Д. Н. Прянишников с сотрудниками, проведя в 1908 г. широкомасштабные исследования, разработал и предложил производству технологии переработки отечественных низкопроцентных фосфоритов в суперфосфат и преципитат, а также впервые успешно решил задачу производства комплексных удобрений (нитрофосов).

В связи с открытием в 1926 г. Соликамских калийных месторождений под его руководством были развернуты масштабные исследования по всесторонней оценке отечественных калийных удобрений в различных климатических зонах. Это позволило Дмитрию Николаевичу сделать прогноз потребности в них сельского хозяйства страны и развития калийной промышленности.

По инициативе Д. Н. Прянишникова и с его участием в 1919 г. был организован первый научный институт по удобрениям (НИУ). В нем Дмитрий Николаевич с 1919 по 1929 г. заведовал агрохимическим отделом, а в 1931 г. организовал создание Всесоюзного института удобрений и агропочвоведения (сейчас ВНИИА), где он в течение 17 лет (с 1931 г. до своей кончины 1948 г.) руководил лабораторией минеральных удобрений. Он сделал фундаментальный вклад в учение об удобрении. На его трудах, которых более 600, воспитано не одно поколение агрономов и научных работников. Без сомнения, Дмитрий Николаевич обладал чрезвычайно редкой способностью сочетать в себе талантливого ученого, выдающегося педагога, великого гражданина и мудрого государственного деятеля. Благодаря работам Д. Н. Прянишникова и его многочисленных учеников русская агрохимия получила мировое признание.

Благодаря работам Д. Н. Прянишникова и его учеников агрохимия нашей страны получила признание во всем мире. При этом по многим проблемам и прежде всего азотного, фосфорного и калийного питания растений, темпам производства и применения минеральных и известковых удобрений наша страна до развала многие годы занимала лидирующие позиции.

Дмитрий Николаевич — «сибирский самородок», его научная деятельность — яркая, неповторимая эпоха в агрономической и биологической химии. Однако его интересы не ограничивались лишь наукой, он был также активным государственным деятелем, истинным гражданином своей страны, глубоко учитывал нужды народного хозяйства и всеми своими знаниями способствовал его укреплению.

Д. Н. Прянишников писал, что главной задачей агрохимии была и остается оптимизация минерального питания растений, которая может быть решена только путем применения удобрений. Открытие на территории СССР богатых залежей агрономических руд — апатитов (1925 г.), фосфоритов и сильвинита (1926 г.) полностью обеспечивало сырьем туковую промышленность.

Достаточно сказать, что в течение пяти лет (1926–1931 гг.) было проведено 3808 полевых опытов с удобрениями на 317 опытных станциях и опытных полях, расположенных во всех сельскохозяйственных районах Советского Союза.

При участии Д. Н. Прянишникова в 1929 г. был создан журнал «Удобрение и урожай», который в 1932 г. получил название «Химизация социалистического земледелия», затем в 1963 г. — «Химия в сельском хозяйстве», а с 1997 г. — «Агрохимический вестник».

Многолетние полевые опыты с разными формами фосфорных и калийных удобрений показали, что их эффективность в значительной мере определяется биологическими особенностями возделываемых культур. Характерной особенностью его было умение разрешать трудные вопросы чрезвычайно простыми средствами и минимальными затратами. Д. Н. Прянишников был также инициатором организации основных экспериментальных полевых баз агрохимического отдела НИУ — Долгопрудного опытного поля (1920 г.), впоследствии преобразованного в Долгопрудную агрохимическую опытную станцию (ДАОС), Раменской агрохимической опытной станции (РАОС) и Люберецкого опытного поля (1923 г.).

Следует отметить, что вклад отечественных ученых, в том числе кафедры агрохимии, был столь велик, что в 20–30-е гг. ХХ в. Центр агрохимической науки постепенно переместился из Западной Европы в Россию.

Хорошо организованная Д. Н. Прянишниковым экспериментальная научная работа в различных почвенно-климатических зонах страны привела к формированию всемирно известной школы агрохимиков-физиологов растений.

В течение всей жизни Дмитрий Николаевич уделял большое внимание особенностям усвоения растениями аммонийного и нитратного азота. Он показал, что при ассимиляции нитратов в растениях происходит их восстановление до нитритов, а затем до аммиака, который включается в синтез аминокислот.

На протяжении всей своей научной деятельности Д. Н. Прянишников искал пути повышения эффективности азота минеральных (селитры, мочевины) и органических (навоза, торфа, сидератов и др.) удобрений, изучал условия повышения биологической фиксации азота бобовыми культурами — клевером, люпином и др.

Советский Союз являлся пионером производства аммонийной селитры. В европейских странах аммонийную селитру начали применять значительно позже, чем в СССР, и используют ее, как правило, в смеси с известью. Неблагоприятные ее физические свойства — огнеопасность, гигроскопичность и слеживаемость — в России устраняют не добавлением извести, а путем гранулирования, опудривания или парафинирования, в результате чего аммонийную селитру без добавок начали применять и в других странах.

Было установлено, что эффективность азотных удобрений зависит от обеспеченности сельскохозяйственных культур другими элементами питания и значительно выше на почвах с высоким содержанием подвижного фосфора и калия, а также при внесении фосфорных удобрений.

Он всегда подчеркивал необходимость использовать два пути связывания атмосферного азота — технический и биологический, и наряду с минеральным азотом на всем протяжении своей научной деятельности он уделял большое внимание «биологическому азоту», т. е. фиксации молекулярного азота воздуха симбиотической и несимбиотической микрофлорой. Выступая за увеличение производства азотных удобрений, он ратовал за значительное расширение посевных площадей бобовых культур и прежде всего многолетних трав и использование навоза.

Каким гигантом был Д. Н. Прянишников по сравнению с ловцами удачи, такими как В. Р. Вильямс и Т. Д. Лысенко, и многими их последователями! Говоря о значении их работ для производства, они в силу своей безответственности наносили вред производству, ибо рекомендовали ему научно неверные предложения.

Д. Н. Прянишников составил стратегически верный вопрос об интенсификации земледелия страны за счет применения минеральных, органических удобрений и расширения (до 15–20%) посевов многолетних бобовых трав. Он писал: «В травопольной системе некоторые видят какую-то панацею от всех зол, незаменимую „во все времена и для всех народов“, забывая, что не может существовать одной системы, одинаково пригодной повсюду, как для малонаселенных, так и для густонаселенных районов».

Всю свою жизнь Дмитрий Николаевич «спрашивал мнение самого растения и внимательно слушал ответ». В поле, саду или теплице он очень пристально смотрел на растения, склонив к ним голову, и размышлял о том, что они говорят.

Он первым в России организовал производство фосфорных удобрений. В г. Вятке и г. Кинешме были построены заводы по производству суперфосфата и преципитата из местных фосфоритов. В дальнейшем были построены также заводы по переработке фосфоритов саратовского, московского и других месторождений.

Работами лабораторий, руководимых Д. Н. Прянишниковым, выявлена существенная зависимость эффективности фосфорных удобрений от их гранулометрического состава почвы, доз и способа внесения.

Большое внимание Д. Н. Прянишников уделял калийным удобрениям. До открытия мощных соликамских калийных месторождений в 1926 г. калийные удобрения (как и азотные) у нас не производились. Использовали калий из Германии.

Под руководством Д. Н. Прянишникова были широко развернуты работы по агрохимической оценке отечественных калийных удобрений в различных климатических зонах, включая агрономическую, физиологическую и экономическую их оценку. При активном содействии Дмитрия Николаевича трест «Союзкалий» в 1927 г. организовал для изучения путей превращения калия в почве и эффективности применения калийных удобрений Соликамское опытное поле в Пермской области.

Полученные данные послужили в свое время обоснованием при разработке плановых заданий по развитию промышленности минеральных удобрений и установлению наиболее целесообразного их ассортимента.

В годы Великой Отечественной войны часть коллектива кафедры агрохимии во главе с Д. Н. Прянишниковым в октябре 1941 г. была эвакуирована в составе Тимирязевской академии в Самарканд. Будучи заведующим кафедрой агрохимии объединенного института (Самаркандского с. — х. института и академии), Дмитрий Николаевич развил активную плодотворную деятельность по улучшению образования студентов и научной работы. В этот период он внес ряд важных для сельского хозяйства предложений; стал инициатором внедрения сахарной свеклы на полях Узбекистана. Правительство Узбекской ССР выразило глубокую благодарность Д. Н. Прянишникову и его ближайшим помощникам по кафедре за большую и плодотворную работу, проведенную в области сельского хозяйства в республике в тяжелое время Великой Отечественной войны.

В 1945 г. Указом Президиума Верховного Совета СССР Д. Н. Прянишникову за выдающуюся научную деятельность и многолетнюю плодотворную работу по повышению урожайности сельскохозяйственных культур было присвоено звание Героя Социалистического Труда.

Научная, педагогическая и общественная деятельность Д. Н. Прянишникова была высоко оценена не только в нашей стране, но и во всем мире. В 1929 г. Д. Н. Прянишников был избран академиком АН СССР, а в 1935 г. академиком ВАСХНИЛ и членом ряда академий других стран.

Вопросы для самоконтроля

1. Значение древних ученых в развитии учения о питании растений.

2. Суть гумусовой теории Ю. Валлериуса и А. Тэера.

3. Почему А. Тэер отстаивал гумусовую теорию питания растений?

4. Жизненный путь Ю. Либиха и его вклад в агрохимию.

5. Основные заслуги Ж. Б. Буссенго в области агрохимии.

6. 3аслуги Д. Лооза в области производства удобрений и опытного дела.

7. Вклад А. Т. Болотова в развитие земледелия России.

8. Вклад Д. И. Менделеева в развитие агрономической химии.

9. Каковы заслуги А. Н. Энгельгардта в питании растений?

10. Значение работ С. П. Костычева в области питания растений.

11. Значение работ И. А. Стебута в развитии агрохимии.

12. Научный вклад А. Т. Кирсанова в развитие агрохимии.

13. Вклад Ф. В. Чирикова в развитие агрономической химии.

14. Роль Д. Н. Прянишникова в развитии агрохимии.

Глава 2. Питание растений

Сбалансированное питание растений макро- и микроэлементами контролирует многочисленные процессы обмена веществ и играет важнейшую роль в формировании урожая и его химического состава. К настоящему времени накоплен значительный практический опыт получения продукции заданного качественного состава регулированием минерального питания растений.

Продовольственная безопасность нашей страны напрямую связанна с интенсивностью химизации земледелия в целом. Необоснованные предложения последних лет о необходимости перехода земледелия страны на адаптивно-ладшафтные ГИС-технологии лишь отвлекают внимание и средства от актуальных задач на инструментальные возможности метода и ничего общего не имеют с обеспечением населения продовольствием.

Важно отметить, что вносимые с удобрениями элементы питания растений являются природными соединениями, которыми они питались миллионы лет, не оказывают негативного влияния на окружающую среду. Применение удобрений, наряду с повышением урожайности сельскохозяйственных культур и качества продукции, улучшает социальную и экологическую обстановку. Рассматривая вопросы химизации земледелия в экологическом аспекте, мы должны провести такую же четкую грань межу удобрениями и пестицидами, как между продуктами питания и лекарственными препаратами.

Питание является важнейшей функцией растений, обусловливающей их рост и развитие. Благодаря усвоению СО₂ из атмосферы в результате фотосинтеза и способности синтезировать сложные органические соединения из простых неорганических веществ для построения своих тел, растения приобрели полную независимость от готовых источников энергии и других организмов.

Первоначальные предположения, что элементы питания поступают в растения в результате диффузии через поры клетки (Дютроше, 1837) или в результате диффузионноосмотических процессов (Пфеффер, 1886 и др.) в настоящее время пересмотрены с учетом новых научных данных. Современные представления о питании растений основаны на исследованиях многих зарубежных и отечественных ученых.

Средний химический состав сухой массы растений (%): углерод — 45, кислород — 42, водород — 6,5, азот — 1,5, зольные элементы (после сжигания растений — калий, кальций, магний, фосфор, сера, кремний и др.) — 4–6%. В растущих растениях содержание элементов другое (% к сырой массы): кислород — 70, углерод — 18, водород — 10, кальций — 0,5, азот — 0,4, калий — 0,3, кремний — 0,15, фосфор — 0,1, магний — 0,07, сера — 0,05, хлор — 0,04, натрий — 0,02, алюминий — 0,02, железо — 0,02.

Растения содержат и способны поглощать практически все элементы периодической системы, присутствующие в почве, воде и воздухе. В них обнаружено более 75 химических элементов. Некоторым из растений свойственно аккумулировать в органах аномально большое количество элементов, не участвующих непосредственно в процессах обмена. В настоящее время установлено, что для роста и развития растений жизненно необходимы 20 элементов: C, H, O, N, P, S, K, Ca, Mg, Fe, B, Cu, Zn, Mn, Mo, Co, Na, Cl, I, V и 10 условно необходимых элементов: Si, Se, Sr, F, Ag, Li, Ni, Ti, Cr, Al.

Незаменимыми являются такие элементы питания, без которых растения не в состоянии завершить свой жизненный цикл «от семени до семени». Эти элементы называются биогенными или биофильными. Каждый из них выполняет в растении определенную биохимическую и физиологическую роль. Отсутствие или острый недостаток необходимого элемента вызывает глубокие нарушения биохимических процессов обмена веществ, приводящих к морфологическим изменениям органов и гибели растений.

Условно необходимые элементы не принимают непосредственного участия в процессах обмена веществ в растениях. Отсутствие их далеко не во всех случаях приводит к снижению урожая. Например, кремний в относительно больших количествах содержится в злаковых культурах (соломе и сене) и тем самым значительно повышает устойчивость их к полеганию и болезням, однако исключение кремния из питательного раствора, как правило, не оказывает существенного влияния на рост растений и урожай. Поэтому нельзя сказать, что он незаменимый.

Физиологическое значение элементов устанавливали при выращивании растений в водных или песчаных культурах, содержащих все необходимые элементы питания, кроме исследуемого.

В зависимости от содержания элементов в растениях их подразделяют на макроэлементы, микро- и ультрамикроэлементы.

К макроэлементам относятся необходимые элементы, содержание которых в растениях варьирует от десятков до сотых долей процента (.% –10^–2%): C, O, H, N, P, K, Ca, Mg, Na, S.

К микроэлементам относятся: В, Cu, Zn, Mn, Мо, Со и Fe. Их содержание в растениях колеблется в пределах 10^–2–10^–5%. Они входят в основном в состав многочисленных ферментов.

Ультрамикроэлементы содержатся в растениях в количестве менее 10^–5%. Их физиолого-биохимическая роль до настоящего времени четко не установлена. В малых количествах они присутствуют в воде, воздухе, солях, используемых в качестве удобрений, в материале сосудов, используемых для проведения вегетационных опытов, и других средах. К ультрамикроэлементам относятся Ag, Au, Cr, Ni, W, Br, U, Rb, Se, Cs и др. Об ультрамикроэлементах можно сказать, что никто экспериментально не доказал и никто не опроверг их физиологическую значимость для растений, поэтому к ним на таком же основании можно отнести все химические элементы, не вошедшие в группу макро- или микроэлементов.

Четыре элемента, которые при озолении (сжигании) растений образуют соответствующие газообразные соединения и улетучиваются: С, О, Н и N, — называются органогенными. На их долю приходится в среднем около 95% сухой массы растений. Оставшиеся в золе растений элементы (примерно 5% от сухой массы) относятся к зольным элементам.

Зола является важным показателем условий произрастания растений и качества продукции. В семенах злаковых культур содержание золы составляет в среднем — 2%, бобовых — 2–3%, масличных — 3–4%. В стеблях растений, выращиваемых в зоне достаточного увлажнения содержание золы — 4–5%, в степных районах — 6–9% и соответственно в листьях 4–7 и 8–10%. Состав золы растений представлен в табл. 2.1.

Таблица 2.1

Примерное содержание отдельных элементов в золе растений (в %)(Вильдфлуш и др., 2005)

Культура и часть урожая	Р2О5	К2О	СаО	MgO	SO3	Na2О	SiO2
Пшеница зерно солома	48	30	3	12	5	2	2
	10	30	20	6	3	3	20
Горох зерно солома	30	40	5	6	10	1	1
	8	25	35	8	6	2	10
Картофель клубни ботва	16	60	3	5	7	2	2
	8	30	30	12	8	3	2
Сахарная свекла корни ботва	15	40	10	10	6	10	2
	8	30	15	12	5	25	2
Подсолнечник семена стебли	40	25	7	12	3	3	3
	3	50	15	7	3	2	6

Растения потребляют элементы питания в основном в неорганической ионной форме — в виде катионов и анионов (табл. 2.2). Питательные вещества, входящие в состав органических удобрений и гумусовых веществ почвы (N, P, S и др.), становятся доступными растениям лишь после их минерализации и перевода в ионнyю форму.

Таблица 2.2

Основные формы потребления элементов питания растениями(Кидин, 2008)

Элемент	Основные ионы	Элемент	Основные ионы
Азот	NH4+, NO3– NO2–	Марганец	Mn2+, MnO4–, Mn4+
Алюминий	Al3+, Al(Н2О)63+	Медь	Cu2+, Cu+
Бор	H2BO3–, H4BO72–	Молибден	MoO42–
Железо	Fe2+, Fe3+, Fe(Н2О)63+	Натрий	Na+
Калий	K+	Cелен	SeO42–
Кальций	Ca2+	Сера	SO42–, SO2
Кобальт	Co2+, Co3+	Фосфор	H2PO4–, HPO42–
Кремний	H3SiO4–, HSiO3–	Цинк	Zn2+
Магний	Mg2+

Азот является важнейшим элементом питания всех растений и животных. Его содержание в варьирует в пределах 2–6% от сухой массы. Трудно найти в растениях какой-либо класс соединений, не содержащих азот. Наряду с углеродом, кислородом, водородом, фосфором, серой азот является строительным материалом для образования ткани растений. Он входит в состав важнейших органических веществ: аминокислот, белков, нуклеиновых кислот, нуклеопротеидов, АТФ, фосфолипидов, алкалоидов, ферментов и др.

Доступный азот растения получают главным образом из гумуса почвы в результате его минерализации или удобрений. Если азотные удобрения не вносились, то по выносу азота урожаем можно легко подсчитать количество минерализованного гумуса, исходя из того, что в гумусе содержится около 5% азота.

Азот гумуса является основным источником питания растений. В почве содержание минерального азота колеблется в пределах 1–3% в органической форме 97–99% от валового количества.

Фосфор является незаменимым элементом питания, важной составной частью растений. Он входит состав нуклеиновых кислот, нуклеопротеидов и других соединений, играющих важную роль в синтезе белковых веществ, росте и развитии. Фосфор входит также в состав ферментов и витаминов, сахарофосфатов, фосфатидов, большое количество его в фитине и в минеральных соединениях. Фосфатиды контролируют проникновение и обмен веществ в клетках. Нуклеиновые кислоты — дезоксирибонуклеиновая (ДНК) и рибонуклеиновая (РНК) участвуют в синтезе белка. Фосфор оказывает большое влияние на обмен веществ в клетке, он является основным источником и носителем энергии для физиологических процессов в растениях.

Фосфор принимает также участие в любом обмене веществ в растениях, способствует развитию надземной массы и корневой системы растений. При низком содержании подвижных фосфатов в почвах припосевное внесение фосфорных удобрений заметно улучшает рост растений.

Большое влияние оказывает фосфор на урожайность и качество продукции. Фосфор способствует процессам оплодотворения, ускоряет формирование плодов и их созревание.

Почва является основным источником фосфатов для питания растений. В отличие от азота в природе нет естественных источников пополнения запасов фосфора в почве, поэтому основной путь повышения содержания в почве Р₂О₅ — фосфорные удобрения. Без фосфора, как и без азота, рост растений невозможен.

Калий. Физиологическая роль калия в жизни растений состоит, прежде всего, в поддержании необходимого физико-химического состояния протоплазмы клетки, уравновешивании ее электростатического потенциала, благодаря чему поддерживается консистенция, вязкость и оводненность цитоплазмы.

Как необходимый элемент питания, калий оказывает влияния на все биохимические процессы клетки: углеводный, белковый, липидный обмен. Особенно большую роль калий играет в углеводном обмене растений. Он способствует накоплению растворимых углеводов и транспортировке их в запасные органы.

Калий увеличивает гидрофильность коллоидов протоплазмы, что поддерживает организм в активном состоянии. Он увеличивает поступление воды в растение, повышает осмотическое давление и тургор, уменьшает испарение воды растениями, они становятся более устойчивыми к засухе.

Большая часть калия (около 80–85% общего содержания) находится в виде катионов в клеточном соке, остальная часть адсорбирована коллоидами протоплазмы в обменном состоянии. Значительная часть калия уравновешивает отрицательные заряды органических соединений. Поскольку калий в тканях растений не образует нерастворимых соединений, а весь находится в ионном состоянии, то довольно легко выщелачивается из стареющих тканей растений в период дождей.

Внесение калийных удобрений повышает содержание сахаров в растениях, снижает развитие корневых гнилей, улучшает лёжкость продукции плодовых и овощных культур.

Кальций. Физиологическая роль кальция в растениях значительна, прежде всего в углеводном и белковом обмене растений. Дефицит кальция сказывается на развитии надземной массы и корней растений. При недостатке кальция на корнях растений перестают образовываться корневые волоски, которые участвуют в поглощении растениями воды и элементов питания.

Недостаток кальция вызывает ослизнение корней, наружные клетки корня разрушаются, поскольку пектиновые вещества и липоиды клеточных стенок в отсутствии кальция растворяются и значительная часть корня превращается в слизистую бесструктурную массу и загнивает.

В растениях кальций выступает в качестве антагониста калия. Кальций в отличие от калия уменьшает дисперсность коллоидов и оводнённость протоплазмы. Кальций поддерживает физиологическую уравновешенность катионного состава среды, стабилизирует состояние протоплазмы. С возрастом количество кальция обычно увеличивается в старых клетках, где образует соли щавелевой кислоты. Соотношение между потерями кальция в результате вымывания и выносом с урожаем растений варьирует в диапазоне 3–4:1.

Магний играет важную роль в процессе фотосинтеза растений. Большое значение магния в питании растений обусловлено вхождением его в состав хлорофилла. При оптимизации магниевого питания повышается интенсивность фотосинтеза, вязкость протоплазмы, жаростойкость и водоудерживающая способность растений. Он входит в состав ферментов, участвующих в углеводном и белковом обменах. Магний участвует в процессах трансформации фосфорных соединений в растении, ответственных за дыхание. Применение магнийсодержащих удобрений существенно улучшает азотный обмен в растениях и увеличивает его содержание в них.

Сера является незаменимым элементом питания. Она входит в состав трех аминокислот: цистина, цистеина, метионина, ферментов и биологически активных соединений. Она входит в состав всех белков, растительных и горчичных масел, ферментов, витаминов и других соединений, которые участвуют в обмене веществ.

Вопросы серных удобрений остро встали лишь в последние годы, в связи с ограничением производства простого суперфосфата, содержащего гипс. Основным источником серного питания растений являются в основном соли серной кислоты (сульфаты). Небольшая часть серы может использоваться также листьями из воздуха в виде сернистого газа (SO₂).

Наиболее высокая физиологическая потребность в сере у культур семейства крестоцветных, бобовых и значительно меньше у злаковых. Источником серы для растений является гумус почвы, в котором находится примерно 80–90% от валового количества серы в почве. Главным источником серы для растений являются сульфаты органических и минеральных удобрений.

Основные органы питания растений — это лист и корень. Листья, потребляя СО₂ из воздуха, обеспечивают растения углеродным питанием, корни выполняют несколько функций, главными их которых являются поглощение из почвы питательных веществ и воды.

Через листья в растения поступают преимущественно СО₂, и О₂ и некоторые газы: NН₃, SО₂, N₂O, NO, Н₂S. Однако они также не лишены способности усваивать элементы питания, находящиеся в ионной форме (катионы и анионы). Способность надземных органов растений усваивать элементы питания широко используется в практике сельского хозяйства. С помощью некорневых подкормок зерновых культур азотными удобрениями (в основном мочевиной), овощных и плодовых культур — микроудобрениями можно в значительной мере компенсировать дефицит элементов питания в растениях и существенно повысить урожайность и/или качество продукции.

2.1. Химический состав растений

Содержание основных элементов питания в растениях, определяющих урожайность и качество продукции, зависит от их биологических особенностей, агротехники, климатических условий и других экологических факторов. В зерне злаковых культур содержание азота и фосфора, как правило, в 4–5 раза выше, а калия в 2–3 раза ниже, чем в побочной продукции (соломе). Наиболее высоким содержанием азота, фосфора, кальция и магния отличаются бобовые культуры (табл. 2.3).

Большинство зерновых, зернобобовых и масличных сельскохозяйственных культур в репродуктивных органах содержат 85–90% сухих веществ, воды — 7–15%. Зеленые вегетативные органы растений, напротив, содержат 85–95% воды и 5–15% сухих веществ.

В зеленой массе злаковые, бобовые и другие сельскохозяйственные культуры отличаются высоким содержанием воды. Клубни картофеля содержат 75–85% воды и сухого вещества 15–25%, корнеплоды сахарной свеклы содержат воды 75–80%, корнеплоды столовой свеклы, моркови — 85–90%, капуста — 90–93%, плоды томатов — 88–92%, огурцы содержат 96% воды и только 4% сухого вещества.

Сухое вещество растений на 92–95% состоит из органических соединений и на 5–8% из минеральных. Наиболее важные органические вещества растений — белки, жиры, крахмал, сахар, клетчатка, пектиновые вещества и другие азотистые и безазотистые соединения.

Таблица 2.3

Содержание азота и зольных элементов в урожае основныхсельскохозяйственных культур, в% от сухой массы (Вильдфлуш и др., 2005)

Культура	N	Р2О5	К2О	СаО	MgO	Na2О	Fe	Cl	SO3	SiO2
Пшеница зерно солома	2,5	0,85	0,50	0,08	0,20	0,05	0,005	0,10	0,22	0,03
	0,5	0,20	0,90	0,30	0,10	0,05	0,03	0,20	0,10	1,00
Рожь зерно солома	2,0	0,85	0,60	0,10	0,12	0,06	0,018	0,07	0,20	0,10
	0,45	0,26	1,00	0,29	0,09	0,10	0,010	0,20	0,30	1,00
Ячмень зерно	2,1	0,85	0,55	0,10	0,16	0,10	0,020	0,15	0,30	0,90
Овес зерно	2,0	0,85	0,50	0,16	0,17	0,45	0,040	0,14	0,30	1,00
Гречиха зерно	1,8	0,60	0,27	0,05	0,15	0,07	0,030	0,17	–	–
Кукуруза зерно	1,8	0,57	0,37	0,03	0,20	0,010	0,010	0,06	0,25	0,06
Горох	4,0	1,00	1,25	0,10	0,15	0,02	0,006	0,07	0,43	0,33
Фасоль	3,5	1,40	1,70	0,24	0,30	0,06	0,004	0,06	0,39	–
Лен	4,0	1,35	1,00	0,30	0,50	0,07	0,020	0,03	–	–
Подсолнечник	3,3	1,40	0,95	0,20	0,40	0,10	0,030	0,01	0,10	0,06
Картофель	0,30	0,14	0,40	0,03	0,06	0,02	0,003	0,20	0,08	0,03
Свекла сахарная	0,25	0,08	0,30	0,06	0,05	0,07	0,002	0,06	0,02	0,01
Морковь	0,18	0,11	0,40	0,10	0,05	0,18	0,010	0,03	0,01	0,04

Все незаменимые элементы оказывают большое влияние не только на урожайность культур, но и на качество продукции (табл. 2.4). Химический состав растений в течение вегетации постоянно меняется. В молодом возрасте поглощение элементов питания культурами заметно опережает синтез растениями органических веществ. Например, у кукурузы максимально интенсивное поглощение элементов питания происходит в фазе 7–9 листьев, у картофеля максимальное поглощение элементов минерального питания отмечается в июле, у сахарной свеклы — в августе. Растения в молодом возрасте потребляют элементы питания больше необходимого, как бы в запас, и в дальнейшем используют при синтезе органических веществ.

Таблица 2.4

Химический состав сельскохозяйственных культур, % (Новиков Н. Н., 2011)

Культура	Вода	Белки	Крахмал, сахара	Клетчатка	Жиры	Зола
Пшеница (зерно)	14,0	14,0	64,0	2,5	2,0	2,0
Рожь (зерно)	14,0	12,0	67,0	2,0	2,0	2,0
Ячмень (зерно)	14,0	9,0	65,0	5,5	2,0	3,0
Гречиха (зерно)	14,0	9,0	60,0	8,0	3,0	2,0
Горох (зерно)	14,0	22,0	53,0	5,5	1,5	3,0
Лен (семена)	12,0	23,0	18,0	8,0	40	4,0
Клевер (зеленая масса)	75,0	3,0	10,0	6,0	0,8	3,0
Ежа сборная (зеленая масса)	70,0	2,1	10,0	10,5	1,2	2,9
Морковь (корнеплоды)	86,0	0,7	9,0	1,0	0,2	1,0
Лук репчатый (луковицы)	85,0	1,5	12,0	0,8	0,1	0,5
Картофель (клубни)	78, 80,0	1,3	17,0	1,0	0,1	1,0
Сахарная свекла (корнеплоды)	75,0	1,0	20,0	1,0	0,1	0,8
Кормовая свекла (корнеплоды)	86,0	1,0	10,0	1,0	0,1	1,0
Свекла столовая (корнеплоды)	90,0	1,0	6,3	0,9	1,2	0,8

Питание растений — это процесс поглощения и усвоения ими необходимых элементов. В живой природе различают два типа питания — гетеротрофный и автотрофный. При гетеротрофном типе питания, характерном для животных организмов, грибов и микробов, используются белки, жиры, углеводы, иные сложные органические соединения, выработанные другими организмами. Автотрофы — зеленые растения и некоторые микроорганизмы (хемоавтотрофы) — способны питаться исключительно неорганическими (минеральными) веществами. Необходимые для питания элементы растения получают через листья и корни — из воздуха и почвы. Поэтому различают воздушное и корневое питание растений.

Воздушное питание состоит в усвоении зеленым растением, главным образом листьями, углекислого газа с помощью световой энергии. В процессе фотосинтеза растения усваивают углекислый газ (СО₂) и образуют органические соединения (углеводы, белки, жиры), содержащие восстановленный углерод. Для восстановления углерода они используют водород воды, при этом выделяя в атмосферу свободный (молекулярный О₂) кислород. Источником энергии при фотосинтезе служит солнечный свет, поглощаемый хлорофиллом, который не рассеивается в виде тепла, а преобразуется в химическую энергию. Таким образом, в процессе фотосинтеза из углекислоты воздуха и воды почвы при участии солнечных лучей образуются безазотистые органические вещества (углеводы).

Если фотосинтез сопровождается поглощением энергии, то при дыхании происходит освобождение энергии. На дыхание растениями расходуется примерно 20% органического вещества, созданного во время фотосинтеза. Дыхание проходит по следующей схеме:

С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ → 6СО₂ + 6Н₂О + 686 КДж.

Выделяющаяся при дыхании энергия используется в растениях на синтез более сложных органических веществ, на поглощение корнями питательных элементов и воды из почвы и передвижение их к листьям, а от них к растущим частям: точкам роста, цветкам, семенам, клубням и т. д. В образовании органических соединений как источник энергии участвует аденозинтрифосфорная кислота (АТФ).

В обычных условиях растения используют не больше 2–3% солнечной энергии, приходящей на поверхность земли. Поэтому одной из задач земледелия является увеличение фотосинтетической деятельности возделываемых культур. Этому способствуют увеличение листовой поверхности и удлинение периода ее жизнедеятельности, оптимизация питания растений, выведение более продуктивных сортов и разработка новых технологий возделывания.

Из воздуха растения поглощают не только углекислый газ, но и азот (бобовые культуры), а также легкорастворимые соли. Эта их способность используется при некорневых подкормках растений.

Поступление элементов через корни, их передвижение и усвоение тесно связаны с фотосинтезом, дыханием, другими биохимическими процессами и требуют затрат энергии. При этом растения обладают избирательной способностью поглощения элементов питания.

Корнями растения усваивают ионы (катионы и анионы) из почвенного раствора и некоторую часть из поверхности почвенных коллоидов. При этом азот поглощается в виде катиона NH₄⁺ и аниона NO₃^– (бобовые способны усваивать из атмосферы молекулярный азот). Фосфор и сера поглощаются в форме анионов H₂PO₄^–, НPO₄^2–, PO₄^3–, SO₄^2–; калий, кальций, магний, натрий, железо в виде катионов К⁺, Са²⁺, Mg²⁺, Na⁺, Fe³⁺; микроэлементы — в виде катионов и анионов. Кроме этих элементов корни растений способны поглощать из почвы СО₂ (до 5% от общего его потребления), а также в небольшом количестве аминокислоты, витамины, ферменты и некоторые другие растворимые органические соединения.

Корневые системы растений существенно различаются по строению, форме, распределению в почве и поглотительной способности. Так, по данным Н. А. Качинского, масса корней в условиях нечерноземной зоны достигала у овса 25–30% от надземной массы, клевера — 50–60, на предкавказском черноземе у кукурузы — 12–15, ози

...