Минеральное питание растений и почва

В то же время в Таранде водными культурами растений занимался Сакс. Он прибегнул к методу так называемых фракционированных растворов: корни растений погружались попеременно то в один, то в другой раствор. Этим путем Саксу удалось вырастить из семян фасоли и свеклы взрослые растения со значительным приростом органического вещества. Когда известие об открытии полного состава минеральных солей, необходимых для питания растений, облетела мир, Сакс, приписывая приоритет открытия себе, вступил по этому поводу в горячую полемику с Кнопом.

Метод песчаных культур после Буссенго и Сальм-Горстмара разрабатывал Гельригель. Им был выяснен состав нормальной смеси солей для песчаных культур, которым многие исследователи пользуются до настоящего времени. Эта работа потребовала от Гельригеля долгих лет упорного труда и постановки многочисленных серий вегетационных опытов.

В разработке вегетационного метода большое участие принимал также Ноббе (Тарандская опытная станция), доведший технику вегетационного метода до совершенства. Именно Ноббе принадлежит идея создания нового типа специальных легких построек для проведения вегатационных опытов — так называемых вегетационных домиков.

В плеяде имен русских исследователей минерального питания растений особое место занимает академик Д.Н. Прянишников.

Работы этого ученого внесли много нового в понимание процесса зольного питания и особенно явлений азотного обмена у растений. Они значительно углубили и дополнили положение Буссенго о сравнительной ценности аммонийного и нитратного азота для питания растений. Кроме того, Прянишникову и его школе удалось опровергнуть господствовавшее в западноевропейской науке представление о том, что потребности всех высших растений в питании и на всех фазах их развития могут быть удовлетворены какой-то идеальной «стандартной» комбинацией основных зольных элементов.

Д.Н. Прянишников

Исследования школы Прянишникова показали, что каждый вид растения предъявляет специфические требования к количественным комбинациям отдельных зольных элементов. Было также установлено, что потребность растения в отдельных зольных элементах изменяется на разных фазах его развития. Таким образом, наилучшим питательным раствором для растения должен считаться раствор не постоянного, а переменного состава, изменяемый соответственно изменению потребностей растения на разных стадиях его развития. Это положение имеет громадное практическое значение, являясь основой нового метода искусственного поднятия урожайности.

С развитием точных методов биохимического исследования представилось возможным не только установить число необходимых для развития растения химических элементов и их соединений, но и пролить свет на качественное физиологическое значение каждого из них в процессах жизнедеятельности растений. Роль элементов-органогенов (углерода, водорода, кислорода и азота) была ясной с самого начала. Из этих элементов строятся углеводы и белковые вещества, составляющие основу живой материи. Поскольку в состав белков входят, кроме того, еще фосфор и сера, физиологическая роль этих элементов тоже не вызывала сомнений. Менее понятна была роль металлов, оказавшихся также в числе элементов, необходимых для развития растений.

В 90-х годах XIX в. Х.Кеппе высказал предположение, что соли металлов являются стимуляторами и регуляторами процессов обмена, совершающихся в белках, входящих в состав протоплазмы живых клеток. Эта мысль получила дальнейшее развитие в целом ряде последующих исследований. В настоящее время считают установленным, что минеральные вещества являются фактором изменения физического состояния коллоидов протоплазмы. Этим путем они непосредственно влияют на течение процессов обмена веществ и архитектонику клетки. Во многих случаях минеральные вещества выполняют роль катализаторов биохимических реакций; они также иногда являются факторами электролитических процессов, совершающихся в тканях растений. Этими данными мы можем закончить современный период изучения веществ, необходимых для растений в процессе их минерального питания. Но это будет справедливо лишь в отношении тех химических элементов, которые необходимы растению в сравнительно больших количествах. С уточнением техники вегетационных опытов стал заметен неуниверсальный характер лабораторно-химических смесей Кнопа, Гельригеля и других авторов, – в них чего-то недоставало (особенно для развития незлаковых растений). Так, например, при проведении водных культур отмечалось преимущество водопроводной воды перед дистиллированной. Только в начале ХХ в. неполнота этих смесей была установлена работами ученых французской школы, выяснивших необходимость в таких химических элементах, как В, Мn, Cu, Zn и др., для питания растения. Значение этих элементов ускользало ранее от внимания исследователей главным образом потому, что опыты с минеральным питанием растений ставились в условиях недостаточной чистоты применявшихся водных растворов солей. Приготовление растворов из обыкновенной водопроводной воды обеспечивало растения необходимыми микроэлементами, поэтому опыты с водопроводной водой удавались лучше.

Более точные опыты с пользованием абсолютно чистой дистиллированной воды и с исключением возможности выщелачивания микроэлементов из стенок тех сосудов, в которые наливались растворы, показали, что микроэлементы являются безусловно необходимыми для нормального питания растений.

Еще более поздние исследования доказали положительное влияние микроэлементов на засухоустойчивость, морозостойкость и солевыносливость растений, а также на химический состав зерна. Эти данные заставили признать, что вопрос о микроэлементах далеко выходит за рамки проблемы минерального питания растений.

Наш очерк о минеральном питании растений был бы неполным, если бы мы не упомянули, хотя бы очень кратко, о заслугах и достижениях людей, изучавших природу почв, их происхождение, закономерности их географического распределения и способы использования почв в системе сельского хозяйства.

Основы почвоведения как естественно-исторической дисциплины были заложены и разработаны трудами главным образом русских ученых.

Н.М. Сибирцев, признавший главным фактором почвообразования климат, разработал в 1890-х гг. научную классификацию почв в связи с их географическим распространением в различных климатических зонах.

В.В. Докучаев (1848–1903) был творцом современного учения о генезисе почв, исследовавшихся им в связи с составом и возрастом горных пород, рельефом, климатом и растительностью. Дело, начатое Сибирцевым и Докучаевым, продолжали их ученики и преемники П.С. Коссович, К.Д. Глинка, К.К.Гедройц и др. В свете работ этих исследователей почва перестала быть в глазах ученого и земледельца мертвым субстратом и предстала в виде объекта, имеющего историю происхождения и развития, закономерно меняющего структуру и состав в связи с тем или иным течением своеобразных физико-химических и микробиологических процессов.

В.В. Докучаев

В.Р. Вильямс

Использовав эти научные достижения русских классиков почвоведения и все лучшее из опыта мировой агрономической науки (например, возникшее еще в конце XVIII в. в Западной Европе учение Шуберта о травосеянии в системе севооборота), академик Василий Робертович Вильямс (1863–1939) положил начало новому направлению в почвоведении, рассматривающему эволюцию почв и растительности в их тесном взаимодействии. В корневой системе растений Вильямс видел не только органы расхищения минеральных солей почвы, но и фактор положительного воздействия на ее структуру. Травы, согласно учению Вильямса, восстанавливают структуру и прочность почв, необходимые для получения высоких урожаев. На этой идее он обосновал свою травопольную систему земледелия, предусматривающую в системе севооборота определенную последовательность посева хлебных злаков, рыхлокустистых трав и бобовых растений. В травопольную систему Вильямса входит еще целый ряд других агрикультурных мероприятий (например, обеспечение системы зяблевой вспашки на определенную глубину почвенного слоя, предпосевная культивация почв весной, рационализация внесения искусственных удобрений, насаждение лесозащитных полос и т. д.).