Развитие гумусовой теории питания растений в XVIII веке

Понимание того, как растения получают питательные вещества, формировалось веками. На рубеже XVII–XVIII веков, когда химия еще не существовала как наука, агрономы искали ответы на вопросы почвенного плодородия после того, как была доказана несостоятельность водной теории. Этот вакуум восполнила гумусовая теория питания. Сам термин «гумус» использовался еще во времена римлян для обозначения почвы в целом, а позже стал относиться к почвенной органике, ее фракциям и комплексным соединениям, полученным под действием химических реагентов.

• Период понятия «oleum unctuosum» — с 373–328 гг. до н. э. по 1709–1785 гг.
• Публикация «Системы природы» — 1740 г.
• Первое научное определение гумуса — 1761 г.
• Публикация труда о питании растений — 1804 г.

С 373–328 гг. до н. э. до 1709–1785 гг. среди естествоиспытателей господствовало представление об «oleum unctuosum» («мазеподобном масле»), которое приравнивали к почве или «жиру земли». Позже, в период 1707–1778 гг., была предложена классификация почв, аналогичная классификации растений. В книге «Система природы» (1740) к первичным землям относили только песок и глина, а вся «растительная земля» считалась продуктом гнения растений и животных, который ежедневно умножается, но со временем снова переходит в один из видов песка.

В книге «Основы земледельческой химии» (1761) понятие «гумус» впервые закрепили за разложившимся органическим веществом. Тогда же возникла гипотеза о питании растений гумусом, которая объясняла высокую продуктивность богатых перегноем почв. Однако теория ошибочно исходила из якобы прямого усвоения корнями растения этого сложного органического вещества.

В сочинении «Fundamenta agriculturae chemical» (1766) утверждалось, что зольные части растений, полученные при химическом анализе, не тождественны содержащимся в почве и приготовляются растением из воды и воздуха. «Жирной» субстанции гумуса придавалось главное значение, именно ею объясняли действие навоза и перегноя. Солям почвы, в частности селитре, приписывали лишь значение растворителей почвенного «жира». Исходя из положения «nutritio non fieri potesta rebus heterogeneis, sed homogeneis», ученые пришли к выводу, что только органические вещества почвы являются питательными для растений (nutritiva), а другие части, например мел или соль, играют лишь вспомогательную роль (instrumentalia), способствуя растворению жирных веществ.

Разделение гумуса на фракции и открытие фотосинтеза

Развитию гумусовой теории способствовали исследования, проводившиеся в период 1767–1845 гг. В научном труде «Химические исследования жизнедеятельности растений» (1804) особое внимание уделено гумусу (terreau). Было доказано, что гумус является неоднородным веществом и состоит из различных комплексов (экстрактивные вещества, жиры, соли), которые легко могут быть разделены. Гумус способен поглощать кислород, который, соединяясь с углеродом почвы, дает углекислоту. Вытяжка из перегноя содержит те же зольные вещества, что и сами растения, и поступает в них в небольшом количестве наряду с другими веществами почвы.

Также в этот период было разработано учение о воздушном питании растений. Экспериментально установлено, что источником углекислого газа является не почва, а атмосферный воздух. При разложении углекислого газа растениями усваивается не только углерод, но и элементы воды — водород и кислород.

Процессы дыхания и воздушного питания распределяются следующим образом:

• В темноте растение в процессе дыхания поглощает кислород и выделяет углекислоту.
• На свету растение усваивает углерод углекислоты и выделяет кислород.
• Источником углекислого газа для питания служит исключительно атмосферный воздух.
• При разложении углекислого газа растение усваивает углерод, а также водород и кислород, входящие в состав воды.

Понимание роли органического вещества в формировании урожая складывалось веками. В основу агрономии конца XVIII — начала XIX века легла теория гумусового питания растений, детально изложенная в книге «Основы рационального сельского хозяйства» немецким ученым (годы жизни — 1752–1828 гг.). Согласно этой концепции, плодородие почвы напрямую зависит от запасов гумуса, поскольку именно он, не считая воды, признавался единственным источником питания культур. Предполагалось, что минеральные соединения почвы сами по себе не питают растения, а лишь помогают им усваивать перегной.

Классификация почв и практическое наследие теории

Параллельно с разработкой теории питания велась работа по систематизации земель. Была создана одна из первых классификаций почв Западной Европы. В ее основу легли три ключевых практических критерия:

• гранулометрический состав;
• содержание гумуса;
• содержание извести.

Новый подход быстро завоевал популярность среди практиков, поскольку книга «Основы рационального сельского хозяйства» впервые дала научное объяснение многим приемам, которые раньше использовались вслепую. Спустя почти 200 лет после публикации этих трудов автора теории все еще считают основоположником научного земледелия в Германии. Многие его выводы сохраняют ценность для современного растениеводства, а сам исследователь также вошел в историю как создатель системы немецкого сельскохозяйственного образования.