Становлення основ агрохімії та фізіології рослин в епоху Відродження

Сучасні технології мінерального живлення та розрахунку доз добрив ґрунтуються на базових законах хімії та фізіології рослин. Ці принципи не з'явилися самі по собі — їхній фундамент закладався в епоху Відродження, коли наука змінила церковні догми на експеримент і практику. Розуміння того, як рослина взаємодіє з ґрунтом, водою та повітрям, дозволило перейти від сліпого копіювання стародавніх прийомів до керованого формування врожаю.

Від досвіду до перших законів фізіології рослин

У XIV–XV століттях розвиток мануфактур і товарного виробництва в Європі змусив сільське господарство шукати шляхи підвищення продуктивності. Поштовхом до розвитку аграрної науки став винахід книгодрукування в середині XV століття. З 1466 по 1515 рік у Європі були надруковані твори стародавніх письменників, філософів та агрономів. Це повернуло в практику забуті знання про ґрунти і дало старт вивченню водного живлення рослин.

У цей період ботаніка вперше виокремилася в самостійну біологічну дисципліну. Видатний італійський учений і живописець (1452–1519) зробив дослід головним інструментом пізнання. Він детально описав листкорозміщення, геліотропізм, геотропізм, а також виявив кореневий тиск і рух рослинних соків. Саме він уперше заговорив про кругообіг речовин і почав вивчати вплив повітря, води та мінеральної частини ґрунту на життя рослин.

Услід за ним інший італійський природодослідник (1519–1603) зробив спробу дати точну морфологічну та фізіологічну характеристику рослинам. Він припустив, що поживні речовини притягуються корінцями з ґрунту подібно до того, як залізо притягується до магніту. На його думку, соки рухаються вгору по стеблу під дією «життєвої теплоти» та нагрівання сонцем, а сам корінь вбирає вологу подібно до ліхтаряного ґнота, опущеного в гас.

• Початок друку наукових праць — 1466 р.
• Відкриття кореневого тиску — XV–XVI ст.
• Теорія мінерального живлення рослин — 1563 р.

Теорія мінерального живлення та закон повернення елементів

Скрупульозно накопичені знання про фізіологію рослин тісно переплелися з практичною агрохімією. Довгий час землероби застосовували добрива інтуїтивно, без розуміння причин їхньої ефективності. У більшості книг із сільського господарства XVI століття у вирішенні цього питання не було зроблено ні кроку вперед порівняно зі стародавніми римськими авторами.

Ситуацію змінив французький природодослідник (1510–1589), який у 1563 році опублікував «Науковий трактат про різні ґрунти (солі) та сільське господарство». Він уперше сформулював погляд на ґрунт як на джерело мінеральних речовин, необхідних для живлення культур. Він довів, що рослини вилучають солі із землі, поступово збіднюючи її, через що врожаї починають падати.

Для збереження родючості вчений рекомендував регулярно повертати в ґрунт елементи живлення. Одним із прийомів було спалювання соломи та повернення отриманої золи, яка містить поглинуті з ґрунту солі. Також рекомендувалося додавати до гною та інших органічних добрив розчинні солі та мергель. Без такої компенсації або без періоду відпочинку (парування) ґрунт втрачає мінеральні речовини, принесені дощами та росами.

Розуміння того, як саме харчуються рослини, складалося з суперечливих гіпотез. У 1629 році був закладений класичний дослід, який надовго затвердив помилкову водну теорію живлення. У діжку з ретельно зваженим ґрунтом посадили живець верби і регулярно поливали його дощовою водою. Результати цього п'ятирічного експерименту показали колосальний приріст маси рослини при мінімальній зміні ваги землі.

• Маса ґрунту на початку досліду — 91 кг
• Маса живця верби — 2,25 кг
• Строк проведення досліду — 5 років
• Приріст маси верби — 74,4 кг
• Зменшення маси ґрунту — всього 56,7 г

На підставі цих даних дослідники зробили висновок, що для життя рослин достатньо однієї лише води, яка нібито ущільнюється і перетворюється на органічну речовину. Помилка полягала в тому, що в той час наука ще не знала про повітряне живлення рослин та засвоєння вуглекислого газу. Також були відсутні методи обліку зольних елементів, які саджанець поглинав із ґрунту в украй малих, але життєво важливих кількостях.

Неспроможність водної гіпотези довели під час більш точних тестів у період з 1665 по 1728 рік. Вчені засумнівалися в тому, що вода здатна повністю замінити живлення з ґрунту, і порівняли розвиток паростків м'яти в різних середовищах. Результати зважування зеленої маси наочно показали залежність розвитку рослин від складу води та наявності в ній органічних домішок.

Цей експеримент довів, що основним будівельним матеріалом для рослинного організму слугує «землиста речовина», а не чиста вода. Більша частина вологи, що надходить через коріння, не затримується в тканинах, а випаровується через пори листя в атмосферу. Таким чином, вчені вперше розділили фізіологічну роль води як транспортного середовища та ґрунту як джерела живлення.

Відкриття «солі родючості» та перші уявлення про кругообіг азоту

Паралельно з вивченням водного та ґрунтового балансу вівся пошук конкретних діючих речовин, що відповідають за врожайність. У 1650 році було вперше висловлено припущення про існування особливої «солі родючості». У трактаті 1656 року дослідники прямо назвали селітру основою росту всіх рослин. Під «душею» селітри (в історичних джерелах — nitrum) фактично розумівся нітрат-аніон, а опис його властивостей передбачив відкриття кругообігу азоту в природі.

У ті роки передбачалося, що активний початок селітри піднімається з глибини землі в повітря, а потім повертається назад разом із росою та опадами. Дійсно, сучасні аналізи підтверджують наявність слідів азотної кислоти в атмосферній волозі. І хоча автори гіпотези оперували термінами на кшталт «душа селітри», вони вірно нащупали механізм кругообігу азоту.