Удобрения – что это такое и зачем они нужны

Экономический кризис показал, что главный ресурс для создания материальных благ в современном мире — это энергия. Для главного товара в мире, без которого невозможно существование каждого человека на земле — продовольствия — такой энергией являются удобрения. Как появились удобрения и для чего они нужны – читайте ниже.

Почему истощается пашня?

Издавна известны причины, в силу которых земля после длительного её использования истощается, однако на протяжении многих столетий применяется ещё старый, перешедший от предков способ повышения урожаев — трехпольная система. Вся пахотная земля разделяется на три части. На одной трети засевается озимь, вторая треть предназначена для яровых и третья часть — «пар» — остается незасеянной и «отдыхает». В этот период той скудной травянистой растительности, которая произрастает на последней трети всей пахотной земли, едва может хватить, чтобы прокормить нескольких овец или коз, пасущихся на ней. Ежегодно землю под паром сменяют, а на следующий год засевают её. И всё же поле становится всё менее и менее плодородным, быть может, именно потому, что оно в течение слишком многих лет давало урожаи.

Вдруг землепашец вспоминает о полоске лесной земли, которую он выкорчевал лет двадцать тому назад. Какой восхитительный урожай он получал с этой полоски! На этой пашне он в первые годы снял урожай, ко­торого не снимал с других участков при самом обильном их удобрении. Од­нако потом и этот участок становился всё менее и менее плодородным. Ах эти удобрения! Откуда же ему взять необходимые количества навоза, когда его скотина исхудала и истощена именно потому, что земля не даёт ей достаточного количества корма. С другой стороны, как может земля давать достаточно урожая, если она не получает необходимого количества удо­брений? Создаётся порочный круг, который как будто бы никак не может быть разрешен.

Однако, как это вышло с лесной полоской земли? Ведь её никто ни­когда не удобрял и всё же на ней испокон веков произрастали деревья и ку­старники. Почему же на ней не понижалось плодородие так, как оно понижается на пашне? Внезапно в сознании земледельца проно­сится мысль: «Лесная почва удобряет сама себя!» Правда, и на ней непре­рывно из года в год произрастают растения, однако все питательные вещества, которые эти растения извлекают в процессе своего роста из почвы, они возвращают ей обратно при своём отмирании. Ведь лесные растения не убираются человеком из года в год в закрома, как это происходит с зерном. Кроме того, большую часть зерна отвозят в города, а вместе с ним с пашни уходят в города и те питательные вещества, которые растения поглотили из почвы при своём произрастании, и лишь в весьма ничтожной доле они возвращаются обратно в почву. Не удивительно поэтому, что пашни ис­тощаются и что урожай поэтому становится всё меньше и меньше.

Но куда это всё может нас привести? Население всё время непрерывно увеличивается, между тем как урожаи становятся из года в год беднее. Не приведёт ли это несоответствие в будущем к страшной катастрофе? Уже всё чаще и чаще стучится голод в дверь и промежутки между этими периодами голода становились с те­чением времени всё меньшими и меньшими.

И в минувшие времена людям были знакомы такие беды. Однако в те времена выход в таких случаях находился проще. Тогда на свете было достаточно необработанных земель. Всё племя собирало свои по­житки и переселялось в какую-нибудь другую область, которая снова давала этому племени достаточное количество пищи. Люди овладевали но­вой землей, применяя, когда это было необходимо, и силу для за­хвата. Большинство великих переселений народов происходило из ставших бесплодными, опустошенных территорий по направлению к плодородным землям. Но с течением времени произошли и другие события.

Европа была разделена на небольшие страны, и каждый небольшой участок её земли был заселён. Оставался один только путь — далёкая Америка. И одно её имя внушало ужас земледельцу, сросшемуся со своим участком земли. Но должно ли дальше так быть? Должно ли так дальше оставаться? Земледелец Европы тщетно искал ответа на этот вопрос.

Не увеличивать урожайность, а уменьшать количество людей!

Вопрос о несоответствии между уро­жаями и непрерывно возраставшим народонаселением тре­бовал своего разрешения. Английский учёный Томас Мальтус (1766-1834) думал, что нашел вы­ход из этого положения. Он в конце XVIII века одной из своих книг вызвал большое волнение во всём мире. Смысл его выводов можно было формулировать приблизительно в следующих словах:

Раз на свете живёт слишком много людей и имеется слишком мало пищи для них или, что ещё хуже, раз народонаселение земли возрастает значительно быстрее, чем урожаи, то необходимо уменьшить число людей на земле. Но так как уже родившиеся люди всё же существуют на земле и с трудом могут быть устранены из жизни, то необходимо обратить внимание на рож­даемость людей и позаботиться о том, чтобы рождаемость населения нико­гда не превышала определённых допустимых предельных чисел.

Другими словами: только ограничение рождаемости может снова привести к здоро­вому соотношению между имеющимся количеством пищевых продуктов и числом людей. Но такая точка зрения Мальтуса основана на глубоком презрении к человеку и, кроме того, она была с несомненностью опроверг­нута фактами науки. И всё же она ещё и поныне часто служит реакцион­ным кругам средством сокрытия их истинных целей.

Где взять удобрения?

С другой стороны, были предприняты попытки каким-нибудь способом повысить плодородие почвы. Вообще можно считать установленным, что имеющиеся в распоряжении людей количества естественных удобрений не могут быть достаточными и что необходимо усилить старания достигнуть увеличения запасов удобрений. Но откуда же достать эти недостающие количества удобрений? Для этого были предложены самые безумные пути.

В качестве удобрений предлагалось применять тряпки, волосы и от­бросы. Один глубокомысленный проповедник предложил подражать древ­ним римлянам и хоронить трупы на пахотных землях:

«Пусть же те, которые в течение всей своей жизни не сделали ничего полезного, хотя бы после своей смерти послужили чем-нибудь человечеству».

Пробовали удобрять землю известковым мергелем. При последнем способе удобрения сначала дело шло неплохо: урожаи оказывались роскошными. Однако таким пу­тем нисколько не увеличивался запас питательных веществ для растений в почве: улучшилась только структура почвы и благодаря этому вещества, имевшиеся в почве в наличии, становились более доступными для усвоения растениями. Подобно тому как человек, приняв возбуждающие ядовитые вещества, исчерпывает свои последние силы и затем погибает уже совер­шенно обессиленный, так происходило и в этом случае с почвами. Через несколько лет почва после этого уже совсем неспособна была давать какой-либо урожай. «Мергель делает богатыми отцов, но бедными сыновей» — так гласит народная мудрость.

Учение Таера о севообороте и конец трёхполья

Однако в этом деле были и некоторые успехи. В городе Целле жил в начале XIX века один врач по имени Таер. В свободное время его часто можно было видеть в саду, в котором он находил для себя необ­ходимый отдых. Он был весьма дельным врачом и не в меньшей степени проявил себя и в качестве искусного садовода. К этому занятию он отно­сился очень серьёзно, добывал себе соответствующие учебники и усердно их изучал. Заинтересовавшись статьями, содержание которых касалось вопросов, связанных с развитием весьма высоко стоявшего в то время анг­лийского сельского хозяйства, он приступил сам к постановке опытов в своём саду. Он не ограничился садом, скоро приобрёл за городом участок земли и к концу своей жизни завёл на этом участке весьма приличное сельское хозяйство. И в этом деле он имел успех.

Опыты привели его к отрицанию расточительного трёхпольного хозяйства, которое ведь остав­ляет неиспользованным третью часть земли в виде участка, находящегося под паром. Таеру удалось показать, что весь участок земли может быть использован полностью, без ущерба для общего плодородия. Для этого только необходимо позаботиться о правильном и плано­мерном севообороте при обработке этого участка. Так, если в данном году был собран урожай ярового посева, то в следующем году на том же самом участке следует сеять корнеплоды, затем в следующем году — озимые хлеба и, наконец, на четвертый год — клевер. Никогда на том же участке не следует сеять два года подряд злаки. Путём севооборота почва исполь­зуется равномернее и не проявляет в сильной степени явлений «усталости».

Учение Таера о севообороте знаменовало собой конец трехполь­ного хозяйства. Отказ от пара имел своим следствием увеличение площа­ди посевов на одну треть. Однако окончательного решения вопроса эти перемены не давали. Скоро выяснилось, что таким путем увеличивается, правда, площадь посевов, но никоим образом не устраняется истощение почвы. Это истощение может быть таким путем только отсрочено.

Что бы создать что-то, нужны исходные строительные материалы и топливо

Для того чтобы построить машину, необходимо затратить железо и сталь, необходимо иметь строительные материалы, из которых можно из­готовить все разнообразные детали этой машины, и которые, будучи смон­тированы вместе, образуют всю машину. Необходимо далее, чтобы во всякое время находились в наличии запасные детали, которыми можно было бы заменить части машины, пришедшие в негодность. Однако всего этого ещё недостаточно. Не менее важным для действия машины является и топливо. Без бензина для нас бесполезным будет прекраснейший автомобильный мотор, без угля не имеет никакой цены самая сильная паровая машина. Лишь тогда, когда одновременно имеются как материалы для конструк­ции машины, так и топливо, могут быть приведены в движение многочисленные механизмы в производстве.

В известной степени аналогично обстоит дело и в живых организмах. Все они, как растения, так и животные, нуждаются в материалах для их построения и в топливе. И то и другое они поглощают в виде питательных веществ. Структурные материалы идут на образование веществ, из которых состоят их тела, и на замену этих веществ в случае их расхода, а топливо доставляет при его сгорании внутри организма ту энергию, которая необ­ходима для поддержания жизнедеятельности живого существа.

Откуда живые существа черпают свою пищу? Все животные, а также и человек питаются материалами либо растительного, либо животного происхождения, причём животные в конечном счёте также зависят в своём питании от использования растительных организмов. Поэтому вопрос о том, откуда именно растения берут своё питание, принадлежит к вопросам ве­личайшего значения.

Вода и углекислый газ

Уже давно над этим вопросом задумывались лучшие исследователи. Давно уже обращало на себя внимание то обстоятельство, что растение в течение своей жизни произрастает из ничтожного зернышка семени до своей нормальной величины и при этом обнаруживается громаднейший привес. Аристотель считал, что растения поглощают из почвы не­обходимые материалы для своего построения в их окончательной форме, так что не встречается необходимости в каких-либо преобразованиях этих материалов внутри их организма. В 1600 году Ван-Гельмонт своим опытом, сделавшимся знаменитым, сумел доказать неправильность этих предположений:

Ван-Гельмонт отвесил в горшке 200 фунтов сухой земли и воткнул в неё ветку вербы, вес которой был равен 5 фунтам. При обиль­ной поливке водой эта ветвь проявляла себя как целая верба: она пустила корни и на протяжении дальнейших пяти лет выросла в порядочное дерево весом в 164 фунта. Особенно удивило Ван-Гельмонта то обстоятельство, что земля при этом потеряла лишь 60 граммов своего первоначального веса. Таким образом, земля никоим образом не могла быть признана един­ственным поставщиком питательных материалов для растущего дерева, ибо в этом случае 159 фунтов привеса ветки вербы должны были бы соответст­вовать равновеликой убыли веса земли.

Вода, как известно, составляет существенную часть строительного ма­териала растения. Воду земля поглощает и удерживает, однако вода, на­ходящаяся в растении, вовсе не происходит непосредственно из земли. Ингенгауз и де Соссюр в конце XVIII века были учёными, впервые разработавшими современную теорию питания растений, со­гласно которой растения поглощают двуокись углерода из воздуха, что и имеет своим результатом более значительное увеличение веса сухого веще­ства растений, чем этого можно было бы ожидать на основании количеств фактически поглощенной ими двуокиси углерода. Поэтому приходится допустить, что из двуокиси углерода и воды образуется новое органиче­ское вещество. Названные учёные уже в то время считали, что необходи­мо и присутствие в почве некоторых солей.

Гумусовая теория

Как бы своевременны и правильны во многих отношениях ни были эти выводы, они всё же оказались забытыми в начале XIX века и были заменены гумусовой теорией, которая главным образом восходит к Таеру, бывшему её наиболее усердным защитником.

Точка зрения Таера заключалась в том, что плодородие почвы зависит исключительно от гумуса, ибо, кроме воды, гумус является единственным источником, снабжающим растения питательными материалами. Согласно этому взгляду гумус, эта рыхлая тёмная земля, которую каждый сельский хозяин и садовник ценит особенно высоко за её высокие качества, является источником плодородия почвы. В гумусе содержится много углерода — главной составной части всех растений; в гумусе содержатся, по мнению защитников гумусовой теории, все необходимые для жизни растений вещества в уже подготовленной форме.

Соли, которые могут быть обнаружены в растениях, не являются, по мнению сторонников теории, особенно важными, так что относительно их происхождения и значения не стоило особенно задумываться. Гумус и вода — вот источники питания растений.

Это учение было так понятно и убедительно, что в течение длительного времени в его справедливости никто и не сомневался.

Сомнения Ю. Либиха

Один из тех, кто всё же усомнился в нём, был молодой профессор химии Юстус Либих. Опираясь на собранные прежде факты и вместе с тем на результаты своих работ, Ю. Либих положил начало новой эпохе в сельском хозяйстве.

Является ли гумус действительно единственным питательным веществом для растений? Не имеется ли многих оснований для признания этого допущения невероятным? Действительно, гумус содержит углерод, это мо­жет легко доказать любой химик, но всё же в нём содержится углерода не столько, сколько необходимо большим деревьям для их роста. Кроме того, было установлено, что, например, в лесах, т.е. в областях, которые в те­чение длительного времени покрыты растительностью, содержание гумуса в почве возрастает. Между тем согласно этой теории следовало бы ожи­дать как раз противоположного результата, ибо растения непрерывно поглощают углерод.

Кроме того, в больших морях имеются многие водоросли, которые вообще не имеют никакой связи с почвой: они своими корнями удер­живаются на голых скалах и на камнях. И эти растения поглощают пи­тательные вещества и строят свой организм из соединений углерода, хотя и не могут черпать их из гумуса, ибо такового в их распоряжении и не имеется.

Почему содержание кислорода на планете не уменьшается?

Необходимо обратить ещё внимание и на следующее обстоятельство. Всякое горение является с химической точки зрения окислением, а следовательно, процессом, при котором кислород воздуха соединяется с другим веществом. При сжигании органических веществ, которые обязательно содержат в своём составе углерод, последний соединяется с кислородом, образуя газообразную двуокись углерода. Обыкновенно там, где горит огонь, поглощается из воздуха кислород и вместо него образуется двуокись углерода. В нашем теле также постоянно протекают процессы окисления. Мы вдыхаем кислород и выдыхаем двуокись углерода. При процессах гниения или тления растений и животных протекает в сущности медленный процесс горения, и в этих случаях вещество организма также превращается частично в двуокись углерода.

Из всех этих примеров можно сделать вывод, что с течением времени содержание кислорода в воздухе должно было бы убавиться, но зато в нём всё время должно было бы повышаться содержание двуокиси углерода. Однако этого факта не удавалось нигде установить.

Следовательно, на свете должны существовать организмы, которые, наоборот, поглощают двуокись углерода и образуют из неё кислород. Они и должны являться причиной того, что в воздухе всегда сохраняется одно и то же соотношение между содержащимися в нём кислородом и двуокисью углерода.

Такими организмами являются, как мы теперь знаем, растения. Не из почвы они поглощают углерод для своего построения, а из воздуха, точнее — из содержащейся в воздухе двуокиси углерода. Эта двуокись углерода проникает через тонкие поры, так называемые устьица в листьях растений, где она под влиянием лучей солнца и при содействии зелёного красящего вещества листьев — хлорофилла взаимодействует с поступающей в растение через их корни водой и весьма сложным путём преобразуется в соединения, которые в конце концов и становятся материалами, служащими для построения частей растительных организмов и для обмена веществ при их жизнедеятельности.

Неорганические вещества, а именно двуокись углерода и вода, превращаются в организмах растений в органические вещества. Этот процесс приобрел название «ассимиляции».

Круговорот углерода в природе

Отсюда можно сделать вывод, что углерод уже с тех пор, как на Земле возникла жизнь, находится в непрерывном круговороте. Находясь в воздухе в виде двуокиси углерода, он превращается в результате процесса ассимиляции в строительный материал растений. При горении последних, например при сжигании дров, из углерода снова образуется двуокись углерода.

То же самое происходит и при отмирании и тлении растительных остатков. Некоторая часть растений служит пищей животным или человеку и претерпевает превращения ещё внутри животных организмов. При дыхании часть соединений углерода также снова превращается в двуокись углерода и в качестве таковой возвращается в атмосферу, между тем как остающийся в организме животного химически связанный углерод возвращается в виде двуокиси углерода в атмосферу лишь при гниении погибшего животного. Таким образом, в природе происходит непрерывный круговорот, из которого мы могли бы, может быть, «мысленно устранить» животных, но ни в коем случае не растения, ибо только они способны превращать двуокись углерода, содержащуюся в воздухе, в органические соединения.

Происхождение водорода и кислорода, входящих в состав большинства органических соединений, объяснить очень легко: стоит только вспомнить, что оба эти элемента входят в состав воды.

Однако чем же в таком случае объясняется понижение урожаев? Двуокись углерода ведь всегда содержится в воздухе в неизменном коли­честве, да и вода в природе имеется в изобилии. Почему же плодородие земли повышается в результате внесения в неё удобрений? По-видимому, должен существовать какой-то фактор, который в нашем рассмотрении мы пока оставляли без внимания и который к тому же представляет громад­нейшее значение для роста растений. Таким фактором являются содержа­щиеся в почве и необходимые для жизни растений минеральные соли.

Учение Ю. Либиха

 «Вот что я Вам скажу, коллега: я снова убеждаюсь, в том, что передо мной лежит самая бесстыдная книга из всех, которые когда-либо попадали ко мне в руки. Знакомы ли Вы, собственно говоря, с её содержанием?» — с таким раздражением оценивал фон Моль, профессор Тюбингенского университета, лежавшую перед ним книгу «Органическая химия в приме­нении к земледелию и физиологии». Автором этой книги был профессор химии Юстус Либих.

«Действительно, этот господин выискивает прямо-таки неслыханные обвинения против нас, учёных. Оставался бы он лучше при своей химии, тогда, может быть, и сумел достигнуть чего-нибудь полезного. Что же касается других областей знания, пусть он в них лучше не суёт своего носа. Иначе опять получится такая же чепуха, какую мы находим в этой книге. С его точки зрения, мы, физиологи, а также и сельскохозяйственники никакого понятия не имеем о жизни и росте ра­стений. Он думает, что сам больше разбирается в этих вопросах. Ока­зывается, уже не земле растительный мир обязан своим питанием, нет, ра­стения питаются воздухом, водой и так называемыми питательными солями, которые они разыскивают в почве! Поразительно, как он ещё находит хоть какое-нибудь объяснение необходимости обработки земли. Но может быть он придёт даже к тому, что земля вовсе и не нужна земледельцу и что кре­стьянин сможет выращивать свой хлеб в стеклянных сосудах. Вот, по­смотрите, в этой газете он может прочитать единственно правильный ответ на свою чепуху!»

Фон Моль протянул своему гостю газетную статью, в которой были по­мещены два рисунка: «Некогда» и «Теперь». На рисунке «Некогда» был изо­бражён крестьянин, выехавший в поле с возом, нагруженным навозом. Второй рисунок изображал земледельца, прогуливающегося в празднич­ном костюме по своим полям и извлекающего из жилетного кармана коро­бочку с удобрительной солью, чтобы рассыпать эту соль на пашне.

«Воистину, по мнению господина Либиха, для наших крестьян насту­пает золотой век. Достаточно им посыпать немного удобрительной соли, чтобы достигнуть таких обильных урожаев, какие никогда до того не были виданы».

Можно было заранее предвидеть волну протестов и оскорбительных писем, которыми был осыпан Либих после появления его книги. Его идеи были слишком новы и слишком широки для того, чтобы они могли быть тотчас же восприняты во всём их значении. Во многих случаях, может быть, дело объяснялось тем, что для некоторых учёных было очень обидно, что химик, т.е. посторонний, неспециалист по вопросам земледелия, разби­вал их отсталые и ложные взгляды и вместо них указывал правильный путь.

Однако скоро учение Либиха стало привлекать на свою сторону всё большее и большее число приверженцев. Карл Маркс с полным ува­жением упоминает в своих сочинениях о его выводах, зато Фриц Рейтер в сочинении «Мой жизненный путь» проявляет к нему скептицизм и, издеваясь над Либихом, пишет:

«И эта эпоха ознаме­новалась значительным развитием сельского хозяйства. Профессор Либих выпустил для крестьян совершенно бессмысленную книгу. На её страницах кишели и сменяли друг друга многочисленные химические термины, как например калий и селитра, сера и гипс, известь и нашатырный спирт, гид­раты и гидрофосфаты и т.п. Можно было прямо-таки с ума сойти от этих терминов. Однако тот, кто был готов остаться без гроша в кармане, выпол­няя все советы, содержавшиеся в этой книге, и кто в то же время желал сунуть свой нос в науку, тот приобретал себе эту книгу и сидел над ней до тех пор, пока постепенно голова его не становилась одураченной её содержанием. И когда он доходил до такого состояния, он начинал раздумы­вать над тем, является ли гипс веществом раздражающим или питательным (для клевера, а не для человека!) и воняет ли навоз вследствие выделения из него нашатырного спирта или вследствие того, что он по самой своей природе является вонючим веществом».

«Сельскохозяйственная химия» («Agrikuitur Chemie»)

Какое же новое учение было развито Либихом в его «бессмысленной книге», «Сельскохозяйственной химии», как была кратко названа эта выпущенная им в 1840 году книга? Прежде всего он исследовал, из каких составных частей строит растение свой организм и откуда оно добывает эти вещества. На основе многочисленных анализов ему удалось установить, что в каждом растении присутствуют десять элементов, которые все имеют величайшее значение для его нормального роста. Это следующие элементы:

— углерод;

— водород;

— кислород;

— азот;

— каль­ций;

— калий;

— фосфор;

— сера;

— магний;

— железо.

Добавим при этом, что в на­стоящее время известен целый ряд элементов, присутствующих в растениях лишь в виде следов, но тем не менее играющих важную роль в их жизне­деятельности. Естественно, все эти вещества содержатся в организме расте­ний не в той форме, в которой они известны в качестве химических элемен­тов, но они являются составными частями соединений, из которых по­строено растение. Откуда же растения получают эти вещества?

Мы уже видели, что углерод, поглощаемый листьями в виде двуокиси углерода, поступает из атмосферы, в то время как вода поставляет расте­нию водород и кислород. Но как обстоит дело с азотом, являющимся состав­ной частью необходимых для жизни белков? Правда, в атмосфере азот со­держится в колоссальном количестве, ибо она ведь на 78 % состоит из этого элемента, но лишь немногие растения способны поглощать и использовать азот из воздуха. К таким растениям относятся бобовые растения, в том числе бобы, горох и люпин. Легко убе­диться в том, что в их корнях можно обнаружить клубеньки, скрывающие внутри себя бактерии. Клубеньковые бактерии обладают способностью пе­реводить воздушный азот в органические азотистые соединения, которые затем могут усваиваться соответствующими растениями. Растение даёт возможность жить бактериям, а они за это готовят для своих хозяев до­ступный для усваивания азот. Этот процесс взаимопомощи обозначают в биологии как симбиоз.

Однако этот процесс представляет собой только исключение. Подавляющее большинство растений должно черпать азотистые соединения непосредственно из почвы, ибо они не могут усваивать непосредственно воздушный азот. Либих был того мнения, что газообразного аммиака, образующегося при гниении органических соединений и поэтому всегда присутствующего в ничтожном количестве в атмосфере, вполне достаточно для покрытия потребности растений в азоте. Аммиак растворяется в каплях дождя, вступает во взаимодействие с двуокисью углерода с образованием карбоната аммония и в виде названной соли попадает в почву, из которой он и может быть поглощен корнями растений.

Шесть остальных элементов содержатся в виде солей в почве. Будучи растворены в воде, они могут проникать в растения через их корни. Правда, они присутствуют в почве в ограниченном количестве, однако животные и растения при распаде их остатков возвращают обратно почве те соли, которые они получили из неё во время их роста. После этого соли снова могут служить растениям питательными веществами.

Закон Ю. Либиха

На этом заканчивается круговорот, связывающий мёртвую и живую природу. Растение берёт из почвы и из воздуха неорганические вещества и строит из них свой организм, состоящий из органических соединений. Это растительное вещество составляет пищу животных и человека и в физиологических выделениях, а также после гибели в виде трупов этих существ поступает в почву и превращается в неорганические исходные вещества. И при этом круговороте растениям принадлежит главная роль, ибо только они способны использовать неорганические строительные материалы.

Таким образом, десять элементов имеют исключительно важное значение для жизни растений. Если хотя бы один из них отсутствует, то растение уже не может существовать и умирает. Не поможет делу и присутствие девяти остальных элементов даже в изобилии.

Плодородие почвы всегда зависит от того элемента, который находится в почве в минимальном количестве.

Это — закон, который имеет для практического сельского хозяйства в высшей степени важное значение. Либих назвал этот закон «законом минимума». При этом, однако, следует принимать во внимание, что наряду с питательными долями существует ещё и целый ряд других фак­торов, как водяной режим почвы, температура и т.д., которые также ока­зывают влияние на плодородие почвы.

После сказанного становится вполне понятным, какое значение имеет почва. Не сама почва служит питательным веществом для растений, но она содержит те вещества, которые необходимы для растений. И если господин фон Моль потешался над тем, что в один прекрасный день растения будут произрастать в стеклянных сосудах с водой без всякой почвы, то в настоя­щее время это уже осуществлено фактически в виде так называемых водных культур. Если эти опыты и не преследуют цели обойтись в будущем без почвы, то всё же оказалось возможным выращивать растения в растворах, содержащих все необходимые для них питательные вещества.

Гумус, который особенно богат содержанием истлевающих растительных остатков, содержит, следовательно, также весьма много питательных веществ для растений и поэтому представляет собой также весьма плодородную среду.

Учение Ю. Либиха простыми словами

Но как же тогда понять всё более и более проявляющееся понижение плодородия пахотных земель? В чем следует искать недостаток, нарушающий нормальное течение жизненного кругооборота? И на этот вопрос Либиху удалось дать однозначный ответ.

Если земледелец возвратит обратно в почву в виде навоза все питательные вещества, которые были извлечены из почвы растениями, то содержание питательных солей в почве останется тем же самым, и плодородие его участка не понизится. Однако если он продаст часть своих продуктов в город, то питательные соли окажутся утраченными для его участка, и в будущем году они уже не будут находиться в распоряжении произрастающих на этом участке растений. При повторении такого процесса из года в год урожаи должны будут ухудшаться.

Такую форму хозяйства Либих называет «хищническим хозяйством» и с беспощадной откровенностью оценивает тот гибельный путь, на который становится в этом случае сельское хозяйство.

Неутомимо он борется словом и пером с предубеждениями и с глупостью, ибо «если сельскому хозяину не удается лучше уразуметь свое дело и обеспечить это дело средствами, необходимыми для его улучшения, то должен наступить тот день, когда с естественной неизбежностью войны, переселения, голод и эпидемические болезни должны будут обусловить и уравновесить недостаток питания для людей, и это повлечет за собой нарушение благосостояния всего населения и в конце концов крушение всего земледелия».

Учение Либиха подводило к признанию необходимости применения искусственного удобрения земледельческих культур минеральными солями, которое в настоящее время уже является само собой разумеющимся условием земледелия.

Либих утверждал:

«Основным принципом земледелия следует считать требование, чтобы почве в полной мере было возвращено всё то, что у неё было взято. В какой форме будет осуществлён этот возврат, в виде ли экскрементов животных или в виде золы или костей, — это более или менее безразлично. Наступает время, когда пашня и каждое растение будет обеспечено необходимым для него удобрением, которое будет изготовляться на химических заводах».

Эти слова Либиха оправдались за истекшее время тысячу раз, но в его эпоху они неоднократно служили поводом для издевательств и острот. Учение Либиха в решающей степени послужило опровержением теории Мальтуса.

В настоящее время, когда стали известны подлинные причины убывающего плодородия, уже не составляет труда бороться с этим явлением.

Минеральные удобрения

Если для этого не хватает естественных удобрений, необходимо для покрытия расходов питательных солей вносить в почву минеральные удобрения, т.е. удобрительные соли или туки. Так начинает Либих свои рассуждения относительно производства своего «патентного удобрения». Углерод, водород и кислород растение добывает себе в достаточном количестве естественным путем. Либих считал возможным утверждать то же самое и относительно азота. В магнии, железе и сере растения нуждаются лишь в незначительной степени, и они имеются в почве в очень значительном количестве. Внесение кальциевых удобрений не составляет больших затруднений, ибо известковые мергеля имеются в исключительном изобилии. Иначе обстоит дело с калием и фосфором. В этом отношении питательные запасы почвы должны быть пополнены удобрительными солями. Оба этих элемента содержатся и в «патентном удобрении» Либиха.

Одна английская фирма взялась за производство этого удобрения в больших масштабах. Оно приобреталось и применялось многими земледельцами. Оставалось только выждать успешных результатов, которые, по мнению Либиха, должны были обязательно проявиться. Однако скоро ему было суждено пережить тяжелое разочарование. На полях, удобренных этими солями, не было отмечено существенного повышения урожая. Либих стоял перед загадкой. Неужели минеральные соли всё же не влияют никак на рост растений, неужели его учение ошибочно? Это были тяжелые времена, которые должны были пережить он сам и его сторонники, ибо теперь вся общественность и в особенности крестьяне, которые первоначально охотно приняли его учение, должны были перейти в лагерь его противников.

Впрочем, в этом не было ничего удивительного: разве и раньше не выступали против его взглядов многие учёные? Однако теперь, когда многие земледельцы уже потратились на покупку «патентного удобрения», они имели возможность и сами убедиться в ошибочности воззрений Либиха. Практический опыт говорил против Либиха, тот практический  опыт, который следует расценивать выше, чем печатные статьи, и против которого и он сам, как естествоиспытатель, не может уже ничего возразить.

Либих был в отчаянии. Неужели же он допустил ошибку, неужели вся его работа была напрасной? Может быть удобрения были неправильно применены? За чертой города Гиссена Либих купил себе участок пустыря и применил своё «патентное удобрение» сам в виде опыта. Однако и этот его собственный опыт сначала не имел успеха. После этого уже можно было утверждать, что его учению был нанесен смертельный удар, тем более, что из Англии поступали известия, что его взгляды опровергаются ещё и с другой стороны. Там на некоторых угодьях было применено другое удобрение — селитра, т.е. азотистое удобрение, и при этом были получены результаты, свидетельствующие, что на этих участках был собран значительно лучший урожай. А между тем как раз относительно азота Либих утверждал, что его растения получают в достаточном количестве из воздуха и что поэтому азотистые удобрения являются совершенно излишними. Не «патентное удобрение» Либиха, а «азотное удобрение» — таков был отныне пароль, к которому примкнуло большинство.

Много лет прошло, прежде чем Либих понял причину неуспеха своего удобрения и прежде чем он открыто признал свою ошибку. При производстве «патентного удобрения» он поставил остроумнейшие опыты, добиваясь переведения своих калийных и фосфорных удобрений в форму нерастворимых в воде соединений. Он имел в виду таким путём избежать того, чтобы его удобрительные соли уже при первом же дожде вымывались из почвы в более глубокие её слои. Однако это была совершенно излишняя, ошибочная мера предосторожности. Либиху пришлось убедиться, что в природе дело происходит совершенно иначе. Правда, почва очень легко проницаема для воды, однако она обладает способностью удерживать растворённые в воде соли. Превращая эти соли в нерастворимые в воде соединения, Либих мог только добиться того, что они становились неусвояемыми для растений, так как растения могут поглощать только растворённые соли. Благодаря этому все удобрения оказались введёнными напрасно. Теперь, когда была понята причина отрицательных результатов внесения таких удобрений, он, разумеется, сумел легко исправить свою ошибку.

Но как следовало объяснить успех внесения селитреного удобрения? В этом отношении Либиху всё же пришлось признать, что он ошибался, предполагая, что содержание газообразного аммиака в воздухе является достаточным для роста растений. Наоборот, почва без дополнительного внесения в неё азотистых удобрений становится всё беднее и беднее, а поэтому, наконец, делается бесплодной. Впредь необходимо, следовательно, ставить вопрос не в смысле альтернативы «минеральные удобрения или азотистые удобрения» а в смысле «минеральные удобрения и азотистые удобрения». Калий, фосфор, азот и известь — вот как должна отныне гласить формула, от которой зависит повышение плодородия почвы.

Ещё при своей жизни Либих имел возможность с удовлетворением установить, что его учение об удобрительных солях получило всеобщее признание. Всё больше и больше утверждалось убеждение в необходимости вносить в пашню искусственные удобрения. Опыты с несомненностью показывали, что удобренные пашни приносят значительно лучшие урожаи.

Одно время думали, что можно совершенно отказаться от естественных удобрений, что минеральное удобрение, как более удобное для обращения, представляет собой как бы «панацею» для повышения урожая. Однако скоро пришлось убедиться, что удобрительные соли не могут сделать совершенно ненужным и совсем вытеснить ценный навоз, но скорее могут лишь восполнить недостаток питательных веществ, образующийся в сельскохозяйственном круговороте. Однако дополнительное внесение минеральных солей обусловливает получение лучших урожаев. В свою очередь их внесение делает возможным повышение поголовья скота и лучшего его питания. А это опять-таки обусловливает увеличение количества навоза, повышающего урожай посевов.

Производство удобрений

Итак, четыре элемента необходимо регулярно вносить в почву: калий, азот, фосфор и в некоторых случаях кальций. После того как необходимость регулярного внесения удобрительных солей стала общепризнанной, потребность в них повышается из года в год. Но благодаря этому выдвига­ется на передний план новая проблема: откуда могут быть по­лучены громадные количества удобрительных солей и каким путём можно их производить по наиболее дешевой цене?

Легче всего эта задача выполнима по отношению к кальцию. Уг­лекислый кальций (например, известковый мергель) имеется в природе в большом изобилии. Он образует на земле целые горные кряжи. Относи­тельно свойств известняков тоже не приходится очень беспокоиться. Прав­да, известковый мергель почти нерастворим в воде, однако в связи с осо­бым положением, которое занимает известковое удобрение, вовсе и не требуется переводить его в растворимое состояние, ибо только в редчайших случаях обогащение известью имеет своей целью внесение питательных солей в растения. Оно скорее служит средством улучшения качества почвы.

Некоторые поля, в особенности такие, которые содержат большое ко­личество гумуса, характеризуются кислой реакцией почвы, которая оказывает тормозящее действие на рост растений и на важную для их бла­гополучия жизнедеятельность бактерий. Если мы внесём в такую почву известь, то последняя свяжет эти кислоты и таким путём будет снова способствовать нейтральной реакции почвы.

Значительно менее удач­ными оказываются обстоя­тельства по отношению к фосфору. Правда, почва пахот­ного поля содержит целый ряд соединений фосфора, но они являются нерастворимы­ми соединениями и поэтому не могут поглощаться растениями. Благодаря действию гуминовых кислот и угольной кислоты некоторые незна­чительные количества этих удобрений переходят в рас­творимое состояние, однако это растворение протекает столь медленно, что таким путём может быть покрыта лишь часть потребности рас­тений в фосфорной кислоте.

Поэтому удобрение солями фосфорной кислоты оказы­вается необходимым тем более, что семена злаков, в особенности зерновых, содержат много фосфорной кислоты, которая после каждого снятия урожая утра­чивается из почвы.

Промышленное производство суперфосфатов

Уже давно было известно, что перемолотые кости способствуют повы­шению плодородия почвы. Существенной составной частью костей является фосфорнокислый кальций, который, однако, отличается плохой растворимостью и поэтому очень медленно усваивается растениями. И в этом вопросе может оказать помощь теория Либиха. При обработке костей серной кислотой получается легкорастворимая соль, так называемый супер­фосфат. Добавим, однако, что под названием суперфосфата имеется в ви­ду не только образующийся при реакции монокальцийфосфат, но и смесь этой соли с одновременно образующимся сульфатом кальция (гипсом).

И опять-таки страной, в которой это открытие было подхвачено и ис­пользовано опытными в хозяйственном отношении предпринимателями, оказалась Англия с её широкоразвитой промышленностью. В середине XIX века в этой стране возникли заводы, скупавшие во всех странах кости и производившие из этих костей ценный суперфосфат. Однако таким путём потребность в фосфоре не могла быть удовлетворена на долгое время. Рав­ным образом и гуано (особые отложения, образовавшиеся из содержащих фосфор экскрементов птиц, скопившихся на некоторых островах Тихого океана) не может удовлетворить этой потребности, тем более, что этот ма­териал весьма дорог вследствие необходимости его транспортировать на очень далёкие расстояния. Поэтому гораздо большее значение имеют от­ложения апатитов и фосфоритов в России, США и в Северной Африке. Фосфорит представляет собой нерастворимое фосфорное соединение, кото­рое может быть действием серной кислоты легко переработано на су­перфосфат. В настоящее время очень большая часть фосфорных удобри­тельных солей добывается из этих месторождений.

При желании получить хорошую сталь необходимо из чугуна удалить фосфор и другие вредные для стали примеси. Для этого с 1856 года приме­няют метод англичанина Бессемера. Однако скоро выяснилось, что не вся­кий чугун может быть переработан в бессемеровской «груше» на хорошую сталь. Сталь, которая содержит много фосфора, не теряет этот фосфор при бессемеровском процессе и образует сталь очень плохого качества. Что мож­но предпринять против этого? Англичанин С. Томас нашел решение этой задачи. При выстилке бессемеровской «груши» известковой футеров­кой эта последняя поглощает фосфорную кислоту из расплавленного чу­гуна, и после этого из чугуна образуется хорошая сталь.

Время от времени насыщенную фосфорной кислотой выстилку «груши» необходимо заменять новой. И вот оказалось, что эта использованная футеровка «груши» пред­ставляет собой ценное фосфорное удобрение. Таким образом, сразу были достигнуты две цели: во-первых, по методу Томаса получают хорошую сталь и, во-вторых, при этом одновременно образуется важная удобритель­ная соль, так называемый томасшлак. Суперфосфат и молотый томасшлак в настоящее время представляют собой наиболее обычные фосфорные удо­брения.

Промышленное производство калийных удобрений

Когда в середине XIX века в Стасфуртских копях стали изучать недра земли для добычи горнорудным путём поваренной соли, которую до того получали путём выпаривания солевых рассолов, пришлось сначала столкнуться с одним весьма неприятным обстоятельством. Над поварен­ной солью находился толстый слой соли, имеющей горький вкус. Желая добыть поваренную соль, необходимо было сначала отбросить этот слой соли, и это вызвало трудоёмкие и дорогие работы. Эта «отбросная соль» накоплялась около шахт, образуя всё более и более высокие горы, ибо не­известно было, на что можно её использовать. Правда, уже в то время было ясно, что эти отбросные соли содержали соединения калия, т.е. те соли, которые необходимо вносить в пахотную землю.

Предпринятые с этой сырой солью опыты удобрения растений принесли, однако, вопреки ожиданиям, неудачу. Снова эта соль была подвергнута детальному химическому испы­танию и при этом выяснилось, что причина отрицательного результата опы­тов заключалась в том, что хлористый магний в сравнительно большом ко­личестве представляет собой яд для растений. Руководитель разработок каменной соли Круг фон Иидда, стоявший во главе всех работ, отправил образцы этих отбросных солей на различные химические заводы, запрашивая их, возможно ли соли калия освободить от примеси хлори­стого магния с тем, чтобы стоимость этой очистки не слишком сильно отразилась на цене чистых калиевых солей.

Все ответы были в такой степени неблагоприятными, что сначала вопрос о применении отбросных солей был оставлен руководством солевых копей. Только после того, как через несколько лет удалось путём простого взаимодействия солей, содержащихся в смеси, получить чистый хлористый калий, производ­ством калийных удобрений вдруг заинтересовались частные предприни­матели, которых ранее никак не удавалось увлечь этим делом. Если в 1861 году был построен только один завод очистки калийных солей, то через год были построены уже четыре завода, а в 1872 году уже на 33 германских заводах перерабатывалось свыше полумиллиона тонн сырой соли в год. И в этом случае произошло то же, что случалось неоднократно. Первоначально нежелательный и считавшийся не имеющим никакой цены побочный продукт производства вдруг был выдвинут на передний план и завоевал всеобщий интерес.

Всё большее и большее число шахт во всех странах разрабатывают исходное сырьё уже не ради добычи каменной соли, но ради калийных солей. Одна рудоподъёмная башня воздвигается за другой, и из глубоких слоёв земных недр горнорабочие извлекают драго­ценную бесцветную соль. Скоро после этого и в других странах — России, Франции, Польше и Америке были открыты крупные месторождения солей, которые ныне подвергаются разработке. Опасений о недостатке калийных солей в настоящее время уже не существует.

Промышленная разработка азотных удобрений

На севере Чили у самой границы с Боливией на восточ­ных склонах Кордильер простирается унылая безжизненная пустыня Атакама. Эта обнажённая и холодная полоса тянется на сотни кило­метров, и на ней способны существовать лишь немногие растения и животные, так как необычайно сухой климат создаёт условия, невозможные для существования большинства живых существ. Недостатком атмосферных осадков и объясняется то обстоятельство, что под тонким слоем песчаного покрова в почве этой области могут сохраняться мощные слои селитры.

Когда в начале XIX века здесь были открыты месторождения селитры, то сначала это открытие не произвело какой-либо необыкновенной сен­сации. Правда, селитра могла пригодиться на многое: её можно было ис­пользовать для многих химических и технических процессов и в особен­ности для изготовления чёрного пороха. Поэтому эти месторождения под­верглись разработке лишь сравнительно в небольшом количестве.

Однако положение вещей резко изменилось, когда определилось решающее значение селитры для сельского хозяйства, так как в то время она была единственным известным азотным удобрением. Только после этого было выяснено, какое сокровище скрывает в своих недрах столь небла­гословенная пустыня Атакама.

Скоро между соседними республиками Чили и Боливией вспыхнула война за обладание этой областью, которая приобрела столь важное значение. Республика Чили выиграла эту «селитреную войну» и одновременно приобрела тем самым монополию на использование величайшего в мире месторождения селитры. Всё настоятельнее становилась потребность сельского хозяйства Европы в селитре. И скоро слой мощностью в четыре метра селитры, так называемой «калише», стал разрабатываться в громадном масштабе. Из порта Иквикве отча­ливали суда, доставлявшие удобрительную соль во все места земного шара.

В конце XIX века по всей Европе распространилась ужасная весть о том, что месторождения селитры в Чили находятся на пороге их ис­черпания. Это означало бы, что пропадет единственный источник азотных удобрений и что, следовательно, минеральное удобрение для всех посевов окажется исчерпанным. Неизбежным следствием этого должно было быть понижение урожаев и вместе с тем ухудшение жизненного уровня всего населения Европы. Даже при предположении, что эти известия оказались бы сильно преувеличенными, всё же оставалось мучительное опасение, что когда-нибудь отложения селитры будут исчерпаны и что мы живём, в сущ­ности говоря, имея лишь некоторую отсрочку грядущего голода.

Необходимость разрешения проблемы синтетического получения азо­тистых соединений из дешёвых и всегда имеющихся в большом количестве сырьевых ресурсов становилась таким образом всё более и более настоя­тельной.

Выводы:

Прошло почти 200 лет с того времени, когда немецкий химик Ю. Либих своими работами по сельскохозяйственной химии обратил внимание на значение химии для сельского хозяйства, с того времени, когда химики усиленно начали интересоваться вопросами сельского хозяйства, питания растений, удобрения и почвоведения. И если в настоящее время в наших густонаселённых районах пашни доставляют не только постоянные, но и всё увеличивающиеся урожаи, то это является теперь не только заслугой земледельцев, но и не в последнюю очередь заслугой химиков и работников химических предприятий.

Литература:

З. Шпаусус. Путешествие в мир химии. М.: Государственное учебно-педагогическое издание министерства просвещения РСФСР, 1959