Гулливер и химия. Соли в почве.

Вы все, конечно, читали в детстве книжку о путешествиях Гулливера. И если вы читали ее внимательно, то, наверно, заметили, что ее автор, английский писатель и философ Джонатан Свифт, вложил в нее много серьезных мыслей о судьбах человеческого общества. Например, в одной из своих бесед не по росту мудрый король лилипутов говорит Гулливеру:

Теперь мы знаем, что урожай на любом поле можно не только удвоить, но и утроить. Эту возможность дает нам современная химия. Но во времена Свифта, в XVIII веке, люди еще не умели вмешиваться в жизнь природы.

Что нужно для того, чтобы растение дало ранний и высокий урожай? Конечно, создать наилучшие (или, как говорят, оптимальные) условия для его роста и развития. Главные из них: свет и содержание углекислого газа в воздухе, вода, кислород и питательные соли в почве.

Оптимальную освещенность создать нетрудно. Хотя еще не изобретен реостат, которым можно было бы регулировать яркость солнца, но это и не нужно. Достаточно высеять семена на таком расстоянии, чтобы ни один луч света не пропал даром и при этом растения не слишком затеняли друг друга.

Об углекислом газе можно не заботиться: в атмосфере всегда содержится около 0,03 процента СО₂, как раз столько, сколько нужно для фотосинтеза. Правда, растения непрерывно поглощают его, но эта убыль автоматически пополняется за счет дыхания почвенных микроорганизмов. Ведь этих ничтожно малых существ на 1 гектаре содержатся тысячи килограммов! Кроме того, приземный слой воздуха удобряется углекислотой при внесении в почву навоза.

Значительно труднее создать оптимальные условия для корневой системы. Почву рыхлят, чтобы обогатить ее воздухом, проводят снегозадержание, а иногда и орошение полей для снабжения растений влагой.

Все эти приемы известны давно. Они, конечно, повышают урожай, но вырастить два и три колоса там, где раньше рос один, удвоить и утроить урожай с их помощью нельзя.

Представьте себе плотину, состоящую из бетонных щитов. Уровень воды в водохранилище - это урожай. Бетонные щиты — факторы внешней среды. Уровень воды в водохранилище определяется высотой плотины.

Что будет с урожаем, если мы улучшим какой-нибудь один фактор среды, например освещенность, то есть увеличим высоту одного из щитов? Только, прежде чем ответить, подумайте хорошенько. Верно, урожай останется тем же самым. А если увеличим высоту двух щитов? Трех? Четырех? Понятно, что уровень воды от этого тоже не повысится. Он не повысится даже в том случае, если мы нарастим все щиты, кроме одного: вода будет уходить через этот, самый низкий, щит. О таком факторе внешней среды говорят, что он лимитирует, ограничивает урожай.

В природе никогда не бывает, чтобы растения были одинаково обеспечены всем необходимым. Обычно одни условия находятся в избытке, другие - в недостатке. Так вот, если мы создали растениям наилучшие условия освещения, влажности и аэрации почвы, установили достаточную концентрацию СО₂ в воздухе, выпололи все сорняки - словом, позаботились обо всех щитах нашей плотины, кроме одного - содержания в почве элементов минерального питания, урожай будет поддерживаться на каком-то определенном уровне. И если мы будем дальше улучшать любое из условий  освещенность, влажность или аэрацию, урожай не сможет подняться выше этого уровня. Больше того, год от года он будет снижаться. Ведь вместе с урожаем мы ежегодно выносим с поля минеральные соли.

СОЛИ В ПОЧВЕ

Знаете ли вы, что одно растение пшеницы за лето поглощает из почвы 1,98 миллиграмма азота, 0,31 миллиграмма фосфора и 1,03 миллиграмма калия? Не так уж много, правда? Тем более, что часть этих веществ вместе с корнями остается в почве. Но на каждом гектаре растет 50 миллионов растений пшеницы. Поэтому с урожаем (в зерне и соломе) мы ежегодно вывозим с гектара 99 килограммов азота, 15 килограммов фосфора и 51 килограмм калия. Если пересчитать на соли (например, на натриевую селитру, хлористый калий и суперфосфат), то получится, что почва теряет ежегодно 1370 килограммов питательных солей с каждого гектара. А это уже внушительная цифра.

Правда, потери отчасти возобновляются. В этом нам помогают наши друзья - микроорганизмы. Одни из них, силикатные бактерии, разрушают глинные минералы, освобождая для растений калий. Другие, клубеньковые бактерии, живущие на корнях бобовых растений, связывают свободный азот воздуха (N2) в доступные растению формы (нитраты и аммиак). Поэтому после бобовых культур (клевера, люцерны, бобов, гороха) почва бывает богаче азотом, даже если ее не удобрять азотом. Ту же задачу выполняют и другие виды бактерий, так называемые свободно живущие азотофиксаторы. Они связывают (фиксируют) азот воздуха без помощи бобовых растений, питаясь мертвыми растительными остатками.

К тому же люди издавна научились возвращать на поле по крайней мере часть выносимых с него питательных веществ, удобряя почву навозом.

Но растениям нужны не просто питательные соли, а определенные соотношения их. Например, пшеница на 100 частей азота поглощает 15 частей фосфора и 51 часть калия. А в навозе на каждые 100 частей азота приходится 20 частей фосфора и 95 частей калия. Поэтому при внесении в почву только органических удобрений соотношения между питательными солями могут быть нарушены. Часть щитов в нашей плотине опять окажется ниже остальных.

Вот почему управлять урожаем - не только поддерживать его на определенном уровне, но и повышать по своему усмотрению -— человек научился только с помощью искусственных минеральных удобрений. Но для это12 го нужно было прежде всего знать, чем и как питаются растения. Вот тут-то и пригодился агрохимикам метод беспочвенного выращивания растений.