К научным основам земледелия

В XIV-XV веках в Западной Европе начался процесс разложения феодального строя. В городах на базе мелкотоварного ремесла возникала капиталистическая мануфактура, в деревне росло товарное производство. Замена барщины натуральным и затем денежным оброком способствовала развитию производительных сил сельского хозяйства и экономической дифференциации крестьянства. Появление капиталистического фермерства ослабляло экономические основы феодальных поместий. Буржуазные революции, вызванные несоответствием уровня производительных сил феодальным производственным отношениям, привели к окончательной ликвидации феодального строя и замене его капитализмом. Первые шаги молодого капиталистического общества связаны с эпохой Возрождения, отличительной чертой которой является бурное развитие наук и в первую очередь естествознания. Характеризуя эпоху Возрождения, Ф. Энгельс писал: "Современное естествознание... начинается с той грандиозной эпохи, когда бюргерство сломило мощь феодализма, когда на заднем плане борьбы между горожанами и феодальным дворянством показалось мятежное крестьянство, а за ним революционные предшественники современного пролетариата, уже с красным знаменем в руках и с коммунизмом на устах, - с той эпохи, которая создала в Европе крупные монархии, сломила духовную диктатуру папы, воскресила греческую древность и вместе с ней вызвала к жизни высочайшее развитие искусства в новое время, которая разбила границы старого мира и впервые, собственно говоря, открыла землю.

Это была величайшая из революций, какие до сих пор пережила Земля. И естествознание, развивавшееся в атмосфере этой революции, было насквозь революционным"^*.

^* (Маркс К. и Энгельс Ф. Соч., т. 20, с. 508.)

Церковные догмы уже не устраивали общество того времени. Складывающиеся условия требовали права на свободу мысли, научных исследований, развития литературы и искусства. Мыслители эпохи Возрождения обратились к античному наследию, во многом забытому или искаженному в средние века. Начали извлекать и изучать средневековые монастырские записи.

Огромную роль в этом сыграло изобретенное в середине XV века книгопечатание. За 50 лет (с 1466 по 1515 г.) в Европе были напечатаны сочинения Аристотеля, Аристофана, Геродота, Ксенофонта, Эврипида, Софокла, Юлия Цезаря, Варрона, Вергилия, Колумеллы и многих других древних писателей.

Развитию наук, особенно естествознания, способствовали великие географические открытия Христофора Колумба, Васко да Гамы, Фернана Магеллана и др.

Для ученых и мыслителей эпохи Возрождения характерна энциклопедичность мышления. В то время один человек обычно делал крупнейшие открытия в механике и медицине, биологии и астрономии, физике и химии. "Это было время, - писал Ф. Энгельс, - нуждавшееся в гигантах и порождавшее гигантов, гигантов учености, духа и характера"^*.

^* (Маркс К. и Энгельс Ф. Соч., т. 20, с. 501.)

Николай Коперник, Микельанджело Буонарроти, Джордано Бруно, Галилео Галилей - вот плеяда "гигантов учености и духа" эпохи Возрождения, и первым среди них по времени следует назвать итальянца Леонардо да Винчи (1452-1519 гг.). Это был гениальный живописец, скульптор, архитектор, блестящий изобретатель в различных областях прикладных знаний, диалектически мыслящий философ и вдохновенный музыкант.

Леонардо да Винчи был и выдающимся ботаником, намного опередившим свое время в исследовании растений. Им открыты законы листорасположения у растений, корневого давления и движения соков. Он изучал влияние воздуха, воды и минеральных частей почвы на жизнь растений. Исследования Леонардо да Винчи в этой области можно смело назвать началом ботаники как науки. Говоря в предыдущих разделах о сельском хозяйстве древности и средних веков, мы отмечали, что тогда земледельцы подходили к обработке почвы, удобрению ее, к подбору растений эмпирическим путем, поскольку наука о земледелии делала первые шаги. Лишь в эпоху Возрождения было положено начало биологии и физиологии растений, химии и почвоведению, то есть тем наукам, на которых основывается наука земледелия.

Открытие Америки, путешествия в Африку и Азию способствовали не только росту торговли и промышленности в Европе, но и развитию научной мысли. Из далеких стран европейцы привезли на родину такие новые для них культуры, как картофель, кукурузу, хлопчатник и многие другие. Стали собираться коллекции и гербарии растений, закладываться ботанические сады, повышался интерес к явлениям природы. Знаний, полученных из древних книг, уже не хватало. Нужны были специальные исследования. И они стали появляться. Правда, научное значение их было еще невелико, но они создали прочный фундамент для последующих великих открытий в области растительного мира.

Одним из первых таких исследований была книга Отто Брунфельса (1490-1534 гг.) "Подлинные изображения трав". В ней несколько сотен рисунков растений с их названиями и кратким описанием на немецком, латинском и греческом языках. Эти описания в значительной степени заимствованы у Теофраста, Плиния и др. 1 Талантливым флористом был нидерландец Карл Клузий (1525-1609 гг.). Свой многолетний исследовательский труд он изложил в трех капитальных книгах: 1. "История (описание) редких растений Австрии, Панонии и других провинций", 2. "История (описание) редких растений Испании", 3. "Десять книг о населении экзотических стран". Клузий открыл и описал много новых, не известных до него растений Европы и Индии.

Исключительную роль в систематике растений сыграл швед Каспар Баугин (1560-1624 гг.). В его сочинениях описано около 6000 видов растений, даны точные характеристики. Главная же заслуга Баугина заключается в том, что он устранил путаницу в названиях растений, царившую до него. При описании растений Баугин учитывал совокупность их признаков - форму, величину, разветвление корня и стебля, вид листьев, строение цветка, плода и семени. Он первый разграничил понятия рода и вида, наметил основы бинарной (двойной) номенклатуры растений, став, таким образом, предтечей Линнея.

Итальянец Андрей Цезальпини (1519-1603 гг.) первым сделал попытку дать более точную морфологическую и физиологическую характеристику растений. Он сообщил много более правильных, чем это делали до него, сведений о строении семян, плодов и цветов, форме и расположении листьев, о вьющихся и образующих плети растениях, о шипах и колючках, а главное, попытался определить их биологическую роль. Ему принадлежит проницательное предположение, что пища растений попадает из почвы в корень, а из корня по особым невидимым проводящим каналам в стебле направляется во все части растения. Он пытался объяснить, каким образом подходят пищевые вещества из почвы к корням, листьям и цветам, сделав при этом три предположения: 1) пищевые вещества притягиваются корешками, как железо к магниту; 2) в растительных венах больше пустоты, чем в окружающей почве, и, в соответствии с афоризмом "природа не терпит пустоты", питательные вещества стремятся заполнить пустоту в растениях; 3) корни растений вероятнее всего впитывают в себя влагу подобно фонарному фитилю, опущенному в керосин.

Так же скрупулезно, по крупицам добывались в XV-XVI веках знания и в другой научной отрасли, непосредственно относящейся к земледелию, - агрохимии.

Агрохимия, или наука о питании растений, настолько тесно переплетается с физиологией растений, что трудно даже сказать, где кончается физиология и начинается агрохимия. Не зная физиологии растений (их взаимодействия с почвой, водой, воздухом, теплом), механики поступления питательных веществ в различные органы растений, невозможно говорить и о питании растений вообще.

О пользе удобрений люди знали давно. Как описывалось выше, уже земледельцы античного мира применяли их довольно широко, но объяснить действие удобрений они не могли, так как не было теории питания растений.

В большинстве книг на сельскохозяйственные темы XVI столетия в решении этого вопроса не было сделано ни шага вперед по сравнению с сочинениями древнеримских писателей.

Исключение составляет лишь "Научный трактат о различных почвах (солях) и сельском хозяйстве" французского естествоиспытателя Бернара Палисси (1510-1589 гг.), написанный в 1563 году. В этом сочинении почва впервые рассматривается как источник питания растений минеральными солями, высказывается мысль о необходимости возврата в почву зольных веществ в виде удобрений (точными опытами это было доказано лишь 300 лет спустя).

Интересна судьба Палисси. Сын крестьянина, он первоначально был горшечником, затем стал создавать изделия из керамики, расписывать их. Работа с керамикой толкнула его к изучению сплавов, к поискам различных оттенков в красках. Самоучка, без необходимых средств, он все же добивался нужных ему результатов за счет упорного труда и страстной настойчивости. Однажды, не имея дров для окончания одного из своих опытов, он сжег стулья, стол и часть пола своего дома, за что прослыл сумасшедшим. Из любви к красотам природы он с палкой в руке и с котомкой за плечами много путешествовал по Франции, Голландии и Германии, поддерживая свое существование попутными заработками. В этих путешествиях Палисси живо интересовался фауной и флорой, окаменелыми отпечатками рыб и морских животных, напластованиями горных пород. Попав впоследствии в Париж, он основал при королевском дворе художественную мастерскую, читал лекции по естествознанию для наиболее образованных людей. Тогда же Палисси написал книгу: "О природе вод и источников, металлов, солей, камней, почв, огня и эмалей". Высказанные в этой книге взгляды Палисси на историю земли в корне расходились с господствовавшим тогда религиозным мировоззрением. За это Палисси посадили за решетку. Король приходил к нему в тюрьму, уговаривал отказаться от своих убеждений и примириться с католической церковью, но Палисси ответил ему гордым отказом и умер в тюрьме.

Значительный вклад в развитие науки о питании растений внес голландский естествоиспытатель Ван-Гельмонт (1577-1644 гг.). Этим ученым впервые был произведен эксперимент с растением. Желая установить, за счет чего создается вещество растения, он посадил в глиняный сосуд, содержавший около 91 килограмма почвы, ивовую ветвь весом около 2,25 килограмма и регулярно поливал ее водой. Через пять лет растение и почва были взвешены отдельно. Оказалось, что ива весила 77 килограммов, прибавив в весе около 75 килограммов, а почва потеряла всего около 57 граммов. Из этого опыта Ван-Гельмонт сделал вывод, что ива прибавила в весе не за счет почвы, а за счет воды и что растению для его роста достаточно одной воды. Вывод Ван-Гельмонта был созвучен учению древнегреческого философа Фалеса, считавшего, что вода - начало всех начал, что, уплотняясь, она дает необходимые вещества для роста растений. Опыт Ван-Гельмонта лег в основу ошибочной, так называемой водной теории питания растений, которая держалась довольно долго.

Ошибка Ван-Гельмонта объясняется тем, что он не учитывал усвоения растениями углерода из углекислоты воздуха, что было открыто наукой позже. И все же, несмотря на это ошибочное положение, теория Ван-Гельмонта была в основе своей прогрессивной, так как рассматривала жизнь растений как процесс, происходящий под влиянием материальных сил. Церковники же подобные явления природы объясняли догмой "так делает бог".

В середине XVII века немецкий химик и врач Иоган Рудольф Глаубер (1604-1694 гг.) выдвинул гипотезу, что основой роста растений является селитра. Следует отметить, что слово "селитра" имело тогда совсем другое значение, чем сейчас. Латинское слово "нитрум" означало что-то вроде "соль плодородия" или "душа плодородия". Сочетание латинского слова "сал" (соль) со словом "нитрум" при некотором его искажении и образовало "селитру". В средние века селитру получали из смеси навоза с землей. Образующийся при гниении органических веществ аммиак в результате деятельности микроорганизмов окислялся в азотную кислоту, которая давала азотнокислый кальций Ca (NO₃)₂. Последний извлекался горячей водой. Полученный раствор осаждался древесной золой. Это дало основание Глауберу предположить, что селитра образуется из пищи животных, то есть из растений. Очевидно, речь шла об азоте, но такого понятия и даже самого слова "азот" тогда еще не было. Глаубер догадывался о биологическом происхождении селитры в почве, знал о ее удобрительных свойствах и советовал вносить селитру в почву под виноградники, смачивать раствором селитры высеваемое зерно.

Со временем Глаубер стал употреблять слово "азот", но опять-таки не в смысле химического элемента, а в смысле какого-то таинственного начала селитры, действующего на растение.

Через 40 лет после Глаубера (в 1699 году) опыт Ван-Гельмонта решил проверить английский исследователь Вудворд. Для этого он взял три сосуда, два из которых заполнил разной водой - дождевой и из реки Темзы, а третий - водой со взболтанным в ней перегноем. В эти сосуды он поместил ростки мяты и, как и следовало ожидать, в сосуде с дождевой водой привес растений был незначительный, с речной - почти в 10 раз больший, а в воде со взболтанным перегноем - почти в 17 раз больший.

Из этого опыта и наблюдений в природе Вудворд сделал вывод, что дело не в одной воде. Но, как и Ван-Гельмонт, он не знал, что не только вода и почва, но и воздух служат источником развития растений. Не посчитался он и с тем, что говорили Палисси - о солях и Глаубер - о селитре.

В 1758 г. опыт с водной культурой проделал французский исследователь Дюгамель. Однако воду он брал только из реки Сены, в которую стекали различные отбросы, и не вводил в опыт контрольных сосудов с дождевой водой. В результате он пришел к тем же выводам, что и Ван-Гельмонт - растительная масса нарастает за счет воды.

Выдающийся французский химик Антуан Лоран Лавуазье (1743-1794 гг.) установил закон сохранения вещества, определил состав воздуха и процесс образования углекислого газа, сделал ряд других важных открытий. Вместе с этим он занимался и вопросами, относящимися непосредственно к агрономической химии. Незадолго до смерти в неоконченной рукописи, найденной в архивах и опубликованной только в 1860 г., Лавуазье писал: "Растения почерпают материалы, необходимые для своей организации, в воздухе, который их окружает, в воде, вообще в минеральном царстве. Животные питаются или растениями, или другими животными, которые в свою очередь питались растениями, так что вещества, из которых они состоят, в конце концов всегда почерпнуты из воздуха или из минерального царства". И далее: "Брожение, гниение и горение постоянно возвращают атмосфере и минеральному царству те элементы, которые растения и животные из него заимствовали".

Это было замечательное открытие, устанавливающее и воздушное и минеральное питание растений, свидетельствующее о разложении органических веществ и обратном превращении их в элементы питания растений. К сожалению, современники Лавуазье не узнали о его гениальных открытиях. Поиски истины продолжались независимо от этих открытий.

Огромную роль в развитии физиологии растений как науки сыграло изобретение микроскопа, появление которого связывают с именем английского ученого Роберта Гука (1635-1703 гг.). В 1667 году вышла его книга "Микрография или некоторые физиологические описания мельчайших телец при помощи увеличительных стекол. Наблюдения и исследования".

Наблюдения Гука носили вначале чисто развлекательный характер. Он смотрит все, что только можно поместить под объектив микроскопа - от кончика иглы до блохи. Однако простое любопытство привело его к важному научному открытию. Так он установил клеточное строение растений и положил начало их микроскопического исследования. Он же ввел и термин "клетка".

Непосредственными продолжателями Гука были итальянский биолог и врач Марчелло Мальпиги (1628-1694 гг.), описавший воздухоносные трубки и сосуды растений, и голландский биолог Антони Левенгук (1632-1723 гг.), значительно усовершенствовавший микроскоп Гука.

Микроскопические наблюдения помогли английскому ботанику Ниемило Грю (1641-1712 гг.) довольно подробно описать строение корня, стебля, листьев, плодов и семян растений.

Немало открытий было сделано и в области физиологии растений. Так, в 1694 году немецкий ботаник Рудольф Якоб Камерариус установил наличие пола у растений. В 1760 году немецкий ботаник Иосиф Готлиб Кельрёйтер (1733-1806 гг.) получил первый искусственный гибрид табака, чем окончательно доказал открытие Камерариуса. Кельрёйтер заслуженно считается основоположником гибридизации растений, достигшей со временем столь большого значения в деле преобразования природы, в получении новых сортов и даже новых видов растений.

Так шаг за шагом ученые раскрывали таинственную книгу природы. Со временем появились специализированные отрасли науки о природе - физиология и анатомия растений, агрохимия. Научные достижения стали все более связывать с сельскохозяйственной практикой. Все это в конечном итоге привело к крупнейшим открытиям.

Карл Линней (1707-1778 гг.) - выдающийся шведский естествоиспытатель и натуралист, как бы завершая огромный труд ботаников и зоологов первой половины века, разработал стройную систематику растений и животных, которая принесла ему мировую известность.

В 1735 году вышло в свет первое издание основного произведения Линнея "Система природы". В разработанной им систематике растительного и животного мира Линней ввел двойные названия растений на латинском языке, первое из которых является родовым, общим для всех близких видов, объединенных в один род, а второе обозначало конкретную форму - вид растения. Он установил взаимосоподчиняемость таких систематических обозначений, как класс, род, вид, вариации. Линней первый дал превосходное точное описание и "расставил по полочкам" около 10 тысяч видов растений, из которых до полутора тысяч открыл и охарактеризовал сам. Это - колоссальный труд, который по достоинству оценен его современниками и всеми последующими ботаниками.

Классификация у Линнея является искусственной. Он сознавал это и сам, пытался построить "естественную" систему, основанную на совокупности многих признаков, но этой цели не достиг. Он писал: "Я не могу дать основания для своих естественных порядков, но те, что придут после меня, найдут эти основания". Однако ботаники и агрономы до сего времени не нашли более совершенной систематики и повсеместно пользуются линнеевской.

Двойные наименования растений, как и животных, примененные Линнеем, не только упорядочили хаос в классификации флоры, но со временем превратились в важное средство определения родства отдельных видов. Этим классификация Линнея сыграла свою роль и в разработанной позже Чарльзом Дарвином эволюционной теории.

Следует отметить, что Линней был противником эволюционной теории развития органического мира, по его мнению, все в природе создано "творцом" и остается неизменным. Вот почему в основу своей систематики растительного царства он ставит положение неизменяемости видов. Лишь в последних своих трудах он осторожно высказал предположение о возможности появления новых видов, образующихся в результате скрещивания.

Великий немецкий поэт Иоганн Вольфганг Гёте (1749-1832 гг.), автор бессмертного "Фауста", "Страданий молодого Вертера", "Эгмонта" был в то же время и крупным для своего времени ученым-биологом.

Немало строк в своих поэтических и научных произведениях Гёте посвятил биологии растений и животных. Его мысли и идеи явились серьезным вкладом в развитие биологической науки и были направлены против линнеевского принципа: "...видов столько, сколько их создал творец". Гёте писал: "самое сильное действие на меня оказал Линней и именно тем, что вызвал меня на возражение ему: пытаясь воспринять его резкие разграничения, его удачные, целесообразные, но чисто произвольные законы, я почувствовал внутренний разлад: то, что он насильственно пытался разъединить, должно было, по глубочайшей потребности моего существа, стремиться к соединению".

В другом месте Гёте утверждает: "Окружающие нас растительные формы не предопределены и не установлены изначально, но одарены, при упорной видовой и родовой устойчивости, счастливой подвижностью и гибкостью, благодаря чему они в состоянии применяться к столь различным условиям, влияющим на них на земном шаре, и сообразно с ними оформляться и преобразовываться". Та же мысль звучит и в следующем его четверостишии:

Лишь видимо спокоен мир, 
И вечность движется во всем. 
Все превратилось бы в ничто, 
Когда б оно застыть хотело.

К сожалению, многие современники, особенно из научных кругов, считали Гёте только поэтом и не придавали значения его глубоким научным высказываниям. В связи с этим произошел интересный эпизод. В 1789 году Гёте отправил своему постоянному издателю рукопись "Опыт метаморфозы растений"; издатель, ожидавший от него очередного поэтического произведения, оказался в недоумении и отказался печатать рукопись. Только позже книга "Опыт метаморфозы растений" была выпущена другим издателем.

Биологические исследования Гёте лишь много времени спустя были признаны и оценены должным образом. По существу его работами открылась новая эра в ботанике, завершившаяся гениальным открытием Чарльза Дарвина.

Много нового внес XVIII век в исследования питания и дыхания растений. В 1771 году выдающийся английский химик Джозеф Пристли (1733-1804 гг.) проделал интересный опыт.

Он взял стеклянный колпак, изолировав его от внешнего воздуха, и поместил под ним мышь и горящую свечу. Через некоторое время свеча погасла, а мышь задохнулась. Когда же под колпак с мышью и свечой Пристли поместил ветвь растущего зеленого растения (мяты), то свеча нормально горела и мышь не погибла.

Из этого факта Пристли сделал вывод, что под действием зеленых растений воздух снова становится пригодным для дыхания и горения. Тогда он не мог еще объяснить причины этого и лишь семь лет спустя (1778 г.) установил, что зеленые листья выделяют кислород, делая воздух пригодным для дыхания.

На констатации этого факта Пристли и остановился. Завершил же его открытие голландский ботаник Ян Ингенгус (1739-1799 гг.), который в 1779 году установил, что только растения, причем только на свету, разлагают углекислоту воздуха. При разложении углекислоты кислород поступает в воздух, а углерод поглощается растениями. Сами растения непрерывно дышат, но на свету значительно больше выделяют кислорода, а при отсутствии света сами используют некоторую часть его. "Я нашел, - утверждает Ингенгус, - что растения днем энергично отдают окружающему их воздуху кислород (или жизненный воздух)..., а ночью или в каком-нибудь темном месте выделяют угольную кислоту, состоящую из угля или углерода, связанного с тем же окисляющим началом, к которому он имеет большую тягу". Ученый установил также, что углерод составляет главную пищу растений.

Справедливости ради следует, однако, сказать, что мысль о воздушном питании растений более чем за 20 лет до Ингенгуса высказал наш гениальный соотечественник М. В. Ломоносов. В его работе "Слово о влияниях воздушных, от электрической силы происходящих", вышедшей в 1753 году, мы читаем: "...преизобильное ращение тучных дерев, которые на бесплодном песку корень свой утвердили, ясно изъявляет, что жирными листами жирный тук из воздуха впивают, ибо из бессочного песку столько смоляной материи в себе получить им невозможно".

Мысль об усвоении растениями питательных веществ из воздуха Ломоносов повторил через 10 лет в своей работе "Первые основания металлургии, или рудных дел". "Откуда же, - писал он, - новый сок сосны собирается и умножает их возраст, о том не будет спрашивать, кто знает, что многочисленные иглы нечувствительными скважинами почерпают в себе с воздуха жирную влагу, которая тончайшими жилками по всему растению расходится и разделяется, обращаясь в его пищу и тело".

Работу, начатую Ингенгусом, продолжил швейцарский ботаник Жан Сенебье (1742-1809 гг.). Им дана более полная картина питания растений и впервые представлены экспериментальные доказательства этого процесса. Много внимания Сенебье уделял значению корней, стебля и листьев в питании растения. Он так определял роль различных органов растения: корень доставляет листьям сок, перерабатываемый ими для всего растения; стебли пронизаны сверху донизу сосудами, которые гонят сок от корней к верхушкам ветвей и обратно по сосудам коры к корням. Все части растений, считал Сенебье, не могут жить без листьев, ибо последние - кормильцы корней, коры, бутонов и плодов.

Сенебье высказал предположение, что в усвоении углекислого газа участвует "зеленая паренхима", "зеленый крахмал", то есть хлорофилл. Он же впервые совершенно точно определил роль света в деятельности листьев. Под влиянием света листья выполняют две существенные для растений функции: испаряют влагу, способствуя этим доступу новых порций "соков" из почвы и корней в различные части растений, и разлагают углекислый газ на его составные части - углерод и кислород: кислород уходит в воздух, а углерод остается в листьях.

Вместе с тем у Сенебье были и ошибочные положения. Так, он полагал, что углекислоту листья получают от корней через почву вместе с водой. Чтобы доказать это, он придумал и описал длинный и сложный путь, который проходит углекислота: из воздуха в почву, из почвы в корни, из корней в стебель, из стебля в листья, где она и разлагается.

Швейцарский естествоиспытатель Теодор Соссюр (1767-1845 гг.) впервые подверг обстоятельному химическому анализу золу растений. Этот анализ позволил установить, что минеральные вещества поступают в растения через корни из почвы. Вместе с тем Соссюр экспериментально доказал вывод Сенебье, что растения усваивают углерод из углекислоты воздуха, выделяя кислород; в процессе же дыхания растения, подобно животным, поглощают кислород и выделяют углекислоту. Исследованиями Соссюра установлено, что почва доставляет лишь очень малую часть пищи растениям, но она им совершенно необходима.

Итак, передовые химики и физиологи XVIII века в основном правильно объясняли процессы питания растений. Но их открытия были известны лишь небольшому кругу людей того времени. Практики же сельского хозяйства в подавляющем большинстве шли своим, чисто эмпирическим путем, не зная, а нередко и не признавая достижений ученых.

Такому положению вещей можно найти объяснение. В своих исследованиях ученые тех лет не выходили из стен лабораторий и, естественно, не могли еще дать практических советов земледельцам. Лишь спустя десятилетия пути биологической и агрохимической наук сошлись с практикой земледелия.

Развивавшееся в XVIII веке капиталистическое производство предъявляло все больший спрос на сельскохозяйственное сырье. Крестьяне стали больше сажать картофеля, сахарной свеклы, льна и других культур. Все больше требовалось кормов для окота. В этих условиях зерновое трехполье перестало отвечать требованиям дня.

В конце XVIII и начале XIX века первоначально в таких густонаселенных странах, как Англия, Бельгия, Голландия, начался переход к так называемой плодосменной системе полеводства с посевом клевера и пропашных культур, то есть начали вводить четырехпольные севообороты без пара.

Классическим примером такого севооборота считается норфолкский, названный так по графству Норфолк (Англия), где первоначально он был введен. Чередование культур здесь было следующим: первое поле - клевер, второе - озимая пшеница, третье - пропашные (турнепс, свекла, картофель) по навозному удобрению и четвертое - яровые зерновые (ячмень). Севообороты, в которых зерновые культуры чередовались с клевером и пропашными, стали называть плодосменными.

Замена парового трехполья четырехпольным севооборотом была подлинной революцией в полеводстве: на целую треть увеличилась посевная площадь за счет ликвидации пара; за счет посева на полевых землях бобовых систематически стало повышаться плодородие почвы, картофель и корнеплоды давали больше сухого вещества с единицы площади, чем зерновые культуры; введение пропашных культур, требующих более глубокой пахоты и междурядной обработки, позволило успешно бороться с сорной растительностью; травосеяние и выращивание кормовых корнеплодов позволили решить вопрос с кормами для животных, увеличить поголовье скота и выход навозного удобрения.

Характеризуя этот период, выдающийся советский ученый - агрохимик Д. Н. Прянишников неоднократно отмечал, что переход от трехполья к плодосмену в европейских странах привел к удвоению урожаев хлебов. Если при трехполье средний урожай зерна не превышал 7 центнеров с гектара, то при плодосмене он достиг 15-16 центнеров. Вместе с этим необходимо заметить, что плодосмен дал такие замечательные результаты лишь в странах сравнительно теплого и влажного климата. Академик Д. Н. Прянишников предостерегал от механического переноса опыта этих стран в районы с более сухим и континентальным климатом.

Для перехода от паровой к плодосменной системе земледелия многое сделал английский агроном Артур Юнг (1741-1820 гг.). В 1767 году он организовал опытную ферму, активно пропагандировал клеверосеяние и улучшенные приемы обработки почвы. Сельское хозяйство Англии и ряда других стран введением плодосменных севооборотов во многом обязано Артуру Юнгу.

В Германии переход к плодосмену проходил несколько позже. Значительное влияние на этот процесс оказал агрономический деятель Христиан Шубарт (1734-1787 гг.). Кроме своей родины, он бывал и наблюдал ведение сельского хозяйства в Бельгии, Голландии и, будучи в плену, в России. Женившись, Шубарт получил в приданое небольшое имение и организовал в нем образцовое хозяйство с посевами на полях бобовых трав и пропашных культур. Он добился резкого повышения урожаев. Примером своего хозяйства, своими печатными работами и публичными выступлениями Шубарт оказал большое влияние на распространение травосеяния в Германии и Австрии. За свою деятельность Шубарт стал известным человеком, а австрийский император Иосиф II присвоил ему дворянское звание с титулом фон Клеефельд и герб с клеверным листом.

В странах центральной Европы трехполье в то время было обязательным и существовало право общего выгона скота на паровое поле. Шубарт повел борьбу с правом общего выгона, называя незанятый пар "чумой сельского хозяйства" и "величайшим пороком". Он выступил за ввод клевера в паровое поле, подсевая его к предшествующим яровым. Однако улучшенное таким образом трехполье имело существенные недостатки. Клевер рос в поле два года и через год снова возвращался на то же поле. В результате урожайность клевера резко упала. Заговорили о "клевероутомлении", что, как позже было установлено, являлось следствием поражения его болезнями и вредителями. К тому же тогда не знали, что клевер требует много фосфора, калия и кальция, а минеральных удобрений еще не было. Правда, Шубарт заметил положительное влияние на клевер гипса и стал вносить его в почву. Его примеру последовали другие. Однако одного гипсования было явно недостаточно да и цены на семена клевера резко возросли, и у системы Шубарта появились противники.

К переходу от трехполья к плодосмену в средней Европе призывал и немецкий ученый Альбрехт Даниел Тэер (1752-1828 гг.). Это был очень образованный для своего времени человек. Он получил медицинское образование и стал придворным врачом. Однако из-за пошатнувшегося здоровья Тэер переселился в деревню и стал вести хозяйство. В 1798 году была напечатана его книга "Введение в изучение английских хозяйств", принесшая ученому известность. Впоследствии Тэер написал большой труд под названием "Основы рационального земледелия", по которому учились целые поколения агрономов Германии и других стран, в том числе России.

Тэер разделил все культурные растения на истощающие и обогащающие почву; к истощающим он отнес хлеба и корнеплоды; к обогащающим - клевер и другие травы. Тем самым он обосновывал необходимость чередования культур в севообороте.

Имение свое Тэер превратил в образцовое хозяйство. Сначала он ввел норфолкский четырехпольный севооборот. Но когда выяснилось, что для условий Германии в этом севообороте слишком много корнеплодов и не хватает зерновых, он удлинил его, сохранив основной принцип плодосмена - чередование бобовых и пропашных культур с зерновыми. Его севооборот имел следующее чередование: корнеплоды, яровые зерновые, клевер, озимые, горох, зерновые (озимые или яровые). Стремясь поставить науку на службу сельскому хозяйству, Тэер пригласил к себе на работу видного химика Эйнгофа. Постепенно к проводимым им самим и Эйнгофом беседам-лекциям для посетителей хозяйства Тэер в качестве лекторов стал привлекать знатоков естествознания. Наконец, в 1806 году на базе его имения было создано первое в мире сельскохозяйственное учебное заведение.

Не умаляя заслуг Тэера, мы должны все же сказать, что еще за 27 лет до появления его книги "Основы рационального земледелия" в России в 1788 году один из создателей отечественной агрономии профессор И. М. Комов написал книгу "О земледелии", в которой предвосхитил многие идеи Тэера. В частности, он раньше, чем Тэер, стал рекомендовать севообороты плодосменного типа с посевом клевера, люцерны и картофеля. К сожалению, в условиях тогдашней России книга Комова не нашла должного отклика.

Но Тэер был не только пропагандистом плодосменной системы земледелия, организатором первого в мире сельскохозяйственного учебного заведения, но и активным сторонником ошибочной, гумусовой теории питания растений. По этой теории перегной является основным материалом, непосредственно используемым растениями в качестве питательного вещества. Гумусовая теория не учитывала, что не сами органические вещества служат питанием для растений, а лишь содержащиеся в них соединения азота, фосфора, калия и других веществ, которые должны пройти сложный путь превращений, прежде чем станут растворимыми и доступными для усвоения растениями.

Предполагалось также, что и углерод поступает в растения не только путем ассимиляции из воздуха, но и из гумуса почв. Тем самым упускалось из вида значение минеральных веществ в гумусе и ошибочно считалось, что питание растений углеродом происходит через корни. По мнению сторонников гумусовой теории, только от количества органических веществ (гумуса) в почве зависит высота урожая. Тэер, например, писал: "...плодородие почвы зависит собственно целиком от гумуса, так как, кроме воды, это единственное вещество, могущее служить пищей растениям".

Эта теория утверждала, что чем больше те или иные растения содержат питательных веществ, тем больше они уносят из почвы гумуса.

Минеральным веществам отводилась лишь вспомогательная роль: они лишь содействуют усвоению растениями гумуса.

Гумусовая теория была не только неверной по существу, но и вредной, так как отвлекала внимание исследователей от минеральных источников питания. Лишь много лет спустя выдающийся немецкий химик Юстус Либих разрушил закрепившуюся благодаря Тэеру веру в волшебное действие гумуса, назвав ее "храмом лжи, который нужно разрушить, чтобы создать твердую почву для истины".

Особенно богат открытиями в области биологии растений и агрохимии XIX век. Наибольший вклад, повлиявший на дальнейшее развитие агрономической мысли, внесли в эти науки: основоположник научной эволюционной биологии Чарльз Роберт Дарвин, выдающийся немецкий химик Юстус Либих, французские ученые Жан Батист Буссенго и Луи Пастер - "отец" микробиологической науки.

Но прежде чем перейти к рассказу об этих ученых, следует коротко сказать и о некоторых их предшественниках.

Одним из основоположников современной географии растений, геофизики и гидрографии является выдающийся немецкий естествоиспытатель Александр Фридрих Вильгельм Гумбольдт (1769-1859 гг.). Описывая свои путешествия (в том числе и по России), Гумбольдт особое внимание обращал на климатические явления и связь их с распределением и внешними формами растительности. Его труды по этим вопросам увлекли впоследствии Дарвина на дальнейшие исследования.

Выдающийся немецкий биолог Теодор Шван (1810-1882 гг.) сформулировал теорию клеточного строения растительных и животных организмов, доказав при этом, что клеткообразование является основой роста и развития растений.

Высокую оценку открытию Швана дал Энгельс. "Только со времени этого открытия стало на твердую почву исследование органических, живых продуктов природы - как сравнительная анатомия и физиология, так и эмбриология. Покров тайны, окутывавший процесс возникновения и роста и структуру организмов, был сорван"^*.

^* (Маркс К. и Энгельс Ф. Соч., т. 20, с. 512.)

Мысли об изменчивости и эволюционном развитии органического мира в противовес господствовавшей тогда идее о сотворении мира "творцом" и неизменности всего существующего на земле высказывали многие предшественники Дарвина. Но наиболее полно эту идею развил выдающийся французский естествоиспытатель Жан Батист Пьер Антуан Ламарк (1744-1829 гг.) в своем главном труде "Философия зоологии". Современники, в том числе и ученые, не признали его идей. Ламарка считали чудаком и фантастом, а его учение - глупостью и заблуждением.

Даже Дарвин вначале не разобрался в учении Ламарка и отнесся к нему резко отрицательно. Однако впоследствии он изменил свое мнение. Вот что писал Дарвин о Ламарке в 1872 году во введении к шестому изданию своей книги "Происхождение видов": "Ламарк был первым, чьи выводы по этому предмету (т. е. по вопросу об изменяемости видов) остановили на себе внимание. Этот по справедливости знаменитый ученый в первый раз изложил свои воззрения в 1801 году, он значительно расширил их в 1809 г. в своей "Зоологической философии".

И еще позднее, в 1815 году, в предисловии к другой - "Истории беспозвоночных животных" он отстаивает воззрение, что все виды, включая человека, произошли от других видов. Ему принадлежит великая заслуга: он первый остановил всеобщее внимание на вероятности предположения, что все изменения в органическом мире, как и в неорганическом, происходили на основании законов природы, а не вследствие чудесного вмешательства. ...Что касается причин, вызывающих изменения, то он их приписывал отчасти непосредственному воздействию физических условий, отчасти скрещиванию между существующими уже формами, но в особенности упражнению или неупражнению органов, т. е. привычке".

Ламарк решительно отвергал учение о постоянстве видов и утверждал, что природа создала все многообразие живых существ благодаря постепенной изменчивости их под влиянием внешней среды (климат, почва, пища и т. п.), наследуемости приобретенных новых свойств и признаков. Таким образом, Ламарку принадлежит честь обоснования исторического метода в биологии, сыгравшего исключительную роль в науке и блестяще развитого Чарльзом Дарвином.

Дарвин показал, как происходило историческое развитие животного и растительного мира в гениальном труде "Происхождение видов путем естественного отбора, или сохранение благоприятствующих пород в борьбе за жизнь", опубликованном в 1859 году. В нем ученый убедительно доказал, что все существующие в настоящее время растения и животные образовались и развились из первичных, простейших сгустков живой материи путем постепенных, непрерывных изменений на протяжении миллионов лет. При этом обосновывался не только факт эволюции, но и ее движущие силы - естественный и искусственный отбор.

В истории науки до Дарвина не было открытий и взглядов, которые бы вызвали такое брожение человеческих умов, как эволюционная теория. Представители тогдашнего ученого мира отнеслись к книге Дарвина "Происхождение видов" отрицательно и лишь немногие из них, в том числе основоположники научного коммунизма К. Маркс и Ф. Энгельс, не только высоко оценили, но и встали на защиту этого учения.

Прогрессивно мыслящие русские ученые (Н. Г. Чернышевский, Д. И. Писарев, И. М. Сеченов, И. И. Мечников, А. О. и В. О. Ковалевские, И. П. Павлов, А. Н. Энгельгардт и особенно К. А. Тимирязев) сразу же признали теорию Дарвина и творчески развивали ее.

Высокую оценку учению Дарвина дал В. И. Ленин: "Дарвин положил конец воззрению на виды животных и растений, как на ничем не связанные, случайные, "богом созданные" и неизменяемые, и впервые поставил биологию на вполне научную почву, установив изменяемость видов и преемственность между ними..."^*.

^* (Ленин В. И. Соч., т. I, с. 124.)

Усилиями основоположников марксизма и передовых ученых-биологов идеи Дарвина утвердились в науке и стали в ней господствующими. Начался период расцвета систематики растительного и животного мира. Систематика из чисто описательной стала отраслью исследований, поисков причин, следствий и связей процессов, происходящих в природе. Учение Дарвина развязало путы ряду наук и особенно биологической науке. Дарвинизм научно объяснил такие явления в жизни растений, как изменчивость под влиянием окружающей среды, наследственность, отбор.

Теория Дарвина дала в руки практиков-селекционеров ключ к выведению новых пород животных, видов растений, сортов.

Выдающимся биологом конца XIX века был чешский натуралист Грегор Иоганн Мендель (1822-1884 гг.), исследовавший вопросы наследственности и изменчивости растений.

Грегор Мендель не принадлежал к официальной науке. В молодости он постригся в монахи, став потом настоятелем монастыря в городе Брно. Одновременно он преподавал математику, греческий и латинский языки в гимназии. Но подлинным увлечением Менделя были биология и агрономия. На монастырском участке он проводил опыты по скрещиванию разных сортов гороха. Это были первые шаги в систематическом исследовании наследственности у растений методом гибридизации. В своих опытах Мендель открыл явления расщепления у гибридов и наследования признаков, и по своему значению это открытие стоит в ряду таких великих открытий XIX века, как эволюционная теория Ч. Дарвина, периодическая система элементов Д. И. Менделеева, клеточная теория строения организмов Т. Швана.

Мендель обосновал теорию о наследственных факторах и разработал для них модель на базе математической статистики. Его открытие положило начало теоретическому анализу явлений наследственности и изменчивости под влиянием гибридизации, которые, в свою очередь, привели к новым важным практическим методам селекции.

Работы Менделя долгое время не признавались. И лишь проверка и дальнейшее развитие его идей немецким биологом Августом Вейсманом (1834-1914 гг.), американским биологом Томасом Хантом Морганом (1866-1945 гг.) и другими, открывшими строение хромосом в клетках, позволили по достоинству оценить открытие Менделя.

Открытия в области генетики в наше время помогли селекционерам создать высокоурожайные сорта кукурузы. Воздействуя различными химическими средствами и облучением, ученые добились удвоения и утроения числа хромосом в клетках растений, что позволило увеличить продуктивные качества сахарной свеклы, ржи, гречихи и других культур.

Почти одновременно с возникновением учения Дарвина важнейшие открытия в агрохимии были сделаны выдающимся немецким химиком Юстусом Либихом (1803-1873 гг.). Либиха по праву считают одним из основателей агрохимии как самостоятельной науки.

Отец Либиха был хозяином аптекарского магазина и сам изготовлял некоторые лекарства, краски, мыло и т. д. С детства Юстус приглядывался к работе отца, с интересом изучал производство соседних мыловаренных, красильных и кожевенных мастерских. Немало радости приносили мальчику бродячие фокусники, показывавшие зрителям разные "чудеса" и тут же изготовлявшие взрывчатые вещества для фейерверка. Так постепенно Юстус пристрастился к химии, перечитал всю имевшуюся в местной библиотеке литературу по химии - от алхимиков до Лавуазье.

Изучение древних языков в гимназии давалось Юстусу нелегко, и отец отдал мальчика учеником в аптеку. Но он был слишком любознательным учеником. Работая тайком от хозяина аптеки с гремучей ртутью на чердаке, Юстус однажды устроил такой взрыв, в результате которого снесло часть крыши. Службу в аптеке пришлось оставить. Но желание стать химиком все росло. По настойчивой просьбе Юстуса отец разрешил ему поступить в университет. Сначала Либих был студентом Боннского и Эрлангенского университетов. Но, считая преподавание химии в них недостаточно хорошим, отправился учиться в Париж, где в это время работал Лавуазье. Получив в Париже блестящее образование, Либих возвращается в Германию и в возрасте 21 года занимает кафедру химии в университете города Гессена. В 1830 году его избирают член-корреспондентом Петербургской академии наук, а с 1860 года он - президент Баварской академии наук.

К 40-м годам XIX века Либих был уже широко известен как создатель органической химии. Вскоре неожиданно знаменитый химик выступил по вопросам земледелия с резкой критикой гумусовой теории, господствовавшей в это время в агрономической науке.

Вот что пишет о выступлении Либиха автор очерка по истории агрохимии, английский ученый Рэссель: "...но все это изменилось в 1840 году, когда, подобно удару грома, разразился над ученым миром знаменитый доклад Либиха Британской ассоциации о положении органической химии, опубликованный впоследствии под названием "Химия в ее применении к земледелию и физиологии". С тонким сарказмом высмеивает он физиологов своего времени, которые, вопреки очевидным данным, продолжают придерживаться взгляда, будто растения берут углерод из почвы.

...Юмор Либиха сделал то, чего не могла сделать логика Соссюра и Буссенго. Либих окончательно разбил теорию о перегное. Только самые смелые решились бы после этого утверждать, что растения берут нужный им углерод не из углекислоты, а из другого источника".

В своем тщательном разборе гумусовой теории Либих подверг ее убийственной критике. Он рассуждал так: если растение берет углерод из почвы, как утверждает гумусовая теория, то его соединения должны были бы раствориться в воде. Однако из арифметического подсчета явствует, что если даже вся выпадающая на поверхность почвы влага не будет испаряться, стекать с поверхности, просачиваться в почву, то и при этом ее не хватит на растворение перегноя, необходимого для обеспечения растений углеродом даже при среднем урожае. И Либих задавал вопрос: если растения берут углерод только из перегноя предшествующих растений, то откуда же брали его предшествующие?

По гумусовой теории Тэера все растения делятся на ухудшающие и улучшающие (бобовые) почву. Либих доказал, что поскольку все растения берут углерод из воздуха, то все зольные вещества они берут из почвы в виде минеральных солей. Из этого положения вытекали важные практические выводы о способе поддержания почвенного плодородия: само по себе чередование бобовых и злаковых культур в севообороте не может сохранять и тем более повышать плодородие почвы. Но поскольку все растения истощают почву, то ей надо возвращать минеральные вещества. Это положение Либиха утвердило в агрономической науке понятие "закона возврата" как неотвратимого закона природы. Даже падение древних цивилизаций Либих объяснял незнанием естественного закона необходимости возврата почве питательных веществ. Тем же грозил он и Европе, если люди не будут возвращать почве питательные соли, особенно фосфорные.

"Придет время, - писал Либих, - когда каждое поле сообразно с растением, какое на нем имеют в виду разводить, будет удобряться свойственным удобрением, приготовленным на химических заводах; тогда удобрения будут состоять только из тех веществ, которые нужны для питания растения, так точно как теперь вылечивают лихорадку несколькими гранами хинина, тогда как прежде больного заставляли глотать унциями хинную кору".

Либих открыл и так называемый закон минимума, согласно которому высота урожая зависит от количества того или иного минерального вещества в почве. Он утверждал, что, как бы много ни было в почве других необходимых веществ, урожай останется на том низком уровне, который определяется веществом, находящимся в минимуме.

Открытие Либиха было по достоинству оценено его современниками. Одной из бессмертных заслуг назвал открытие Либиха К. Маркс.

Учение Либиха о минеральном питании растений К. А. Тимирязев считал "величайшим приобретением науки". Работы Либиха по этому вопросу как бы подвели итог всем предшествующим исследованиям, соединили их в одно целое и указали земледельцам практический путь к повышению урожаев.

Однако при правильности общих положений о питании растений Либих допускал отдельные ошибки. Он не признавал значения плодосмена, отрицал существование растений, улучшающих почву. Придавая большое значение фосфору, калию и кальцию, Либих недооценивал роль азота. По его мнению, для растений достаточно того азота, который попадает в почву из воздуха с осадками. "Воздух и дожди, - писал он, - доставляют растениям и почве более азотистой пищи, нежели нужно для полного развития растений". На самом же деле осадки, внося в почву ничтожно малое количество азота, в то же время вымывают из нее соли азотной кислоты.

На эту ошибку Либиха обратили внимание крупнейший французский ученый Буссенго и англичанин Лооз.

По своим политическим убеждениям Жан Батист Буссенго (1802-1887 гг.) был республиканцем и во время революции 1848 года стал депутатом национального собрания. После переворота, произведенного Наполеоном III, Буссенго за свои республиканские убеждения был лишен профессорских должностей. Только благодаря поддержке выдающихся ученых Буссенго оставили руководителем кафедры агрономической химии и членом Парижской академии наук.

Женившись на дочери землевладельца, Буссенго получил в приданое небольшое имение "Бехельброн", где открыл собственную лабораторию и стал проводить многочисленные полевые опыты.

Если Либих пришел к своим выводам, опираясь на общие законы химии, то Буссенго, будучи экспериментатором, "спрашивал мнение самих растений". Либих считал, что достаточно внести в почву удобрения в виде тех солей, которые содержатся в золе, азот же растения получат из воздуха. Буссенго поставил перед собой цель - исследовать поступление азота из воздуха. Для этого в 1851 году он проделал опыт по выращиванию растений под стеклянным колпаком и в стеклянном шкафу с притоком воздуха, очищенного от азота. При этом выяснилось, что растения нормально развиваются без азота воздуха и свободный азот ими не поглощается. В другом опыте, проделанном Буссенго, азот, внесенный в почву в виде нитратов, давал урожаи, возрастающие пропорционально количеству внесенных нитратов. Пользуясь данными лабораторных и полевых опытов над растениями, ученый доказал, что навоз и зола из навоза по своим питательным свойствам не одно и то же, и что азот при сжигании навоза из него улетучивается. Буссенго также установил, что азот в почве может быть как в усвояемых, так и в неусвояемых формах. Это не имеет значения для химика, но небезразлично для растений.

Буссенго принадлежит приоритет в открытии действия селитры на урожай. Будучи в Перу еще молодым, он подметил, что на бесплодных песчаных почвах этой страны прибавка небольшого количества гуано (продукт разложения птичьего помета в условиях сухого климата) позволяет получать довольно высокий урожай кукурузы. При химическом анализе выяснилось, что гуано состоит преимущественно из аммиачных солей. Родилась догадка, что именно эти соли и придают плодородие песчаной почве. Когда анализы и опыты подтвердили это, ученый сделал следующий важный вывод: "Единственными реагентами, способными действовать непосредственно на растение путем доставления азота организму, являются нитраты и аммиачные соли, либо существующие ранее в почве, либо образующиеся в продолжении культуры".

Результатами своих опытов Буссенго доказал, что Либих, увлеченный верой в исключительную роль минеральных удобрений и не до конца разобравшийся в процессе усвоения растениями азота, недооценил роли навоза. Выводы по этому поводу ученый изложил в следующих словах: "азотистые вещества органического происхождения, будучи смешаны с перегнойной почвой, дают нитраты".

Установив, что клевер и люцерна обогащают почву азотом, Буссенго высказал предположение, что азот они берут из воздуха. До него ученые знали только об удобрительных свойствах бобовых, но не знали причины этого.

Одновременно с Буссенго проблемой питания растений занимался в Англии агрохимик-опытник Джон Беннет Лооз (1814-1900 гг.).

В агрономической деятельности Лооза удачно совместились знания и пытливость ученого с практичностью и деловитостью фермера. Фермерские хозяйства Англии в то время находились в упадке. В таком же состоянии было и имение Лооза, полученное им в наследство. Это вынудило его искать пути повышения урожаев. Опытным путем, главным образом за счет удобрений, он добился повышения плодородия почвы и резкого увеличения урожаев. Имение стало высокодоходным и привлекало к себе внимание многих, что создало Лоозу славу отличного хозяина. Его деятельность и авторитет оказали значительное влияние на развитие земледелия всей Англии. На базе имения Лооза впоследствии была создана знаменитая Ротамстедская опытная станция.

Проверяя теорию Либиха, Лооз заложил ставший уже классическим опыт с навозом и с золой от навоза. Вот какие урожаи пшеницы получил он при этом:

Значение этого опыта трудно переоценить. Он доказал, что зола от сожженного навоза не заменяет последнего, а минеральные удобрения, если в их состав входит азот, заменяют.

Опубликование результатов опыта вызвало острую полемику между приверженцами "минеральной теории Либиха" и сторонниками Лооза и Буссенго. Одновременно возник вопрос о важности отдельных элементов питания для роста растений. Вот что писал по поводу этого спора К. А. Тимирязев: "Ни Буссенго, ни Лооз не подозревали о существовании один другого я только через много лет сошлись на поприще общих научных исследований, главным образом в качестве соперников и в известном смысле победителей более талантливого, но зато и наиболее одностороннего, увлекающегося Либиха". Синтез открытий Либиха, Буссенго и Лооза дал науке ту агрохимическую теорию питания растений, которая живет в наши дни. Ими окончательно установлено, что для жизни и развития растений необходимы следующие химические элементы: фосфор, калий, магний, кальций, железо, сера, углерод, азот, водород и кислород (впоследствии этот перечень пополнился), и определено, откуда и как они поступают в растения.

Во второй половине XIX века зародилась еще одна отрасль биологической науки - микробиология, оказавшая огромное влияние на дальнейшее развитие агрономии. Основоположником микробиологии по праву считается выдающийся французский ученый Луи Пастер (1822-1895 гг.).

Открыв действие бактерий, Пастер дал человечеству могучее оружие в борьбе с болезнями людей и животных. Сослужило свою службу учение Пастер а и в земледелии. Все научные достижения в области исследований бактериальной жизни почвы, разложения органических веществ, процесса усвоения азота бобовыми растениями, поглощения и фиксации специальными бактериями в почве азота воздуха стали возможными благодаря открытию Пастера.

Еще в конце 30-х годов XIX столетия Буссенго установил, что бобовые каким-то образом накапливают в почве азот, но как они это делают, он объяснить не смог и лишь в 80-х годах, после того как стало известно учение Пастера о бактериях, это сделал немецкий агрохимик Герман Гельригель (1831-1899 гг.).

Одновременно с Гельригелем на роль бактерий в фиксации азота воздуха на корнях бобовых растений указал и французский химик Пьер Эжен Марселей Бертело (1827-1907 гг.), а также наш русский ботаник М. С. Воронин (1838-1903 гг.). Именно эти ученые являются первооткрывателями, определившими роль клубеньковых бактерий в жизни растений. Неоднократно повторенными опытами в сосудах Гельригель доказал, что стерильную почву бобовые растения не обогащают азотом. Если такую почву заразить почвенным настоем, содержащим соответствующие бактерии, то на корнях бобовых образуются клубеньки и начинается процесс накопления азота.

Таким образом, Гельригель разгадал древнюю загадку о действии на почву бобовых растений. После него стали понятными и эмпирические выводы древних земледельцев о пользе бобовых растений и деление растений на "обогащающие" и "обедняющие" почву.

Последующие микробиологи значительно расширили круг знаний в этой области. Теперь мы знаем, что на разных растениях имеются разные расы бактерий, каждая из которых приспосабливается только к определенному растению-хозяину. Мы знаем, что имеются в почве и свободноживущие бактерии, способные фиксировать азот воздуха, что азотофиксирующие бактерии селятся не только на бобовых, но и на корнях других растений. Практическое значение всех этих открытий для земледельцев неоспоримо.

Энергичное требование Либиха о "возврате" почве фосфора, калия и кальция, унесенных урожаем, дополненное требованием Буссенго в отношении азота, деятельность Лооза и других агрохимиков способствовали развитию промышленности по производству минеральных удобрений.

Первое предприятие по изготовлению суперфосфата было построено Лоозом в Англии. Готовили его из костей, что, конечно было дорого и значительно ограничивало производство. Лишь спустя десятилетия были найдены фосфориты и разработана технология приготовления из них более дешевого суперфосфата.

В 60-х годах XIX века в Германии были найдены крупные залежи калийных солей, которые вскоре начали использоваться в качестве удобрений.

Азотные удобрения (в виде селитры) сначала добывались из естественных залежей в Чили. В 1905 году норвежским ученым удалось осуществить окисление азота воздуха с помощью электрической дуги и получить при этом искусственную селитру. Но этот способ из-за своей дороговизны не получил широкого распространения.

Как бы по пословице "не было бы счастья, да несчастье помогло", более совершенному способу производства селитры способствовала империалистическая война 1914-1918 годов. С самого начала войны Германия оказалась отрезанной от чилийской и норвежской селитры, необходимой для производства пороха, и вынуждена была искать пути изготовления селитры внутри страны. Немецкому химику Фрицу Габеру (1868-1934 гг.) удалось разработать более простой, чем норвежский, способ фиксации азота воздуха и изготовления селитры. После окончания первой мировой войны все страны начали изготовлять селитру способом Габера не только на военные, но и на сельскохозяйственные нужды.

Д. Н. Прянишников в свое время отмечал, что если переход от трехполья к плодосмену удвоил урожай зерновых, то массовое применение минеральных удобрений позволило европейским странам еще раз увеличить его вдвое. Крупный ученый-агроном, последний директор Ротамстедской опытной станции Э. Джон Рэссель, так охарактеризовал значение минеральных удобрений: "Будет не слишком сильно сказать, что открытие и распространение искусственных удобрений было одним из главнейших факторов создания новой Европы".

Наряду с развитием биологической и агрохимической наук совершенствовалась и техника обработки почвы, посева сельскохозяйственных растений, их уборка.

Изменялось прежде всего основное орудие обработки почвы - плуг. В древнем римском плуге даже наиболее совершенной конструкции отвал изготовлялся из дерева и имел слабо выгнутую поверхность. Пласт земли плохо скользил по деревянному отвалу.

Развитие железоделания позволило сделать у плуга железный отвал уже более удобной формы. Грядиль плуга стали крепить не непосредственно к дышлу, а на мягком сцеплении через валёк, а от валька к лошади - постромками.

Глубину пахоты регулировали полозком с подвижной рейкой. Стойка полозка крепилась в передней части грядиля штырем. Она имела ряд отверстий и, вставляя штырь в то или иное отверстие, стойку можно было опускать ниже или подымать выше и тем самым регулировать глубину.

Для регулирования ширины захвата впереди грядиля крепилась поперечная рейка с отверстиями, в которые вставлялся крюк, соединявшийся с вальком. В более простых типах плугов глубина пахоты регулировалась поперечной рейкой впереди грядиля, но такое устройство не позволяло регулировать ширину захвата. Со временем на грядиле впереди лемеха таких плугов появился железный нож.

Были плуги и с колесными передками, но широкого распространения они не получили.

На некоторых плугах отвал и лемех соединялись в одно целое, отковывались из одного куска железа. Различные типы плугов стали называть по местности первоначального изготовления: брабантский - по провинции в Бельгии; роттердамский - по провинции в Голландии и английский - усовершенствованный. Поскольку плуги изготовлялись отдельными ремесленниками или в мелких кустарных мастерских, то каждый изготовитель в зависимости от своей изобретательности или от требований потребителей вносил что-то свое, и поэтому в отдельных деталях плугов было большое разнообразие.

Англосаксонский плуг XVI века

В XV-XVI веках в плуг, как правило, впрягали быков (в тяжелые плуги запрягали по две-три пары быков), но со временем для ускорения работ земледельцы стали использовать лошадей. К XVII столетию были выведены специальные породы лошадей, которые даже в одиночку могли тянуть тогдашние плуги.

В конце XVI века была сделана попытка использовать для работы плугов канатную тягу с помощью двух воротов, расположенных на краях поля, которыми управляли люди. В 1726 году во Франции попробовали работу людей на воротах заменить передвижными ветряными двигателями. Обе эти попытки, конечно, не оправдали себя. Лошадь еще долго оставалась основной тягловой силой.

С развитием земледелия увеличивался спрос на сельскохозяйственные машины и, в первую очередь, на плуги. Кустарное их производство уже не могло удовлетворить возросший спрос. В конце XVIII века начали появляться специализированные заводы по производству земледельческих орудий. Первый такой завод был построен в Англии в 1763 году часовым мастером Джемсом Смоллем.

Распашка целинных земель, особенно в Северной и Южной Америке, в XVIII столетии потребовала совершенствования отвала плуга, так как он плохо переворачивал целинный пласт. Над совершенствованием отвала работали немец Отто Мюнхгаузен, англичанин Бейли, итальянцы Ламбружини и Ридольфи. В результате их работ появились отвалы, получившие название полувинтовых, а в 1797 году президент США Джефферсон предложил конструкцию отвала полной винтовой формы.

Придать железному отвалу винтовую и полувинтовую форму поковкой было делом довольно трудным. Когда же появился чугун, отливать отвалы стали из него. Первым отлил отвал из чугуна англичанин Рапс в 1785 году.

И все же земледельцев не могли удовлетворить чугунные лемеха и отвалы. При закалке они становились очень хрупкими; незакаленные же лемеха быстро тупились, а отвалы залипали землей. Со временем чугун был заменен сталью. Первые стальные лемеха и отвалы были изготовлены в Америке в 1833 году.

Земли культурных полей нуждались больше в крошении почвы, нежели в простом переворачивании пласта. Для вспашки таких полей конструкторы предложили так называемый рукадловый (от слова "рукадло" - крошить) или культурный отвал цилиндрической поверхности.

При глубокой пахоте передок плуга с одинаковым размером колес обычно перекашивался. Немецкий кузнец Эккерт стал делать колеса разного диаметра: бороздовое - больше, а полевое - меньше. Это новшество помогло выровнять ход плуга.

Земледельцам была ясна польза глубокой пахоты, и они старались пахать как можно глубже. Однако обыкновенным плугом этого сделать было нельзя. Стали применять два плуга, из которых второй пускался по следу первого. Это позволяло углубить борозду, но в то же время увеличивало затраты труда. Тогда тот же кузнец Эккерт сконструировал плуг, на котором на одном грядиле помещалось два лемеха: передний - поменьше (его назвали предплужником), а задний - побольше. Таким плугом можно было пахать на глубину до 20 сантиметров и больше. Он хорошо разделывал и крошил дернину, верхний слой почвы клал на дно борозды, а нижний - выворачивал на поверхность.

Конный однокорпусный плуг (тип Сакка)

Первым заводское производство плугов с предплужником наладил немец Рудольф Сакк, и с тех пор такой плуг стали называть "универсальный пароконный плуг Сакка".

Плуг такого типа быстро распространился во всех передовых странах Европы и, как лучший тип конного плуга, просуществовал до тех пор, пока не начал вытесняться тракторными плугами.

Для разбивки комьев после пахоты, заделки семян и выравнивания поверхности почвы долгое время служили деревянные бороны сначала с деревянными, а потом с железными зубьями. Такие бороны могли легко делать деревенские и городские кустари. С развитием железоделательной промышленности появились более прочные, целиком железные бороны. При этом был учтен и ликвидирован существенный недостаток деревянных борон: последующий ряд зубьев у них шел след в след за предыдущим. В результате оставались неразделанными большие промежутки между рядами зубьев и значительная часть труда затрачивалась непроизводительно. В 1839 году англичанин Амстронг придал раме бороны зигзагообразную форму и зубья распределил на ней так, что ни один зуб не попадал в след другому. Такая борона получила название "зигзаг" и до сих пор, уже и с тракторной тягой, применяется земледельцами во всем мире.

Плуг-сеялка, не найдя широкого применения в Древнем Риме, был совсем забыт в эпоху средневековья. Зерновые культуры земледельцы высевали руками из лукошка, идя по вспаханному полю; заделывались разбросанные семена боронами. При таком севе семена распределялись по площади неравномерно, попадали на разную глубину, а частично вообще оставались на поверхности почвы.

В 1500 году итальянец Джиовани Кавалина сконструировал некое подобие сеялки. Это был длинный ящик конической формы, в нижней части которого имелось узкое отверстие для прохода семян. Ящик укреплялся на полозьях, и вол или лошадь протаскивали его по вспаханному полю. Разбросанные таким способом семена заделывались потом боронами. Качество посева при этом было не лучше, чем при ручном севе. Сеялку Кавалина земледельцы не приняли.

Сеялку несколько лучшей конструкции удалось сделать в 1636 году тирольскому фермеру Жозефу Локатели. Щель внизу ящика он закрыл доской с отверстиями, а под ней укрепил вал со стерженьками. Во время вращения вала его стерженьки то открывали, то закрывали отверстия в нижней доске. Ящик этот был небольшой, и Локателли укрепил его на ручках плуга. Высевающий вал он снабдил колесом, которое, двигаясь по пашне, вращало вал. По существу это было небольшим усовершенствованием римского плуга-сеялки, только семена высевались без помощи человека и попадали не в борозду, а на поверхность вспаханной полосы, а затем заделывались боронами. Сеялка Локателли была разбросной.

Англичанин Джебро Тулль в 1730 году предложил применять рядовой посев. Для этого у отверстий в дне сеялки он укрепил ряд воронок с трубками-семяводами, спускающимися до земли. Семена при этом ложились рядками, но рядовым, в нашем понимании, такой сев назвать было нельзя, тем более, что он не обеспечивал равномерной глубины заделки семян. В последующих конструкциях эта сеялка была отделена от плуга, поставлена на свои колеса и стала изготовляться большей ширины.

В 1782 году английский механик Джемс Кук изобрел ложечный высевающий аппарат, состоявший из катушек с небольшими корытцами, которые при вращении захватывали порцию семян и выбрасывали ее в отверстия внизу доски. Этот аппарат позволял уже регулировать корму высева и сделать высев более равномерным.

В 1803 году англичанин Дукет укрепил впереди ящика сеялки сошники, которые на забороненной и выровненной поверхности пашни нарезали бороздки, в которые сеялка сыпала семена. Зерна при этом равномерно погружались в землю на требуемую глубину.

В 1830 году конструктор сеялок Альбан соединил сошник с семяпроводом. В результате этого сеялка по принципу работы стала похожа на те, которые изготовляются и в наши дни. Для более широкой пароконной сеялки был сделан передок на маленьких колесах, и лошади запрягались не в оглобли, а в дышло. Передок позволял делать более прямолинейные ряды без огрехов и пересевов. Основные конструктивные элементы этой конной сеялки были впоследствии перенесены и на тракторные.

Приоритет в изобретении жатвенной машины принадлежит России. В 1781 году академик В. Ф. Зуев известил академию наук, что в Туле оружейник Бобрин изобрел стальную жатвенную машину, "...которою один человек действуя может одним приемом много сжать хлеба, сжатый машиной хлеб в тот же прием собирать". Однако из-за косности тогдашнего строя в России эта машина не получила распространения и была забыта.

Спустя 18 лет - в 1799 году - англичанин Бойс сконструировал машину, у которой режущей частью были косы, укрепленные на вращающемся колесе. Но эта машина приминала колосья, плохо (не чисто) их срезала и при малейшем наклоне стеблей вообще не могла работать.

Предложенная в 1811 году англичанином Смитом замена косы круглыми ножами не исправила этого недостатка.

В 1822 году англичанин Генри Эгль для среза колосьев стал пользоваться гребнем с заостренными с двух сторон треугольничками. Это приспособление срезало колосья несколько лучше, но все равно оставалось много пропусков и часть колосьев падала не на стол жатки, а впереди.

Дальнейшее усовершенствование заключалось в том, что в 1826 году перед режущим аппаратом было установлено мотовило, которым колосья пригибались к режущему приспособлению. Это намного улучшило работу жатки, но сбрасывать с платформы срезанный хлеб все же приходилось руками. Тогда англичанин Бэлл установил на платформе движущееся полотно, приводимое в движение от ходового колеса и сбрасывающее назад срезанные колосья.

Но при всех этих усовершенствованиях основной механизм жатки (режущий аппарат) оставался неподвижным и не давал полного среза колосьев. Лишь в 1831 году английские механики Хюссей и Мак-Кормик применили подвижный нож. Их механизм состоял из двух гребней: нижнего - неподвижного, с заостренными краями пальцев и верхнего - подвижного, состоящего из ряда ножей треугольной формы. Верхний гребень плотно прилегал к нижнему и от ходового колеса, с помощью шатуна и кривошипа, совершал возвратно-поступательное движение.

Мотовило наклоняло стебли к режущему аппарату и клало их на платформу, жестко соединенную с режущим аппаратом. Такая жатка уже достаточно хорошо срезала колосья.

Разновидностью жатки Хюссея и Мак-Кормика можно назвать машину, широко распространенную в России и просуществовавшую вплоть до коллективизации под названием лобогрейка. При работе лобогрейки планка мотовила наклоняла стебли к ножу и укладывала их после срезания на платформу. Рабочий, сидящий на специальном сиденье, непрерывно сгребал вилами или граблями стебли к задней части платформы и по мере накопления до размера снопа сбрасывал их на землю. Работа эта требовала большого напряжения сил, почему машина и получила название "лобогрейка".

Дальнейшим усовершенствованием жатки явилась замена мотовила граблями. Такие грабли выполняли три функции: пригибали к режущему аппарату стебли растений, накапливали их на платформе в количестве, нужном для связывания одного снопа, и сдвигали с платформы на землю. Ручной работой оставалась только вязка снопов.

Английский механик Вильям Вуд в конце XIX столетия сконструировал машину, которая жала хлеб и вязала его в снопы. Назвали ее сноповязалкой. Эта машина была верхом совершенства до XX века, когда конструкторская мысль стала работать над созданием современного комбайна.

Молотили хлеба в эпоху Возрождения теми же примитивными способами, что и в древности, - палками, цепами, прогоном скота по разложенным на току колосьям, с помощью каменного или деревянного рифленого катка, широкой доской с набитыми в нее острыми осколками камня или обрезками железа.

В 1629 году итальянец, инженер Джиовани Бранка предложил проект ветряной молотилки. В ней он использовал рифленые каменные катки, применявшиеся еще в древности, но вместо одного катка взял шесть и укрепил их в виде карусели. Вал такой "карусели" вращался с помощью ветра. Это была уже настоящая механизация молотьбы. Но если не было ветра, машина бездействовала.

В 1785 году принципиально новое молотильное устройство сконструировал шотландский механик Андреас Мейкл. Он сделал большой деревянный барабан наподобие прежнего рифленого каменного катка и укрепил его в специальном коробе. Снопы подавались под барабан, вращающийся с большой скоростью, барабан имел деревянные поперечные планки - билы или бичи. Затем для отделения соломы от зерна Мейкл изобрел пальцевый соломотряс.

Для лучшего вымолота хлеба (особенно влажного) американец Турнер в 1831 году усовершенствовал барабан, сделав его штифтовым, а внизу под барабаном установил так называемую деку.

В дальнейшем конструкция молотилок не изменялась, лишь деревянные детали заменялись металлическими и совершенствовались отдельные узлы.

Молотилка приводилась в действие лошадьми или быками через привод с помощью зубчатых и ременной передач. Со второй половины XVIII века для этого стали использовать паровой двигатель, а затем дизельный и электрический.

Паровой двигатель пытались использовать и в качестве тягловой силы на пахоте. В 1851 году в февральском номере русского "Журнала сельского хозяйства" была помещена об этом интересная заметка под заголовком "Паровоз в поле":

"В последнее время говорили о приложении силы паров к одной из важнейших работ земледелия и в особенности о плуге лорда Эресби в Англии. Недавно сам лорд издал описание этого способа пахания.

Машина состоит из паровоза "Калифорния" весом около 217 пудов и действием в 26 лошадиных сил. Машина имеет двойной ворот, который можно отнимать, если машина требуется на другое дело. Машина движется поперек пашни, серединою полосы, по легкой переносной рельсовой дороге. Употребляемый при машине плуг состоит из четырех обыкновенных плугов, утвержденных на одной раме. Плуги ездят взад и вперед на каждой стороне рельсовой дороги и управляются человеком, стоящим на небольшой площадке.

Плуги ездят со скоростью 7 верст в час. На управление машиной нужно 8 человек и 1 лошадь для подвозки воды и угля".

Совершенствование сельскохозяйственных машин в наше время дошло до изобретения трактора и комбайна, которые в значительной мере разрешают трудную задачу механизации земледелия.