Развитие учения о корневом питании растений и других фундаментальных проблем агрохимии в работах Д.А. Сабинина и его школы
Яркие страницы в истории развития фундаментальных положений агрохимии, в частности в вопросах минерального питания растений, оставилДмитрий Анатольевич Сабинин (1889 -1951 гг.).
Д.А. Сабинин родился в 1889 г. в Петербурге. В 1909 г. после успешного окончания частной гимназии он поступил на естественное отделение университета, которое окончил в 1913 г. и по инициативе профессора В.И. Палладина был оставлен при университете для подготовки к научной работе.
В 1928 г. в Ленинграде на Третьем всесоюзном съезде ботаников Д.А. Сабинин сделал обобщающий доклад о новом принципе изучения минерального питания растений по анализу сока плача (пасоки).
Уже в первых своих исследованиях (1924 - 1925 гг.) Дмитрий Анатольевич связывал теоретические вопросы с практикой сельского хозяйства. Он часто говорил, что физиология растений должна быть не орнаментом на здании, а фундаментом здания новой агротехники.
С осени 1932 г., он начал работу в Московском университете в качестве профессора, заведующего кафедрой физиологии растений, продолжая там работать до 1948 г. С 1938 г. по 1941 г. он по совместительству руководил лабораторией минерального питания Института физиологии растений им. К.А. Тимирязева АН СССР.
В 1935 г. Д.А. Сабинину без защиты диссертации была присуждена ученая степень доктора биологических наук.
Работая в научных учреждениях сельскохозяйственного профиля, Д.А. Сабинин тесно связывал свои исследования с интересами практического земледелия.
Многогранность научной деятельности Д.А. Сабинина, масштабность и глубина его научных интересов трудно поддаются должному анализу, поэтому рассмотрим лишь ту часть его работ, которые оказали наиболее существенное влияние на развитие теоретических основ агрохимии. Это, прежде всего, исследование им корневого питания культурных растений. Так, результаты своих работ по проблеме роли корневых систем в поглощении и переработке питательных веществ он обобщил в большом научном труде «О корневой системе как осмотическом аппарате» еще в 1925 г. Исследованием данной проблемы занимались и его ученики, что позволило Д.А. Сабинину создать научную школу по вопросу поглощения, переработки и передвижения веществ корневой системой. В дальнейшем концепция ученого значительно расширилась с выходом на решения ряда практических вопросов.
Основным направлением научных работ Д.А. Сабинина явилось глубокое изучение физиологии корневой системы, ее проницаемость и способность поглощать, выделять и перерабатывать минеральные вещества и некоторые органические соединения.
Д.А. Сабинин считал очень существенным исследовать наряду с поглощением выделение живыми клетками веществ в окружающую среду. Одновременно он предположил, что корневая система является не только органом поглощения, но и синтеза и превращения веществ. По существу, эти работы стали началом нового направления в изучении минерального питания растений, утвердившего представление о синтетической способности корневой системы. В дальнейшем это направление получило развитие в работах многих лабораторий.
О роли живых компонентов клетки в поглощении, связывании и превращении веществ свидетельствуют исследования взаимосвязи поглощения веществ и дыхания растения. Ученики Д.А. Сабинина подтвердили его мнение о большом значении связывания минеральных веществ компонентами плазмы. Дальнейшими исследованиями была вскрыта связь первой ступени поглощения веществ с процессом адсорбции катионов и анионов, с последующим их связыванием и превращением в протопласте клетки. Передвигаясь по живым клеткам коры, вещества затем могут выделиться в сосуды ксилемы.
Д.А. Сабинин совместно с И.И. Колосовым разработал методы определения объема, а также общей и активной поглощающих поверхностей корневых систем, которые были широко использованы в экспедициях, проводимых Институтом физиологии растений.
Большое значение Д.А. Сабинин придавал диагностике минерального питания растений с целью корректировки техники внесения удобрений для получения большей урожайности сельскохозяйственных культур и лучшего качества продукции. Им была опубликована большая обзорная методическая статья «Принципы и методика изучения минерального состава пасоки» (1929).
Как отмечает П.А. Генкель (1980), хотя метод диагностики, предложенный Д.А. Сабининым и не получил широкого использования, но хорошо послужил для более глубокого изучения минерального питания.
Ученики и его последователи продолжали развивать созданное им направление; особенно обстоятельные и многочисленные исследования в этом направлении выполнены Н.Г. Потаповым с сотрудниками. При этом исследования проводились в разных аспектах: установление корреляции между мощностью корневой системы и количеством пасоки; использование анализа пасоки для определения степени обеспеченности растений и соотношения биогенных элементов в питательном растворе; концентрация фосфора в пасоке и отзывчивость растений на фосфорные удобрения; оценка приемов внесения удобрений; изучение периодичности питания растений разными веществами и т.д.
Развитие идей Д.А. Сабинина по использованию физиологических методов диагностики питания растений позволило ряду исследователей разработать и предложить на этом принципе полевые агрохимические лаборатории (К.П. Магницкий, В.В. Церлинг,
А.К. Белоусов и др.).
Итоги исследования минерального питания растений были обобщены, проанализированы и опубликованы Д.А. Сабининым в капитальной монографии «Минеральное питание растений» (1940). Как отмечает автор, эта монография представлялась ему «как попытка связать друг с другом действие удобрений на различные стороны жизнедеятельности растений на основе наших современных представлений о взаимосвязи жизненных процессов растений, как попытка биологизировать изучение действия удобрений» (Сабинин, 1971).
Эта монография была удостоена премии им. К.А. Тимирязева, присуждаемой Президиумом АН СССР.
Результаты работ Д.А. Сабинина и Е.Г. Мининой (1928) показали, что одной из причин хорошего усвоения фосфора труднорастворимых соединений растениями люпина, бобов, гречихи и чечевицы является выделение их корневыми системами значительного количества органических кислот в условиях равновесного в отношении растений рН.
В Средней Азии Д.А. Сабинин и Е.Г. Минина (1930) исследовали распределение азотфиксирующих, сапрофитных, целлюлозоразрушающих бактерий по горизонтам почв на участках, занятых люцерной разных лет пользования, хлопчатником, и на целинных почвах, и пришли к заключению, что микробиологический профиль является характерным зональным признаком почв.
В ВИУА под руководством Д.А. Сабинина проводились работы по проблеме симбиоза высших растений и клубеньковых бактерий. Было установлено, что образование и развитие клубеньков неразрывно связаны с развитием и состоянием самого растения-хозяина. Для нормального развития клубеньков и их деятельности требуется постоянный подток ассимилятов из надземных органов растения. Сотрудником ВИУА Н.А. Гусевым, выполнявшим исследования под руководством Д.А. Сабинина, было установлено, что небольшое количество азота на фоне полной дозы РК повышает число клубеньков и урожай семян клевера.
Во время работ в Средней Азии и в ВИУА Дмитрий Анатольевич много внимания уделял изучению физиологических основ внесения удобрений. Исследуя влияние соотношения фосфора и азота в удобрениях на рост и развитие хлопчатника, он установил, что это важный фактор регулирования темпов развития растений и формирования конечного урожая.
Д.А. Сабинин считал, что с помощью местного внесения удобрения и применения азотных подкормок хлопчатника можно значительно повысить действие удобрений. Для этой цели он предлагал сконструировать соответствующие комбинированные сеялки и специальные машины для внесения удобрений.
В ВИУА на основе большого экспериментального материала он развивал новое направление в повышении эффективности удобрений за счет приемов техники их внесения. Дмитрий Анатольевич рекомендовал внесение основного количества удобрений на глубину пахотного слоя, создавая местные очаги фосфорнокислых удобрений и подкормки растений азотом в определенные фазы развития растений (1935 г.).
Используя работы селекционеров по определению элементов, из которых складывается конечная величина урожая растений, он ввел в физиологические и агрохимические исследования понятие структуры урожая (1937 г.) и показал, что варьированием условий минерального питания в разные периоды развития растений можно управлять формированием этой структуры.
Высокую оценку получила его монография «Физиологические основы питания растений», изданная после смерти ученого в 1955 г. Е.В. Бобко в статье, посвященной памяти Д.А. Сабинина, сказал о монографии, что эта книга является лучшим памятником ученому, так много сделавшему для развития науки физиологии растений в нашей стране. Ученик Дмитрия Анатольевича И.И. Колосов отмечал, что исключительно важное значение имеет развитие Д.А. Сабининым положения об активной роли корневой системы не только в поглощении, но и в превращении минеральных веществ в разнообразные жизненно важные органические соединения.
Д.А. Сабинин в своих исследованиях много внимания уделял разработке физиологических основ применения удобрений и регулированию количества и качества урожая. Так, в период работы в Средней Азии он в 1932 г. совместно с Д.В. Харьковым создал первый справочник по удобрению хлопчатника, сыгравший значительную роль в развитии местной агрохимической службы.
Что касается техники внесения удобрений, то он считал важными три момента: сроки внесения удобрений, способы и глубина заделки, размещение удобрений по отношению к семенам и растениям.
По мнению Дмитрия Анатольевича, при оценке действия удобрений важно знать, за счет каких признаков растения (абсолютный вес зерна, увеличения числа зерен в колосе, числа колосьев и т.д.) повысился урожай; это позволяет точнее представить механизм регулирования урожая путем изменения техники внесения удобрений, их формы и т.д.
30 марта 1960 г. состоялось заседание, посвященное памяти Д.А. Сабинина, на котором собравшиеся с большой теплотой и любовью говорили о Дмитрии Анатольевиче и характеризовали его как смелого ученого-новатора, оригинального мыслителя и исследователя, талантливого педагога, как обаятельного душевного человека, каким он навсегда останется в памяти тех, кому выпало счастье учиться у него или работать вместе с ним, каким по праву гордится наша отечественная наука (Жолкевич, 1960).
Контрольные вопросы
1. Метод пасоки, предложенный Д.А. Сабининым и открытие им синтетических функций корневой системы.
2. Значение идей Д.А. Сабинина по использованию физиологических методов диагностики питания растений для развития в агрохимии принципов и методов диагностики оптимизации питания растений, применения удобрений в период вегетации.
3. Работы Д.А. Сабинина по проблеме симбиоза высших растений и клубеньковых бактерий, по технике внесения удобрений и другим проблемам агрохимии.
Вклад П.С. Коссовича в решение вопросов питания растений азотом, фосфором фосфоритов, клевероутомления и др. Его роль во внедрении вегетационного опыта в исследовательские работы по агрохимии в России
Петр Самсонович Коссович (1862 - 1915 гг.) родился в Горках Могилевской области. В Москву его родители переехали в 1865 г. П.С. Коссович рос и воспитывался в агрономической среде.
В 1883 г. он поступил на Естественное отделение физико- математического факультета Московского университета, который и окончил в 1887 г. со званием кандидата естественных наук. В том же 1887 г. Петр Самсонович поступил в Петровскую сельскохозяйственную академию, которую окончил в 1889 г. со степенью кандидата сельского хозяйства. После окончания Петровской академии в 1889 г. он на основании конкурса был оставлен при кафедре земледелия.
В университете П.С. Коссович прошел хорошую школу у
В.В. Морковникова, а в Петровской академии большое влияние на формирование его научных интересов оказал И.А. Стебут.
С 1891 г., после сдачи магистерского экзамена по сельскому хозяйству при Московском университете он был принят в число приват-доцентов для преподавания агрономии и читал курс «Биологические процессы в почве». В 1892 г. он был командирован на два года за границу: в Германию, Голландию, Бельгию и Францию для подготовки к преподавательской деятельности и к специальным занятиям по земледелию. В течение двух лет П.С. Коссович работал в бактериологической лаборатории у Альфреда Коха в Геттингене и у Дюкло в институте Пастера.
Вернувшись в Москву, он защитил магистерскую диссертацию
и, согласно избранию Советом, был назначен доцентом почвоведения в Императорский Лесной институт в Санкт-Петербурге, став преемником П.А. Костычева.
После публичной защиты диссертации на тему: «К вопросу об усвоении растениями свободного азота» Советом Императорского Московского университета в 1895 г. Петр Самсонович был утвержден в степени магистра агрономии. В 1902 г. назначен ординарным профессором в Лесном институте. Он избирался Советом и утверждался директором института в 1905 - 1907 и 1909 - 1911 гг.
За 20 лет пребывания в должности заведующего кафедрой П.С. Коссович проявил себя как выдающийся исследователь, педагог и организатор. Он отличался весьма широким кругом научных интересов. Д.Н. Прянишников, его сокурсник по университету и академии, отмечал, что характерными чертами трудов Петра Самсоновича были: критическое отношение к постановке собственных опытов; стремление к расчленению вопроса; настойчивость в достижении поставленной цели.
Первая научная работа П.С. Коссовича, которую он выполнил в годы пребывания в Петровской академии, была связана с усвоением азота воздуха бобовыми культурами. После того как Гельригель выступил с сообщением (1886 г.) об усвоении бобовыми культурами атмосферного азота с помощью клубеньковых бактерий на корнях растений, появились утверждения Франка и Отто о том, что бобовые растения питаются азотом не через корни, а через листья. В связи с этим К.А. Тимирязев назначил тему на золотую медаль: Через корни или листья поступает свободный азот атмосферы? П.С. Коссович блестяще выполнил исследования по данной теме и за результаты этой работы был удостоен золотой медали. Суть его эксперимента заключалась в следующем - одновременно проводились две серии опытов: в одной из них от воздуха были изолированы надземные части, а в другой - корни растений. В течение всего вегетационного периода приходилось пропускать поток газа (водород + кислород, иногда + углекислота), свободного от азота. В результате длительного и напряженного труда П.С. Коссович убедительно доказал, что азот атмосферы необходимо доставлять корням.
Позднее Петр Самсонович узнал от Гельригеля, что он тоже думал о постановке опыта с током чистого газа (без азота), но отказался от этой идеи из-за технических трудностей.
Научная экспериментальная часть деятельности П.С. Коссовича отличалась постановкой тонких исследований вопросов питания растений, сочетая эти фундаментальные исследования с решением сложных проблем земледелия России.
П.С. Коссович и Д.Н. Прянишников были не только сокурсниками в университете и в Петровской академии, но и единомышленниками в исследовательской работе. Они первыми в России применили вегетационный метод исследований. Благодаря этому методу П.С. Коссович не только изучил процесс усвоения бобовыми культурами с помощью клубеньковых бактерий азота атмосферы, но и ряд других вопросов. Так, в конце 90-х годов он, используя метод стерильных культур с устранением возможности нитрификации, экспериментально доказал возможность использования растениями аммиака без предварительного его превращения в нитраты в процессе нитрификации. Эти данные находились в полном соответствии и являлись блестящим экспериментальным доказательством вывода Д.Н. Прянишникова о возможности непосредственного усвоения растениями аммиака на основании данных по распадению белковых веществ при прорастании семян.
П.С. Коссович одновременно и независимо от Д.Н. Прянишникова изучил условия наилучшего использования растениями фосфора фосфоритов.
В результате проведения длительных исследований процессов выделения корнями растений углекислоты он установил роль растений в усвоении фосфора труднорастворимых фосфатов и показал большое значение в этих процессах свойств почвы, сопутствующих удобрений и самих фосфоритов.
Для России в тот период эти исследования имели исключительно большое значение вследствие отсутствия растворимых форм фосфорных удобрений. Необходимость исследования условий эффективного использования фосфоритной муки возникла также и в связи с тем, что в практических условиях в ее действии отмечались противоречивые данные.
П.С. Коссович внес также существенный вклад в исследование и вскрытие причин клевероутомления почвы. Этого требовала практика земледелия, так как в 90-х годах нередко наблюдалось падение урожаев клевера, а вследствие этого сокращались его посевы. В результате проведения вегетационных опытов с почвой, где отмечалось клевероутомление, а также полевых опытов, он показал, что это негативное явление имело место, прежде всего вследствие недостатка питательных веществ (особенно фосфора и отчасти калия) в почве. Для практики клеверосеяния в борьбе с клевероутомлением было рекомендовано внесение фосфорных минеральных удобрений.
К.А. Тимирязев высоко оценил работу П.С. Коссовича по вопросам клевероутомления почв, назвав ее новой победой вегетационного метода, позволившей открыть верное средство борьбы с клевероутомлением, которое было загадкой для ученых Запада и препятствовало широкому внедрению клевера в России.
П.С. Коссович научно обосновал приемы правильного хранения навоза. Он также определил причины снижения урожаев сельскохозяйственных культур от внесения в почву соломы и свежего неперепревшего навоза.
Его рабочей гипотезой было предположение, что микроорганизмы, разлагающие органические вещества с низким содержанием азота, используют азот не только этих веществ, но и почвы. Это предположение П.С. Коссович доказал в результате проведения серии вегетационных опытов. Прежде всего, он установил, что при внесении соломы в почве происходит снижение содержания минерального азота. Причем при внесении соломы в раздельных посевах овса и вики обнаружено уменьшение только урожая овса. Падения урожая вики не было отмечено, так как она обеспечивала себя азотом за счет фиксации молекулярного азота воздуха. Этим опытом Петр Самсонович доказал, что снижение урожая культур при внесении соломы происходит вследствие обеднения почвы усвояемыми формами азота. Следовательно, он экспериментально разрешил важный для практики земледелия вопрос и стал инициатором поиска путей наилучшего использования соломы в качестве удобрения. Впоследствии на основе исследований П.С. Коссовича был разработан и внедрен прием использования соломы в качестве удобрения под зерновые и пропашные культуры с добавлением азота минеральных удобрений, что обеспечивало оптимальное питание растений азотом в процессе всей вегетации. В этом случае заметно возрастает и эффективность соломы, используемой в качестве удобрения.
П.С. Коссовича можно считать одним из первых почвоведов- химиков, занимавшихся исследованием проблемы питания растений, способности почвы удерживать питательные вещества в связи с применением удобрений и мелиорантов. При изучении факторов почвообразования он считал важным проведение в динамике учета поступления питательных веществ в почву и их выноса. П.С. Коссович первым изучил валовой химический состав черноземов, исследовал круговорот серы и хлора в природе.
Наряду с проведением исследований вопросов питания растений, применения удобрений, генезиса почв он проявил себя как талантливый организатор науки. Интеллигентно-демократическое отношение к коллегам, студентам, обслуживающему персоналу способствовало избранию его в 1905 - 1907 гг. директором Лесного института. Второй раз его избрали на эту должность в 1909 г.,"когда Лесному институту угрожала ликвидация. Коллеги возлагали надежды на его честность, мудрость, непримиримость в борьбе с неправдой, и он оправдал их надежды.
Петр Самсонович первым в России создал в высшем учебном заведении сельскохозяйственную химическую лабораторию с персоналом, свободным от учебных обязанностей, превратив свою кафедру в своеобразную опытную станцию. Сотрудники этой лаборатории опубликовали многочисленные научные работы, которые, по выражению Д.Н. Прянишникова, явились украшением агрономической литературы.
П.С. Коссович создал одну из первых оригинальных и продуктивных научных школ. Среди его выдающихся учеников, создавших собственные направления в науке, можно назвать следующих:
❖ К.К. Гедройц (1872 - 1932 гг.) - академик, почвовед, химик и агрохимик. Он внес значительный вклад в развитие агрохимии, его учение рассмотрено далее в специальном разделе.
❖ Б. Б. Полынов (1877 - 1952 гг.) - академик, окончил Лесной институт, слушал курс почвоведения у П.С. Коссовича, окончил естественное отделение С.-Петербургского университета. Воспринял идеи о круговороте веществ и одним из первых осуществил экспериментальные исследования круговорота веществ между растительностью и почвами в субтропической зоне Грузии. Один из основателей Почвенного института им. В.В. Докучаева.
❖ С.А. Захаров (1878 - 1949 гг.) - профессор. Слушал лекции П.С. Коссовича, будучи сотрудником кафедры почвоведения (а затем заведующим этой кафедрой и сельскохозяйственной лабораторией). Изучал влияние почвенных растворов на почвообразование. Создатель школы почвоведов в Грузии и Ростове-на-Дону.
❖ Н.М. Тулайков (1875 - 1938 гг.) - академик АН СССР и ВАСХНИЛ. Считал себя учеником П.С. Коссовича. Знаток сухой степи.
❖ А.А. Красюк (1885 - 1933 гг.) - профессор, крупный исследователь почв Камчатки, Якутии, севера европейской России.
Идеи и подходы П.С. Коссовича восприняли С.С. Неуструев, И.П. Герасимов, А.П. Левицкий, А.Н. Сабанин, В.Г. Касаткин,
С.В. Зонн и др.
В памятной статье о Петре Самсоновиче С.В. Зонн (1997) отмечает: «Бесспорный талант, одаренность, трудолюбие и скромность украшали всю жизнь и научную деятельность П.С. Коссовича,обогатившего нашу науку многими новшествами. Он был бесспорным приверженцем генетического почвоведения и в то же время
- агрономом, агрохимиком или почвоведом-химиком. Он предвосхитил многие проблемы, разрабатываемые в наше время. Именно поэтому мы сочли своим долгом и обязанностью напомнить о нем как об ученом и человеке, достойном подражания».
Об активной организаторской деятельности Петра Самсоновича свидетельствуют занимаемые им должности: директор Лесного института, заведующий кафедрой почвоведения, руководитель сельскохозяйственной химической лаборатории Департамента земледелия, которая находилась в Лесном институте, заведующий Бюро по земледелию и почвоведению Департамента земледелия. П.С. Коссович организовал издание первого в России научного агрономического журнала - «Журнала опытной агрономии», ставшего настольным для широкого круга читателей - агрономов, почвоведов, ботаников и др. В журнале помещали резюме оригинальных работ на иностранных языках и, благодаря этому, достижения российских ученых становились известными в зарубежных странах.
Прекрасную характеристику П.С. Коссовичу как ученому, организатору и человеку дал Д.Н. Прянишников в некрологе «Памяти П.С. Коссовича». «В Петре Самсоновиче мы потеряли не только настойчивого научного работника, дарившего нам ценные результаты собственных исследований, не только опытного руководителя, прививавшего своим ученикам уменье критически относиться к себе самим, но и деятельного организатора, оставившего после себя готовые рамки для продолжения работы в нескольких направлениях; а сверх того - и человека независимого образа мыслей, не поддававшегося давлению, с какой бы стороны оно не шло; это не часто встречающийся в русской жизни облик, и преждевременная утрата в данном случае особенно горька» (Прянишников, Избр. соч., М.: Изд-во АН СССР. Т. IV. 1955. с. 296 - 297).
Многогранная научная и организаторская деятельность П.С. Коссовича оказала большое влияние на развитие агрохимических исследований в XX столетии.
Высокая оценка Д.Н. Прянишниковым вклада П.С. Коссовича в развитие отечественной агрохимии совершенно справедлива. К сожалению, большой потенциал этого талантливого ученого не был в полной мере реализован. Российская наука потеряла его в расцвете творческих сил. В 1915 г. П.С. Коссовича не стало.
Подводя итоги рассмотрению всех аспектов деятельности и влияния его на развитие агрохимических исследований в России, можно с полным основанием заключить, что выдающийся исследователь и организатор науки П.С. Коссович был не только генератором идей, но и показывал пути их решения. Являясь преемником П.А. Костычева, положившего начало биологическому направлению в агрономической химии, П.С. Коссович продолжал развивать эти исследования, которые отличались разнообразием научных подходов, широтой и масштабностью: пути поступления азота в растения бобовых культур при азотфиксации, причины иммобилизации азота в почве при внесении соломы или свежего неперепревшего навоза, причины клевероутомления, пути повышения эффективности фосфоритной муки и т.д. Будучи прекрасным экспериментатором, методистом и аналитиком, П.С. Коссович много внимания уделял разработке методики вегетационного опыта, методов анализа почв и удобрений. Он считал, что почвообразовательный процесс выражается в четырех явлениях:
1) в скорости и характере выветривания,
2) в перемещении веществ по слоям,
3) в быстроте и характере разложения органического вещества,
4) в накоплении и размещении перегнойных веществ по слоям.
Эти и другие многочисленные направления исследований П.С. Коссовича получили дальнейшее развитие в фундаментальных и прикладных агрохимических экспериментах учеников и последователей этого талантливого ученого.
Контрольные вопросы
1. Работы П.С. Коссовича по изучению усвоения азота атмосферы корнями бобовых растений.
2. Какие теоретические вопросы питания растений решил П.С. Коссович в вегетационных опытах?
3. Исследования П.С. Коссовичем клевероутомления почв.
4. Решение проблемы снижения урожаев сельскохозяйственных культур при внесении в почву соломы и свежего неперепревшего навоза и значение этих исследований П.С. Коссовича в разработке приема использования соломы в качестве удобрения.
5. Заслуги П.С. Коссовича как организатора науки и создателя одной из первых оригинальных и продуктивных научных школ.
Дата добавления: 2020-10-14; просмотров: 720;