Фундаментальные исследования К.К. Гедройца по химии почв - теоретические основы применения удобрений и химических мелиорантов

Константин Каэтанович Гедройц (1872 - 1932 гг.) - выдаю­щийся ученый с мировым именем, своими исследованиями в области почвоведения и агрохимии внес существенный вклад в развитие названных наук и решение многих теоретических проблем, имевших прямое отношение к практике применения удобрений и мелиорантов с целью повышения плодородия и продуктивности различных по генезису почв.

В 1894 г. он поступает в Петербургский Лесной институт, где работал в то время известный ученый, выдающийся исследователь в области физиологии растений, агрономии и почвоведения П.С. Кос­сович.

Совместно с П.С. Коссовичем К.К. Гедройц начал свою ис­следовательскую работу разработкой вопросов фосфоритования почв и на протяжении многих лет оставался его ближайшим помощником не только по лабораторным работам, но и по изданию «Журнала опытной агрономии», в котором Константином Каэтановичем было опубликовано свыше 2500 рефератов.

Многие исследовательские работы К.К. Гедройца глубоко корнями уходили в направление работ лаборатории П.С. Коссовича. Это относится к разработке методики вегетационного опыта, фос­форитования и известкования почвы, к установлению потребности клевера в фосфатах, изучению солонцеватости почв. Можно даже сказать, что и основные работы Гедройца о поглотительной способ­ности почв и ее роли в их генезисе были навеяны положением Кос­совича о том, что почвообразовательный процесс характеризуется внутренними, происходящими в почве физико-химическими явле­ниями.

В 1911 г. Гедройц опубликовал статью под заглавием: «На каких почвах действует фосфорит», и в этой статье впервые появля­ется термин «почвы, не насыщенные основаниями». В 1914 г. он изучает скорость обменных реакций, и впервые появляется понятие о поглощенном водороде; в 1917 г. Гедройц вводит понятие о емкости поглощения.

Д.Н. Прянишников писал: «Кем же был в сущности Гедройц? Я считаю его, прежде всего, агрохимиком, попавшим на кафедру почво­ведения и потому занимавшимся преимущественно химией почвы» (Прянишников, 1955, т. IV, с. 303).

Это мнение Д.Н. Прянишникова очень близко к истине, так как с именем К.К. Гедройца неразрывно связаны такие важные мероприятия по повышению плодородия почв, как известкование и фосфоритование дерново-подзолистых почв, гипсование солонцов и солонцеватых почв, промывание солончаков и т.д. Успешное же изучение им почвенных коллоидов и поглотительной способности почв имело большое практическое значение и привлекало внимание многочисленных молодых почвоведов и агрохимиков.

После смерти П.С. Коссовича К.К. Гедройц стал его преемни­ком, он был избран профессором и заведующим кафедрой почво­ведения Лесного института.

Наиболее крупным научным произведением К.К. Г едройца является изданная им в 1922 г. монография «Учение о поглоти­тельной способности почв». Он постоянно совершенствовал отдель­ные разделы этой книги, которая позднее переиздавалась с его дополнениями и изменениями.

К.К. Гедройц разработал многие методы анализа почвы, написал и издал капитальный труд «Химический анализ почвы», ставший настольным пособием для почвоведов и агрохимиков.

Нельзя не отметить совершенствование и широкое использо­вание им вегетационного метода исследований, который только начал входить в практику агрохимических и агропочвенных исследо­ваний в конце XIX века.

В 1931 г. объем вегетационных опытов по программе исследо­ваний К.К. Гедройца достиг 8000 сосудов. Главная тема исследований

- выяснение значения физико-химических свойств и состава обмен­ных катионов почвы на ее плодородие, условия роста и развития растений. Так, он установил, что при отсутствии магния и калия в почве в обменном состоянии растения используют эти элементы питания, находящиеся в необменном состоянии; если же в почве нет обменного кальция - растения гибнут. «На почве, из которой вытес­нены практически полностью обменные магний и калий, растения все-таки в состоянии использовать эти элементы почвы и дают при обеспеченности другими питательными веществами высокие урожаи.

Совершенно иное получается в отношении питания растений каль­цием: если из почвы вытеснить практически весь обменный кальций, заменив его таким катионом, присутствие которого не лишает растения возможности в той или другой степени развиваться, то, как показывают нижеприводимые опыты, без прибавления к такой почве кальциевой соли растение совершенно гибнет» (Гедройц, Избранные сочинения, т. III, 1955, с. 448 - 449).

К.К. Гедройц много внимания уделял соотношению в поглоща­ющем комплексе обменных форм Са и М§, особенно при известкова­нии кислых почв. Он пишет: «...По мере насыщения почвы кальцием и повышения рН создаются, с одной стороны, все лучшие условия в отношении реакции и, с другой стороны, все возрастает отношение Са:М§, доступных корням растений; при том или другом количестве внесенного СаСОз для каждого данного растения создается уже неблагоприятное соотношение между этими элементами, так что, наконец, начинается превалирование над благоприятным действием СаСОз, как нейтрализатора; начинается понижение урожая; этот пункт должен быть различным для различных растений, поскольку различно их отношение к величине рН и величине соотношения Са:М§; все восходящая сначала линия урожаев достигает своего максимума; получаем интервал благоприятного действия углекислого кальция... Дальше идет падение кривой, имеем интервал неблаго­приятного действия СаСОз, вызываемый неблагоприятным повыше­нием отношения Са:М§» (там же, с. 464 - 465).

В другой работе он отмечает, что причиной вредного действия избыточных доз СаСОз на кислых почвах является недостаточное содержание в этих почвах обменного магния, вследствие чего, после внесения в почву СаС0₃, создается в почвенном растворе неблаго­приятное, слишком высокое соотношение Са:М§.

В вегетационных опытах К.К. Г едройц совершенствовал хими­ческие методы определения обеспеченности растений усвояемыми формами фосфора, изучал изменение доступности фосфорной кислоты под влиянием известкования почвы; оценивал фосфориты, костяную муку, томасшлак, применяемые в качестве удобрений, по степени использования растениями содержащейся в них фосфорной кислоты.

Например, на основании исследований влияния известкования на доступность растениям фосфорной кислоты почвы и фосфорно­кислых удобрений, выполненных им еще в 1905 г., К.К. Гедройц приходит к заключению, что углекислый кальций понижает растворя­ющее действие корневых выделений независимо от их характера, а также растворяющее действие самой почвы, обусловленное ее кислой реакцией. Поэтому СаС0₃ понижает доступность фосфорной кислоты кальциевых фосфатов и повышает доступность фосфорной кислоты фосфорнокислого железа и алюминия, а также фосфорно-органи- ческих соединений.

Что касается влияния известкования на доступность растениям фосфорной кислоты фосфорнокислых туков, то Константин Каэта- нович отмечает: «Очевидно, что известкование должно понижать эту доступность, так как в этом случае углекислый кальций в этом направлении действует на все три момента, обусловливающие собой эту доступность: он понижает и растворяющее действие корневых выделений, и растворяющее действие почвы, и, наконец, уменьшает переход из туков фосфорной кислоты в почвенный раствор, так как главными фосфорнокислыми соединениями в этих туках являются кальциевые соли» (там же, с. 20 - 21).

Результаты исследований в вегетационных опытах К.К. Г ед­ройц умело применял для решения многих научных вопросов. Это позволило ему внести существенные дополнения в методику по­становки вегетационных опытов, которая в ту пору не была в достаточной степени разработана.

Например, он изучил значение объема сосуда, массы почвы в нем, плотности набивки почвы в сосуде, степени увлажнения, особенности устройства дренажа, густоты стояния растений и других особенностей этого метода исследований.

Используя вегетационный метод, К.К. Гедройц выполнил ряд важных фундаментальных исследований по взаимодействию между растением и почвенным раствором.

Изучая растворяющую и осаждающую деятельность корней растений еще в 1913 г., он пришел к выводу, что растворяющее действие корней не ограничивается только действием выделяемой ими углекислоты; растения располагают и иными способами воз­действия на труднорастворимые соединения, растворимость которых зависит от состава почвенного раствора. Все, что так или иначе изменяет этот состав, должно влиять и на растворимость. Растение является одним из факторов, изменяющих состав почвенного рас­твора: оно, с одной стороны, вносит в этот раствор своими корневыми выделениями посторонние вещества и, с другой стороны, поглощает из раствора питательные вещества. К.К. Гедройц писал: «Если расте­ние имеет дело с труднорастворимыми соединениями, то, очевидно, чем быстрее растение будет извлекать это соединение из почвенного раствора, тем в одно и то же время больше этого соединения из твердого состояния перейдет в раствор, тем полнее оно будет использовано растением; растения с различной скоростью поглоще­ния, например, фосфорной кислоты из почвенного раствора будут воздействовать на фосфорит, как будто они обладали различной растворяющей способностью» (там же, с. 285).

Наиболее глубокое и полное освещение физико-химических свойств почвы как среды обитания культурных растений изложено К.К. Гедройцем в монографии «Учение о поглотительной способ­ности почвы». Он предложил различать пять видов поглотительной способности почвы: механическую, физическую, физико-химическую или обменную, химическую и биологическую. Основное же внимание он уделил изучению физико-химической поглотительной способ­ности, которая по его определению «...заключается в том, что почва способна обменивать некоторую часть содержащихся в твердой ее фазе катионов на эквивалентное количество катионов, находящихся в соприкасающемся с нею растворе; между катионами твердой фазы почвы и катионами почвенного раствора всегда устанавливается равновесие. Поглощаемый из раствора при этом катион или поглощаемые катионы, если их в растворе несколько, в том или другом количестве исчезают из раствора и становятся в соединения твердой фазы почвы, а вместо них в раствор переходит из твердой фазы почвы эквивалентное количество другого или других катионов. Такой обмен катионов может в зависимости от рода катионов в той или другой степени повлиять на физические и химические свойства почвы, так как те и другие находятся в тесной зависимости от рода катионов, входящих в поглощенное состояние в твердую фазу почвы» (К.К. Гедройц, Избранные сочинения, т. I, 1955, с. 250 — 251).

К.К. Гедройц ввел понятия «поглощенных» или «обменных» оснований, почвенного поглощающего комплекса, емкости поглоще­ния, выдвинул положение о наличии почв, не насыщенных основа­ниями. Это те почвы, которые в составе обменных катионов имеют не только основания, но и ионы водорода, способные к обмену.

В связи с этим К.К. Гедройц разработал практические меро­приятия по повышению плодородия почв путем регулирования состава обменных катионов в почвенном поглощающем комплексе, управления солевым режимом и кислотностью почв, дал теорети­ческое обоснование известкованию и фосфоритованию дерново- подзолистых почв, гипсованию солонцов и солонцеватых почв. Своими исследованиями он ориентировал почвоведов, связанных с изучением плодородия почв, путей его повышения, на решение практических задач земледелия.

Глубокие фундаментальные исследования, выполненные К.К. Гедройцем, результаты которых изложены в монографиях «Уче­ние о почвенной поглотительной способности» (1922 г.) и «Почвен­ный поглощающий комплекс и поглощенные катионы как основа генетической почвенной классификации» (1927 г.) по существу явля­ются фундаментальной основой агрохимии по разделу химии почв.

В 1927 г. Константин Каэтанович был избран членом-кор- респондентом, а в 1929 г. - действительным членом Академии наук СССР. Это - признание научной общественностью страны высоких заслуг К.К. Гедройца в развитии отечественного почвоведения и агрохимии.

На основе учения о поглощающем комплексе почв К.К. Гедройц разработал теорию и практические приемы химической мелиорации почв. Он ясно представлял важность этой проблемы на перспективу. Когда он начинал заниматься вопросами известкования кислых почв (1905 г.), то соответствующие органы правительствен­ной власти не понимали важности этих исследований и практически их не финансировали. Тогда он говорил: «Сейчас речь идет об известковании как факторе поднятия урожайности, т.е. как мере временного улучшения почв». Но поскольку поглощающий комплекс постепенно разрушается, то возникнет мера коренного улучшения почв, а это потребует большего количества извести, чем только поднятие урожайности. Когда этот вопрос станет на очереди дня, то наша страна окажется неподготовленной к проведению необходимых мероприятий в государственном масштабе.

Такое же положение было с солонцами. Когда К.К. Гедройц начал изучать происхождение и свойства солонцов с чисто теорети­ческой стороны (первая работа опубликована в 1912 г.) и разработал методы практического улучшения этих почв, то он также не находил понимания. Считали, что у нас земли много и не скоро наступит время культивирования таких почв.

Эти работы К.К. Гедройца оказали в дальнейшем большое влияние на развитие исследований по химической мелиорации почв, а также широкому практическому использованию этих приемов, особенно известкованию кислых земель пашни в дерново- подзолистой зоне.

Многие его начинания и идеи впоследствии сыграли сущест­венную роль, внесли значительный вклад в развитие отечественной агрохимии. Придавая большое значение почве как материальной основе жизни на земле, он призывал к более глубокому и всесторон­нему ее изучению, причем не только с точки зрения интересов дня и потребностей момента, а гораздо шире. А для этого необходимо «иметь соответствующие научные учреждения по соответствующим отраслям наук и без ограничения научной деятельности их какими- либо искусственными рамками» (там же, с. 239). «Такая роль в отношении науки о почве должна принадлежать Почвенному институту Академии наук», - писал он в 1929 г.

Исследования Константина Каэтановича в области химирт и анализа почв оказали существенное влияние на развитие почво­ведения также и во многих зарубежных странах. В 1924 г. в США было издано на английском языке два тома произведений К.К. Гед­ройца. В 1927 г. в Германии была издана на немецком языке его книга «Химический анализ почвы», в 1930 г. - «Почвенный поглощающий комплекс и поглощенные катионы как основа генетической класси­фикации почв», в 1931 г. - «Учение о поглотительной способности почв». Все это привлекло широкое внимание мировой научной общественности к работам Константина Каэтановича и способство­вало еще большему их распространению.

Его избирают президентом Международного общества почво­ведов, что потребовало от него большой работы по организации второго Международного конгресса почвоведов, который было реше­но провести в 1930 г. в СССР. Слабое здоровье К.К. Гедройца не выдержало напряжения, связанного с большой организационной и административной работой. В апреле 1930 г. он подает просьбу об освобождении его от должности директора Почвенного института и принимает решение покинуть Ленинград (ныне С.-Петербург).

Весной этого же года, по приглашению директора Научного института по удобрениям акад. Э.В. Брицке, К.К. Гедройц переезжает на Долгопрудное опытное поле под Москвой (ныне Долгопрудная агрохимическая опытная станция им. Д.Н. Прянишникова).

В последние годы жизни К.К. Гедройц изучал значение состава поглощенных катионов почвы для развития растений и стремился полнее применить учение о поглотительной способности в практике земледелия. К.К. Гедройц отмечал, что всестороннее изучение по­глотительной способности почв и соотношения между составом обменных катионов почвы и развитием растений открывает путь для ответа на поставленные практикой запросы.

К.К. Гедройц скончался в возрасте 60 лет. Его высокая эруди­ция и исключительная работоспособность обеспечивали возможность появления еще многих выдающихся исследований.

Рассматривая вклад К.К. Гедройца в развитие отечественной агрохимии, необходимо отметить его научную принципиальность, объективность и высокие гражданские позиции при оценке состояния этой отрасли науки в период его творческой научной деятельности. В своей статье «Почвенный поглощающий комплекс, растение, удобрение и мелиорация» он отмечал, что «между практикой сельского хозяйства и теорией в агрономии вообще и в частности в агрохимии (и агрофизике) наблюдается резко выраженный разрыв: теория чрезвычайно сильно отстает от запросов практики». Одной из существенных причин данного явления Константин Каэтанович считал чрезвычайную сложность самого предмета агрохимии, а с другой стороны, недостаточное внимание, уделяемое этой отрасли науки до самого последнего времени. С грустью он отмечал: «Агрохимия в сельскохозяйственных опытных учреждениях остается беспризорной и по представленным ей возможностям занимает далеко не то положение, какое ей надлежало иметь по ее значению в борьбе за урожай. Будем надеяться, что созданный в системе Ленин­ской академии Всесоюзный институт удобрений и агропочвоведения (несмотря на свое название далеко не охватывающий всего предмета агрохимии) заполнит существующий теперь пробел и организует агрохимию на местах, без чего, конечно, развитие этой науки совершенно немыслимо», и далее: «...широкая организация агро­химической работы на основе современных достижений подсобных агрохимии наук с использованием всей новейшей методики может дать, несомненно, колоссальные результаты» (Гедройц, Избранные сочинения, т. III, 1955, с. 516 - 517).

Эти вопросы весьма актуальны и в начале XXI века в связи с большой недооценкой агрохимии в нашей стране, несмотря на масштабные агрохимические исследования во всем цивилизованном мире и внедрении достижений этой науки в практику земледелия.

Контрольные вопросы

1. Для решения каких вопросов плодородия почв и питания растений К.К. Гедройц использовал вегетационный метод?

2. Монография К.К. Гедройца «Учение о поглотительной способности почв» и ее значение в исследованиях поведения удобрений в системе: почва - растение - удобрения.

3. Назовите пять видов поглотительной способности почв и оцените роль каждого из них в поведении удобрений в системе: почва

- удобрение.

4. Оцените значение для агрохимии введенных К.К. Гедройцем терминов: «поглощенные» или «обменные» основания; понятий о почвенном поглощающем комплексе, о почвах, ненасыщенных основаниями.