Роль отечественных и зарубежных ученых в развитии агрохимии. Гедройц Константин Каэтанович

Главным достижением многолетней работы К.К. Гедройца является создание им его замечательного учения о почвенном поглощающем комплексе и связанной с последним поглотительной способности почвы. Это учение сыграло важнейшую роль в развитии теоретических основ почвоведения и агрохимии и в разработке практических приемов применения удобрений на полях.

Отличительная черта всей научной деятельности К.К. Гедройца состоит в исключительной последовательности и систематичности изучаемых вопросов. Если он чувствовал, что данный вопрос не может быть решен, прежде чем не будет изучена другая проблема, то он фиксировал свое внимание на исследовании именно этой проблемы.

Прежде чем использовать данные о поглотительной способности для исследования почв, надлежало проделать громадную работу по критическому анализу и обобщению имеющихся по этому вопросу материалов. Созданию логически выдержанного и экспериментально обоснованного учения о поглотительной способности почв посвящены работы первого периода научной деятельности Константина Каэтановича.

В одной из своих работ К.К. Гедройц пишет: «Когда я начинал свои исследования, в почвенной литературе имелись всего одна-две работы, более или менее тесно соприкасающиеся с вопросами о коллоидальных свойств почв, да и те были преимущественно умозрительного характера, в последнее же время опубликован целый ряд исследований, стремящихся выяснить довольно сложные почвенные вопросы с точки зрения коллоидальной химии, но большинству выводов, делаемых авторами из полученных ими данных, таково, что к ним нельзя ни присоединиться, ни опровергнуть, т.к. исходные пункты их умозаключений не основаны на опыте, а заимствованы из общих положений коллоидальной химии» .

На протяжении четверти века К.К. Гедройц писал рефераты русских и иностранных работ по различным отделам сельскохозяйственных наук и принимал участие в редакции «Журнала опытной агрономии». По самым скромным подсчетам, общее количество его рефератов, напечатанных в этом и других журналах, составляет цифру свыше 2200. Эта журнальная работа, расширив и углубив сведения по различным отраслям почвоведения и агрономии, ввела К.К. Гедройца в круг проблем, стоявших тогда перед наукой, и послужила отличной школой для развития его критической мысли. Это же реферирование привело его к осознанию того значения, которое имеют в почве коллоидальные вещества, так как в те годы как раз началось быстрое развитие коллоидной химии и ее приложение к другим наукам. В результате начинают появляться работы К.К. Гедройца по коллоидам почвы, постепенно вырисовывается основной стержень его дальнейших работ.

Одного изучения и систематизации литературного материала оказалось недостаточно. Чтобы разрешить многочисленные противоречия в опытах и наблюдениях предшествующего периода, необходима была экспериментальная проверка. Прекрасно владея аналитическим методом исследования, К.К. Гедройц своими руками выполнил огромную аналитическую работу. Этот безукоризненно полученный фактический материал позволил ему установить главнейшие закономерности поглощения и обмена оснований, а также поведения почвенных коллоидов, которые он опубликовал в ряде журнальных статей. На такой основе К.К. Гедройц уже мог построить обоснованное учение о поглотительной способности почв. В 1922 г. выходит первым изданием «Учение о поглотительной способности почв».

Под поглотительной способностью почвы в широком смысле понимается ее способность задерживать те или другие вещества, приходящие в соприкосновение с ее твердой фазой через циркулирующие в ней воды. Таким образом могут задерживаться соединения или их части, находящиеся в растворенном состоянии, а также коллоидально распыленные частички минерального и органического вещества, живые микроорганизмы и грубые суспензии. Различаются следующие виды поглотительной способности:

механическая,

физическая (адсорбция),

физико-химическая, или поглотительная способность в узком смысле, или обменная способность,

химическая,

биологическая.

Более всего К.К. Гедройцем развито учение об обменной способности почвы, им введено понятие почвенного поглощающего комплекса (ППК). Под ППК понимается та часть почвы, которая имеет следующие черты:

с химической стороны состоит из нерастворимых в воде солеобразных алюмосиликатных (минеральная часть поглощающего комплекса), органических и органоминеральных (органическая часть поглощающего комплекса) соединений;

с физической стороны ППК представляет совокупность тех почвенных соединений, которые находятся в почве в мелко раздробленном состоянии; эта высокодисперсная твердая часть почвы, по всей вероятности, близко совпадает с коллоидальной частью почвы. В почве обычно эти частицы находятся в виде агрегатов, а не в свободном состоянии.

Все почвы имеют способность обменивать содержащиеся в ППК катионы на любые катионы растворов в эквивалентных количествах. Сумма всех катионов, выраженная в миллиэквивалентах на 100 г почвы, получила название емкости поглощения, а относительная способность катионов к взаимному обмену - энергии поглощения.

Книга «Учение о поглотительной способности почв» произвела при своем появлении исключительное впечатление на специалистов ясностью и глубиной содержания. Попав за границу, она тотчас же была переведена и издана в США для распространения по опытным учреждениям. С этих пор К.К. Гедройц стал широко известен за границей: начинают изучать его прежние работы и он получает приглашение приехать в Америку. Особенно его ждут на Вашингтонский 1-й конгресс почвоведов. Но, вообще, предполагая в будущем осмотреть научные учреждения и почвы Америки, К.К. Гедройц все же уклоняется от участия в Конгрессе, как слишком для него утомительном. Надо отметить, что он вообще лишь один-два раза делал лично доклады о своих работах, во всех остальных случаях посылая их письменно, и не участвуя в самих съездах. Это обстоятельство вызвало даже на одном из съездов замечание, что уж не миф ли этот «невидимый ученый», мнение которого хотелось бы слышать в прениях по докладам.

Мировая почвенная литература не имела подобной обобщающей монографии по поглотительной способности почвы. Поэтому опубликование приведенных в логически-стройную систему сведений о поглотительной способности почв, подкрепленных богатым аналитическим материалом и изложенных под оригинальным углом зрения, представляло крупнейшее событие в научной жизни.

Установив, что почвенные коллоиды представляют собой самую активную, самую ценную часть почвы, К.К. Гедройц показал, что характерной особенностью их является способность поглощать из почвенного раствора различные катионы, а также анионы. Особенно глубоко изучен им процесс поглощения катионов - катионный обмен. В результате проведенных Гедройцем исследований установлено, что поглощенные катионы и анионы, содержащиеся в почвенном растворе, в свободном состоянии находятся в подвижном равновесии, причем состав катионов почвенного раствора является функцией состава поглощенных катионов, так как первых во всякой почве всегда значительно больше, чем вторых.

Поэтому поглощенные катионы играют важнейшую роль в питании растений. «Состав почвенного раствора, в котором живут корни растений и из которого они черпают почти все необходимые для жизни элементы, представляет отображение ППК и состава его обменных катионов», - пишет Константин Каэтанович в своей последней работе - в тезисах к докладу на VI Менделеевском съезде.

Проделанная работа позволила К.К. Гедройцу перейти к следующему этапу своей деятельности - использованию данных о поглотительной способности и поведении почвенных коллоидов для решения генетических вопросов. В этой области К.К. Гедройц выступает как создатель нового, совершенно оригинального направления в развитии докучаевского почвоведения, определившего на долгие годы пути и методы, по которым затем следовали многочисленные исследователи в различных странах мира. В основу своих исследований о генезисе почв К.К. Гедройц кладет содержание и состав обменных катионов и свойства носителя поглотительной способности - ППК. Он разделил все почвы на насыщенные и ненасыщенные основаниями; к первым отнес те, в которых преобладают обменные кальций, магний, натрий (черноземы, каштановые почвы, солонцы); ко вторым - почвы с наличием обменного водорода и алюминия (подзолистые почвы, латериты). К.К. Гедройц выделил четыре главных почвенных типа: латеритный, подзолистый, черноземный и солонцовый .

Еще в 1912 г. К.К. Гедройцем была предложена теория образования в почве соды за счет обменного натрия и углекислоты почвенного раствора. Изучение этой реакции открыло путь к установлению генетической связи и раскрытию сущности образования почв ряда солончак - солонец - солодь. После этих работ термины солончак, солонец, солодь получили вполне отчетливое и определенное содержание.

Количественный метод определения соды в солонцах описан К.К. Гедройцем в 1912 г. Методика же определения обменного натрия в почве и универсальный метод определения емкости обмена предложены в 1926 г.

Опыты по образованию соды в почвах и логическая последовательность выводов относительно солонцового ряда почвообразования не были в то время поняты и использованы для разработки методики и изучения существа данного вопроса, хотя эти исследования по своей определенности и принципиальной ясности значительно превосходили все, что было сделано по изучению солонцов до этого времени.

Так, Гильгард в «Журнале опытной агрономии (1904) писал: «Главный же источник соды, я думаю, состоит в обменной реакции между углекислой известью и сернокислым натром при участии CO2». Между тем в это же время в некоторых работах указывается на успешное применение гипсования и дренажа при мелиорации черных солонцов в США и Египте.

В реферате П.С. Коссовича (1912) работы P. Treitz «Солонцы Великой Венгерской равнины» говорится, что соли солонцов - болотного происхождения, и в заключение написано: «Таким образом, углекислые щелочи образуются при взаимодействии углекислого кальция с гумусовокислыми и хлористыми щелочами».

Поэтому Константин Каэтанович (1917) по своей скромности вынужден был заявить» «Несмотря на то, что полученные мною результаты не только не противоречили, но в сущности непосредственно вытекали из правильного представления процессов поглощения и обмена в почвах, эти результаты не были приняты во внимание никем из тех, кто после опубликования моей статьи писал об улучшении солончаков».

Другая серия генетических работ К.К. Гедройца направлена на изучение подзолообразовательного процесса. Главную причину оподзоливания и деградации К.К. Гедройц видит в замене обменных оснований на водород, вследствие чего ППК теряет устойчивость и разрушается. Таким образов в основе оподзоливания также лежит изменение состава обменных катионов и как следствие - новые свойства ППК.

Завершением работ в этом направлении было опубликование монографии «ППК и почвенные поглощенные катионы как основы почвенной классификации», вышедшей первым изданием в 1926 г., а вторым расширенным - в 1927 г. В этой монографии К.К. Гедройц наиболее полно излагает свою теорию почвообразования и дает общие принципы построения новой классификации почв на основе различий в составе ППК и обменных катионов. Так, Гедройц первым обратился к созданию субстантивно-генетической классификации почв, основанной на внутренних свойствах самой почвы, а не на внешних факторах.

Третью группу работ К.К. Гедройца составляют исследования, связанные с выяснением значения ППК и состава обменных катионов в создании почвенного плодородия. Мелиорация засоленных и солонцеватых почв, известкование кислых почв, применение различных форм удобрения и другие вопросы химизации земледелия получили в результате этих работ прочное научное обоснование. К.К. Гедройц выступил с практическими предложениями методов борьбы с солончаками и солонцами еще до Октябрьской революции (Статьи 1916г.: Поглотительная способность почв и почвенные цеолитные основания и 1917 г. Засоленные почвы и их улучшение (Журнал опытной агрономии)).

Уже в первый период научной деятельности К.К. Гедройца с достаточной отчетливостью выступает его стремление использовать новые данные по изучению почвенных коллоидов для решения практических задач земледелия. В результате изучения состава поглощенных катионов К.К. Гедройц пришел к выводу, имеющему важнейшее значение для научного обоснования известкования почвы. Согласно этому выводу, кальций играет главную роль среди обменных катионов в ППК, так как от степени насыщенности последнего кальцием зависят в основном важнейшие агрономические свойства почвы. Кальций способствует улучшению водного, воздушного, микробиологического и санитарного режима почвы. Кроме того, под влиянием кальция ППК становится более устойчивым и менее поддается разрушительному действию почвенной воды. «Кальций занимает совершенно особое место на земном шаре по своему влиянию на растительность (по-видимому, и на микрофлору). Это единственный металл, при полном насыщении которым емкости обмена в почве получаются благоприятные условия для развития растений. К кальцию в этом отношении примыкает очень сходный с ним химически стронций; на почвах же, полностью насыщенных одним из 14 (Mg, H, Na, NH4, K, Sr, Cd, Ba, Mn, Co, Ni, Cu, Al, Fe) катионов, растения или совершенно гибнут, или развиваются заметно слабее, чем на почве, насыщенной одним лишь кальцием. Все свойства почв: и физические, и химические, и биологические, - находятся в теснейшей зависимости от того, какие обменные катионы содержит ее поглощающий комплекс, каков коэффициент насыщения каждого из этих катионов и какова вся емкость обмена почвы. Водный, воздушный, питательный и санитарный режимы почвы, играющие существенную роль в жизни растения, находятся в непосредственной зависимости от величины почвенного поглощающего комплекса и состава его обменных оснований катионов» (Тезисы к докладу на IV Менделеевском съезде).

Однако, несмотря на важнейшее значение кальция в жизни почвы и культурных растений, Гедройц не соглашался с мнением ряда ученых, считавших, что кальций нужно вносить в почву в таких количествах, чтобы он полностью вытеснял все другие катионы из почвенного поглощающего комплекса. Результаты его исследований показали, что при полном насыщении емкости поглощения только кальцием хотя и создаются наиболее благоприятная реакция среды, но при этом переходят в малоподвижное состояние те вещества, из которых мобилизуются питательные для растений элементы.

Поэтому необходимо, чтобы в ППК наряду с кальцием, который должен там занимать господствующее положение, были также в некотором количестве и другие обменные катионы - магний, водород, аммоний, калий, натрий. «Но почва, насыщенная одним лишь кальцием далеко не дает еще максимального урожая даже при избытке питательных веществ. Урожаи могут быть значительно повышены введением в ППК ряда других катионов и изменением отношения между количествами существующих уже в почве обменных катионов. При слишком высоком содержании кальция в ППК по сравнению с другими обменными катионами создается слишком высокая концентрация ионов кальция и устанавливается неблагоприятное соотношение ионов в почвенном растворе» (Тезисы к докладу на IV Менделеевском съезде).

В результате своих исследований К.К. Гедройц приходит к выводу, что особенное значение для роста и развития растений имеет соотношение между поглощенными кальцием и магнием. Он считает, что слишком широкое отношение кальция к магнию в ППК является причиной отрицательного действия известкования ненасыщенных основаниями почв.

Основываясь на результатах своих исследований, Гедройц считал, что часть наших, содержащих магний известковых пород может быть использована для известкования почв и что на кислых почвах путем применения магнийсодержащих известковых удобрений можно избежать отрицательного действия извести.

Данные опыта, проведенного с пятью растениями - льном, клевером, овсом, горчицей, гречихой, - позволили Гедройцу сделать важный вывод о том, что содержание наряду с кальцием магния в поглощенном состоянии имеет неодинаковое значение для всех растений.

Гедройц придавал особенно большое значение дальнейшему развитию исследований по вопросу о соотношениях между поглощенными кальцием и магнием. Однако преждевременная смерть помешала ему осуществить эти исследования. Раздел работ по изучению строения и образованию почвенной структуры и влияния состава обменных катионов на рост растений получил обобщение в вышедшей уже после смерти К.К. Гедройца книге «ППК, растения и удобрения».

После многолетней лабораторной работы и многочисленных вегетационных опытов по применению фосфатов, К.К. Гедройц дает заключение, не лишенное глубокого смысла, сохранившее свое значение до настоящего времени. Вот что он писал тогда: «Итак, трехлетние опыты Сельскохозяйственной лаборатории приводят, по моему мнению, к выводу, что определение фосфорной кислоты, растворимой как в 2 % лимонной кислоте, так и в 2% уксусной кислоте, не может дать ответа на запросы практики относительно потребности почв в фосфорнокислом удобрении и что эти методы не могут поэтому претендовать на название методов определения плодородия почв, по крайней мере, ко всем почвам.

Метод определения плодородия почвы должен быть в состоянии ответить на основании полученной цифры - определенно: нужно ли удобрять почву или нет, и если нужно, то хоть приблизительно насколько, если же на основании анализа можно только в лучшем случае сказать, что почва, по всей вероятности, нуждается или не нуждается в удобрении, то это, по моему мнению, решительно все равно, что ничего не сказать, т.к. опять-таки для окончательного решения вопроса придется прибегнуть к полевому опыту. Такую же неудачу можно предсказать с большой вероятностью и всякой другой попытке подыскать соответствующий растворитель. Чтобы продвинуться в разрешении этого вопроса вперед, необходимо, прежде всего, более детальное изучение потребности растений в различные периоды жизни в питательных веществах, исследование форм фосфорнокислых соединений почвы, а также изучение динамики плодородия, т.е. деятельности почвы, влияния ее свойств и условий погоды, обработки и т.д. на перевод почвой питательных веществ из состояния неусвояемого в доступное для растений; изучение одной лишь статики плодородия (т.е. количества легкорастворимых и даже, если бы найден был такой метод, количества усвояемых в данный момент питательных веществ в почве) - очень мало поможет решению вопроса».

Правильная и в основном исчерпывающая характеристика почв, ненасыщенных основаниями, дана К.К. Гедройцем еще в 1911 г. в работе: «На каких почвах действует фосфорит. Почвы насыщенные и ненасыщенные основаниями», где он писал: «Основным признаком ненасыщенности почв надо считать способность таких почв освобождать из нейтральных солей кислоты», и далее: «мы думаем, что ненасыщенность основаниями и есть тот общий признак, присутствие которого необходимо, а при известной степени ненасыщенности и достаточно, для того, чтобы почва, при недостатке в ней фосфорной кислоты, реагировала на фосфорит».

К.К. Гедройц вооружил исследователей почв многими новыми методами анализа. В лабораториях всего мира нашли применение методы, разработанные Константином Каэтановичем. В основе методов подготовки почв к гранулометрическому анализу лежат исследования К.К. Гедройца о пептизирующем действии обменного натрия. Константин Каэтанович составляет и в 1909 г. публикует описание методов исследования почв, принятых в лаборатории Министерства земледелия. Его «Химический анализ почв» с того времени служит настольной книгой любого почвоведа и агрохимика. Методы, разработанные К.К. Гедройцем:

разработаны общие приемы анализа водных вытяжек

описан метод количественного определения обменных Ca, Mg, K

метод количественного определения обменного водорода

метод количественного определения натрия

универсальный метод определения общей емкости поглощения

метод выделения гуматной части поглощающего комплекса и метод ультрамеханического анализа почвы

метод 5% КОН вытяжки (установлено количественное выражение процесса осолодения) .

И, наконец, не меньшая заслуга К.К. Гедройца состоит в систематизации и критическом изложении существующих методов анализа в почвенной химии. Заслуга К.К. Гедройца в том, что он первый тщательно исследовал и объяснил методы определения тех свойств почвы, которые являются решающими для ее плодородия, а именно - содержание в ней неорганических и органических коллоидов, с которыми в первую очередь связана способность почвы удерживать воду и питательные элементы посредством абсорбции (способность обмена ионов), а также в том, что он одновременно с этим дал практические указания для мелиорации.