Краткая история развития агрохимии. Определение. Цели и задачи науки.

Агрономическая химия, или агрохимия, — наука о взаимодействии растений, почвы и удобрений в процессе выращивания сельскохозяйственных культур, о круговороте веществ в земледелии и использовании удобрений для увеличения урожая, улучшения его качества и повышения плодородия почвы.

Главная задача агрохимии — управление круговоротом и балансом химических элементов в системе почва — растение.

Цель агрономической химии — создание наилучших условий питания растений с учетом знания свойств различных видов и форм удобрений, особенностей их взаимодействия с почвой, определение наиболее эффективных форм, способов, сроков применения удобрений.

Времена зарождения земледелия. Примитивные способы земледелия (подсечно-огневой и залежной) – отмечалось быстрое истощение земли.

Римская империя. Прогресс и использование для восстановления и улучшения плодородия почв навоза, сидератов, бобовых культур, применение паров и севооборотов.

Однако все эти приемы базировались знаниях, полученных эмпирическим путем. 

в XVI веке французский стекольщик и гончар Бернар Палисси. предположение, что в растениях присутствуют соли или растворы солей. Доказательство тому – зола, которая образуется после сжигания растений. (Считал что растение питается солью и навозом)Теория распространения не получила.

Почти столетие спустя (XVII) голландский исследователь Ян ван Гельмонт проводил опыты с растениями, надеясь установить источники их питания. Ван Гельмонт считал, что все дело – в воде, а почва служит лишь субстратом для прикрепления растений, не участвуя непосредственно в их питании. Эти выводы стали основой водной теории питания растений.

Усомнился в водной теории английский профессор медицины Джон Вудворт в конце того же XVII века. Его опыты показали, что растения лучше развиваются не просто в чистой воде, а в воде, к которой добавлена земля. Но водную теорию его опыты не поколебали.

Но параллельно шло накопление знаний, не согласующихся с этой теорией. Например, немецкий химик Иоганн Глаубер проводил опыты с селитрой, которые показали, что ее использование для выращивания растений позволяет увеличить урожай. Подобные опыты других ученых приводили к выводам о том, что растениям нужны калийные и фосфорнокислые соли. 

Только в середине XVIII века Вигману и Польсторфу удалось поколебать уверенность сторонников водной теории питания растений. Они использовали для выращивания растений нейтральный субстрат – платиновую проволоку и промытый кислотой кварцевый песок. Воду для полива брали дистиллированную. Растения в этих опытах погибали сразу же после того, как использовали запасы, содержащиеся в семени, из которого были выращены. Таким образом, было доказано, что для питания растений необходима не только вода. 

А что же необходимо еще? На этот вопрос, как казалось, отвечала возникшая тогда же гумусовая теория питания растений.

В конце XVIII в. в Западной Европе была распространена гумусовая теория питания растения, выдвинутая в 1761 г. Шведским химиком Валериусом. И эта теория в будущем окажется опровергнутой. Кроме того, она неправильно объясняла роль минеральных веществ в питании растений, сводя ее лишь к тому, что эти вещества помогают усвоению гумуса. 

Открытие процесса фотосинтеза привело к созданию еще одной теории – воздушно-светового питания растений. Хрестоматийные опыты Джозефа Пристли во второй половине XVIII века, в которых он помещал в герметичный сосуд сначала свечу, потом – животное, а после этого – растение, показали, что растения выделяют кислород.

Коренной поворот во взглядах на питание растений вызвало появление в 1840 г. книги немецкого ученого Ю. Либиха «Химия в приложении к земледелию и физиологии», в которой давалась уничтожающая критика гумусовой теории и была сформулирована теория минерального питания растений.

Показав, что истощение почвы различными элементами питания идет неравномерно, Ю. Либих сформулировал «закон минимума», по которому высота урожая зависит от количества минимального (т. е. наиболее недостающего) фактора. Например, если

при выращивании кукурузы недостает азота или цинка, то сколько бы ни вносили фосфора, калия и других элементов, они не смогут поднять урожай.

Именно Либих доказал, что элементы, которые выделяют из золы растений, эти организмы получают из почвы в виде минеральных солей. Он же предложил использовать минеральные удобрения для того, чтобы внести в почву недостающие минеральные вещества. 

Впрочем, в своих трудах фон Либих не смог показать роль и источник азота в питании растений, что делало минеральную теорию не полной. А дополнил ее французский химик Жан Батист Буссенго в 1830-40-х годах, проведя ряд опытов и сделав выводы о том, что азот растения получают не из воздуха (как предполагал Либих), а из почвы, причем, также из минеральных солей. 

Важным с практической точки зрения является и закон антагонизма ионов, который в XIX веке сформулировал скандинавский ученый Оскар Лев. Согласно ему, отдельные химические элементы, которые находятся в почве или в водном растворе в избытке, препятствуют поглощению растениями других элементов. Отсюда следует, что соотношение элементов в почве должно быть оптимальным. 

Исследования Гельригеля (1886) с бобовыми выявили способность этих культур усваивать молекулярный азот атмосферы с помощью развивающихся на их корнях клубеньковых бактерий. Опытами с выращиванием растений на питательных смесях из

минеральных солей была доказана потребность растений в азоте, фосфоре, калии, кальции, магнии, сере, а в последующем — в отдельных микроэлементах, показаны равноценность и незаменимость каждого из элементов минерального питания для растений.

Параллельно с развитием теории питания растений в сельском хозяйстве начинается применение минеральных удобрений. В середине XIX в. в практику сельскохозяйственного производства вошли два минеральных удобрения: чилийская селитра (Na NO3) и суперфосфат В 1865 г. в Стассфурте стали добывать калийные соли.

В России систематические научные исследования в области питания растений и применения удобрений начинаются с 60—70-х годов XIX столетия. Особенно большое значение имели работы А. Н. Энгельгардта, Д. И. Менделеева, П. А. Костычева, К. А.

Тимирязева.

Климент Аркадьевич Тимирязев (1843 – 1920) своими трудами оказал влияние на развитие не только физиологии растений, но и  всей нашей агрономической науки. Он высоко ценил вклад Либиха в развитие идей рационального земледелия. Его положения о возврате в почву уносимых с урожаем недостающих в ней питательных веществ и о зависимости урожая от питательного вещества, находящегося в минимуме, К.А. Тимирязев считал основным законом. Главные пути повышения продуктивности земледелия он видел в клеверосеянии и применении минеральных удобрений. К.А. Тимирязев придавал большое значение биологическому синтезу азота бобовыми растениями. К.А. Тимирязев считал необходимым шире использовать вегетационный период.

Дмитрий Николаевич Прянишников – основоположник советской агрохимии – обосновал теорию аммиачного и нитратного питания растений и дал исчерпывающие рекомендации по производству и применению аммиачных удобрений. Им выполнены классические работы по теории азотного обмена. Д.Н. Прянишникову принадлежит заслуга глубокого обоснования условий эффективного применения фосфоритов на кислых почвах, положения о возрастающем плодородии почв, об использовании азота атмосферы биологическим путём в сочетании с азотом минеральных удобрений. Д.Н. Прянишников призывал к максимальному использованию местных удобрений – золы как источника калия, кальция и других зольных элементов. Д.Н. Прянишников первым в нашей стране начал готовить кадры агрономов - агрохимиков

К. К. Гедройц(1872—1932) установил виды поглотительной способности почвы, выяснил, что в процессах обмена, происходящих в почве, участвуют гумус, органические остатки почвы, минеральная часть почвы и микроорганизмы. Трудами К. К. Гедройца

установлена потенциальная кислотность почвы, обоснована теоретическая база для применения известкования и гипсования почв.