|
Агрохимик и биохимик Д.Н. Прянишников |
Смотрите также:
Советский ученый Д.Н. Прянишников, основы химизации ...
Мейен - Из истории растительных династий
Биографии биологов, почвоведов
|
Роль минеральных удобрений в современном земледелии оказалась большая, нежели это думал творец теории минерального питания Либих.
Ои предполагал, что значение этих удобрений состоит в поддержании плодородия почвы на прежней высоте, в страховании от падения урожаев, между тем применение удобрений позволило Европе поднять урожайность с.-х. растений в 2—3 раза против урожаев доброго старого времени. Другие факторы урожайности постепенно отходят на задний план, как уже использованные, тогда как внимание к минеральным удобрениям определенно растет.
Значение минеральных удобрений в современном земледелии хорошо иллюстрируется историей сельского хозяйства Германии. С 1880 г. по 1890 г. урожаи в Германии уже были выше урожаев России—в два раза по ржи. Далее кривая урожаев хлебов (ржи, пшеницы, овса в Германии) плавно поднимается еще более вверх, урожаи картофеля по сухому веществу идут на иной высоте, обнаруживая тот же рост, урожай свекловицы по сухому веществу даже не может уместиться в пределах демонстрируемого графика. В этом непрерывном и планомерном повышении урожаев главную роль играл определенный фактор—минеральные удобрения. Германия добилась цели, поставленной заранее,—чтобы ее население кормилось со своих полей. Это было страхованием на случай войны. Но все же во время войны сказался недостаток концентрированных кормов (немцы ввозили из России жмыхи и ячмень). Во время войны недостаток этих продуктов резко сказался на положении германского скотоводства и даже на составе навоза, ухудшением его.
Кривая потребления минеральных удобрений (суперфосфата, селитры и аммиака) растет вверх параллельно кривой урожаев. Это обстоятельство вызвало интерес к сельскому хозяйству Германии даже в заатлантических странах. Уровень же урожаев в России таков, каким он был в Германии в эпоху Фридриха Великого (третья четверть XVIII века). Подъем урожайности в Германии за последнее время обусловливается применением главным образом минеральных удобрений. Выяснено для Германии, что 50—60% прироста урожая за последнее 25-летие обусловливается влиянием удобрений, 20% влиянием рациональной обработки, остальные 20%—влиянием селекции и других факторов. При этом не учтено отдельно косвенное влияние туков на урожай, как, например, влияние на развитие клевера и др. азотособирателей, что затем сказывается благоприятно на урожаях хлебов.
За войну отмечено резкое понижение урожайных кривых—они упали ниже уровня 1880—90 г.г. (см. рис. 4, стр. 412). Но послевоенные годы дают новый подъем, ясный даже по отдельным годам (1920, 1921).
Война и послевоенные тяжелые годы привели Германию к новым техническим способам добычи минеральных удобрений. Незадолго перед войной добывание связанного азота из воздуха стало технически осуществленным способом и экономическое преимущество в этом отношении получила Норвегия, располагающая большим наличием даровых сил природы (белый уголь). При военном окружении Германии предполагалось, что последняя будет в состоянии выдерживать блокаду только до весны 1915 года, так как, будучи отрезанной от норвежской и чилийской селитры, Германия не в состоянии приготовлять взрывчатые вещества. Однако, состояние химической германской промышленности было таково, что она блестяще справилась с задачей с помощью утилизации азота воздуха и пошла для этого двумя путями.
Первый способ—циан-амидный. Связывание азота в циан-амид в германской технике требует электрической энергии всего лишь 15 кил- лоуатт-часов, т. е. в несколько раз меньше, нежели при норвежском способе, требующем 75 к.-у.-часов. Циан-амид легко образует аммиак под влиянием воды, аммиак окисляется в азотную кислоту (это было нужно для военных целей). В Германии теперь выстроен ряд заводов, добывающих селитру циан-амидным способом. Завод близ Галле, на котором был автор, вырабатывает 150.000 тонн циан-амида; есть такие же заводы в Силезии. Однако, один этот способ не мог удовлетворить требований Германии в азотистых соединениях и явился другой способ связывания азота—путем получения синтетического аммиака. Этот способ основан на реакции прямого соединения азота с водородом. В усовершенствовании его приняли участие известные химики Германии. Оказалось, что если реакцию проводить под большим давлением (до 70 атмосфер), то выход аммиака повышается; тогда пошли еще дальше, применили 200 атмосфер давления, стали чередовать высокие давления и температуру с низкими, и выход повысился до 8%. Были изучены для данной реакции катализаторы в виде металлов урана и осмия, которые, однако, не могли иметь практического значения, вследствие незначительности их наличия. Применением ряда других элементов (молибдена, вольфрама, железа, марганца и др.) удалось получить практически более дешевые катализирующие смеси, нежели предыдущие. Много затруднений было также с аппаратурой, которая быстро изнашивалась под влиянием высокого давления и переменной температуры.
Все эти поиски лучших технических приемов вылились в способ Haber'a и Bosch'a. Для удешевления добывания азота стали утилизировать газы, отходящие при горении угля в топках, поглощая углекислоту водой (при давлении 25 атмосфер). Удешевили также приемы добывания водорода, использовав реакцию С -f- Н20 = СО ~j- Н2 (образование водяного газа), при чем при участии катализаторов реакция идет дальше: СО НгО = СОа -j"- Н8. Потом стали получать сразу смесь водорода, азота и углекислоты, вдувая в горящий уголь смесь паров, воды и воздуха в должном соотношении, при чем углекислота из смеси удаляется поглощением водой, а азот и водород идут на синтез аммиака. Последний способ (способ получения синтетического аммиака) за время войны оставил за собою все другие, так как здесь получающийся аммиак непосредственно обращают в азотную кислоту.
Когда же перешли к производству удобрений, то пришлось связывать аммиак серной кислотой, благодаря чему уравнялись шансы борьбы между синтетическим аммиаком и циан-амидом: оба производства теперь играют видную роль в деле замены (для Германии) чилийской селитры, но дороговизна серной кислоты заставляет прибегать к гипсу: (NH4)2 СО 1 + CaSOi — (NH|)2 SOj + CaCO,. Кроме того, пробовали готовить азотнокислый аммоний, но опасаются возможности взрывов.
Далее начинает обращать на себя внимание новое азотистое удобрение—синтетическая мочевина, для приготовления которой нужен только аммиак и углекислота. Большое содержание азота (до 46° 0) в этом продукте удешевляет транспорт, но затрудняет распределение, что однако легко достигается смешением хотя бы с песком. Уже с 1918 года Германия могла изготовлять слишком 21 2 миллиона тонн разных азотистых удобрений. Ею даже предполагалось дальнейшее увеличение этого производства с целью вывоза, но экономический контроль Антанты, недостаток угля и другие политические осложнения помешали этому начинанию (эти продукты являются одновременно материалом для взрывчатых веществ). Теперь немецкое производство удобрений с трудом удовлетворяет свои внутренние потребности, но все же оно достигает 2,3 миллионов тонн.
Таким образом восстанавливают производительность сельского хозяйства страны с высокой техникой и культурой.
Однако, есть приемы более экстенсивного характера, уместные для стран с отсталой техникой и отсталыми приемами сельско-хозяйственной культуры. К таким приемам относится культура растений—азотособира- телей, накопляющих в почве азот во все время своего развития. Из азото- собирателей наибольшее значение имеет люпин. Известный немецкий хозяин Шульц практически установил значение люпина еще раньше,чем физиологи открыли значение клубеньков на корнях бобовых, путем 30-ти-летней работы в хозяйстве. До недавнего времени в Германии для замены навоза на песчаных почвах преимущественно сеяли люпин; так как в Германии паровых полей почти нет, то обыкновенно его сеяли по жнивью, но в горячее время летних работ по уборке трудно было справляться с посевом этого растения на зеленое удобрение во время войны. Взамен люпина появилась сераделла, которая легко подсевается под рожь и в период жатвы не требует вовсе труда. Сераделла у нас тоже имеет значение, по крайней мере для западных губерний, так как техника возделывания этого растения не сложна, и оно годится не только на зеленое удобрение, но и на корм.
В отношении культуры люпинов и сераделлы интересны работы Новозыбковской опытной станции, наметившие основные приемы техники применительно к условиям Гомельской и смежных губерний. Еще коллективные опыты Черниговского земства (1914) показали, что люпин при нормальном развитии удваивает урожаи ржи на крестьянских землях даже без внесения минеральных удобрений.
Значение люпина велико и разнообразно: он заменяет навоз, использует более совершенно богатство не только почвы, но и подпочвы, благодаря своим мощным корням, обладающим сильной растворяющей способностью.
Кроме того, при люпиновом удобрении устраняется возка навоза, что является весьма существенным в организации хозяйства. Для черноземных губерний люпин не может иметь большого значения, так как их почва имеет и без того большие запасы азота, но в губерниях Черниговской, Минской, Смоленской и Брянской люпин и сераделла должны сыграть значительную роль. Для севера России удобрение люпином требует привозных семян. Южная часть Московской области (Рязанская и Тульская губ.) могла бы являться производительницей семяч люпина для смежных с севера губерний. Возможно также, что селекция даст нам сорта рано созревающего люпина, уместного на культуру семян и на севере. Как технический прием, ускоряющий созревание, Новозыб- ковская станция рекомендует подкашивание созревающего люпина. Ново- зыбковская станция и связанные с ней совхозы производят уже семена люпина для распространения его культуры, и в 1922 г. там собрано 15—20.000 пудов люпина для продажи. На севере можно вести с своими семенами культуру только многолетнего люпина, но вне севооборота, при скашивании и перевозке массы на паровое поле, он может дать 2 укоса, и с ним следует поставить опыты не только удобрения, но и кормления овец, так как он менее горек, чем желтый люпин.
Другим важным для нас источником азота является торф. Удобнее всего употреблять его в качестве подстилки, подкладывая его под соломенную подстилку. Торф не только хорошо поглощает жижу и газообразные продукты (аммиак), но и сам содержит больше азота, чем солома (в 2—4 раза), при ,чем этот азот получается не с полей, а с болот и, таким образом, этот прием обогащает почву новыми дозами азота, вносимыми в хозяйство со стороны.
Наши опыты показали, что азот торфа, даже мохового, вовсе не так мало доступен, как обычно думают, но, конечно, торф быстрее разлагается при условии заражения его экскрементами. Пример Холмогорского и Шенкурского уездов показывает, насколько крестьяне могут приспособляться к рациональному употреблению торфа в качестве удобрения—они набивают на зиму скотные дворы торфом на 1 аршин толщиной, сверху стелют солому. Масса перегнившего торфа, смешанная с навозом, вывозится ими под рожь и особенно под ячмень. Знакомо им и компостирование с введением золы, извести и экскрементов. Сведения о значении торфа и приемах его употребления должны быть позаимствованы нами с севера.
Как источник азота мы, конечно, должны учитывать и клевер, но культура его удается не всюду (особенна на бедных почвах) и в этих случаях клевер должен быть заменен или дополнен торфом.
Нами намечается такой путь приготовления полного удобрения с помощью торфа: половина торфяной массы смешивается с фосфоритом для разложения последнего (кислое компостирование), половина смешивается с золой и известью для растворения азотистых веществ торфа (щелочное компостирование по типу Энгельгардта и Ильенкова). Через некоторое время оба компоста смешиваются, заражаются бактериями (жижа, экскременты и пр.), тогда начинается „биологическое компостирование". В итоге должно получиться полное удобрение значительной энергии, действительно заменяющее навоз, а в некоторых отношениях стоящее выше навоза.
Остановимся далее на фосфатном вопросе, играющем очень важную роль на Западе, стоящем остро и у нас. Своеобразно, что интересы наши и немецкие в этом вопросе сейчас обнаруживают возможность, согласования.
Германия до войны была крупной производительницей и потребительницей суперфосфата, при чем ее заводы работали на привозных фосфоритах (за отсутствием у себя достаточных запасов фосфорита); война отрезала Германию от источников фосфора, да и после войны она не имеет к ним доступа, так как главнейшие залежи находятся в руках держав Антанты (Алжир, Тунис, Флорида, Канада, Тихоокеанские острова); помимо невозможности платить за фосфаты золотой валютой есть опасность, что Германия может встречаться и с политическими факторами, которые помешают ей приобретать фосфаты даже в случае улучшения курса марки; словом, в Германии наступил фосфатный голод, и есть опасность затяжки этого кризиса.
Отсюда—перелом в направлении мыслей некоторых представителей агрономической мысли в Германии, вступающих отчасти на путь, хорошо знакомый в России, отчасти идущих и еще дальше. Так, до войны Германия не интересовалась деталями вопроса об особенностях растений и почв, о влиянии сопутствующих удобрений, „заменяя недостаток знания в этих отношениях избытком вносимых удобрений" (выражение Лем- мермана); теперь интерес к вопросу об использовании имеющегося в почве запаса фосфорной кислоты обострился, и опытные станции Германии работают в значительной степени на темы, занимавшие русских исследователей в период 20—25 лет тому назад.
Этому, в частности, способствовало следующее обстоятельство: в Ревеле над эстляндским фосфоритом были повторены М. К. Врангель наши опыты по влиянию солей аммония и особенностей растений на использование фосфорита, давшие ту же картину, как и полученная нами; при переселении после войны М. К. Врангель в Германию, она стала продолжать свои работы в Гогенгейме и печатать их по-немецки подробнее, чем это было сделано нами 20 лет тому назад; а главное, теперь эти вопросы нашли благодарную почву при экономических условиях современной Германии. Однако, из работ М. К. Врангель немецкими экономистами сделаны были преувеличенные выводы; (см. выше стр. 393—394) так, проф. АегоЬоё весной 1922 года издал брошюру: „Dungerwirtschaft ohne auslandische Phosphate", в которой предлагает удобрять под хлеба исключительно солями аммония, в качестве растворителей фосфорной кислоты почвы, думая, что имеющегося в ней запаса хватит на большое число лет; а чтобы усилить растворяющую способность корней бобовых (неправильно приписывая свойства люпина всем бобовым) АегоЬоё доходит до предложения удобрять даже бобовые азотистыми туками, так как Германия теперь ими располагает в достаточном количестве. Брошюра АегоЬоё имела успех в широких кругах и вызвала ряд возражений: весной в одном из заседаний, происходивших в Берлине, Леммерман заявил, что в работах Врангеля нет ничего нового, ибо об этом специалисты узнали 20 лет тому назад из работ русских авторов Прянишникова и Коссовича, но что эти авторы не делали тех выводов, которые делал АегоЬоё и к которым нельзя присоединиться, так как удобрение азотом бобовых нерентабельно, а постоянное применение солей аммония вызывает удаление извести из почвы, ведет к кислой реакции и тогда—к вымыванию фосфорной кислоты из почвы. Под влиянием этой полемики опытные станции Германии занялись вопросом о растворяющей способности корней различных растений и роли солей аммония. При посещении опытных станций в Галле, Бернбурге, Дармштадте и Гогенгейме я находил опыты на знакомые мне темы, при чем иногда мог обнаружить причины разногласий в данных отдельных авторов (напр., Mitscherlich отрицает различие в растворяющей способности корней разных растений, но он употребляет в качестве источника азота NH4 NOs, не учитывая растворяющего влияния этой соли, констатированного нами 23 года тому назад). Как характерный симптом, связанный с фосфатным голодом, можно также отметить работы Леммер- мана, интересующегося найти в кремневой кислоте некоторый суррогат недостающего фосфора. Более реальным и нас более касающимся является интерес, возникающий в Германии к русским залежам фосфоритов.
Исследования экспедиции проф. Самойлова обнаружили гораздо более богатые местонахождения фосфоритов (по реке Каме), чем это ожидалось, но эксплоатация их возможна лишь в крупном масштабе (требуется устройство железной дороги на 200 версг или регулирование русла Камы); Данная работа под силу, напр., крупной иностранной концессии, и немцы с этой именно стороны интересуются русскими фосфоритными богатствами (при условии возможности доставки их водой через Петроград в Германию). Местонахождения фосфоритов в других районах (Смоленская, Брянская, Курская, Рязанская губ.) имеет другое, местное значение, в целях переработки этих фосфоритов на фосфоритную муку. Район возможного применения фосфорнокислых удобрений у нас, в России, очень велик, почвы почти всей России (кроме юго-востока) нуждаются в фосфоре. Так, Харьковская станция показала, что действие навоза на черноземе сводится к действию фосфора, а потому суперфосфат в этих случаях заменяет навоз. Но степень реализации этого вопроса будет стоять в связи с ценами на хлеб и на фосфаты. Суперфосфат рентабелен пока преимущественно при культуре свеклы, производство его ведется в ничтожных размерах, и пока нет надежды, чтобы наша промышленность справилась с задачею снабжения населения суперфосфатом в государственном масштабе. Поэтому приходится главное внимание уделять применению фосфоритной муки на тех почвах, на которых она способна оказывать значительное действие на урожай. Последние опытные данные показывают, что гораздо большее число почв реагируют на фосфорит, чем думали раньше. Не только на оподзоленных пустошах севера фосфориты дают 40 пуд. прироста в урожае ржи, с добавочным влиянием на последующие растения (Энгельгардтовская опытная станция), но те же 40 пуд. прироста получены Лебедянцевым от применения 40 пуд. фосфорита на десятину на Шатиловской опытной станции и на Елецком опытном поле. Нужно отметить только, что необходимо детальное изучение почвенной географии и совместная работа почвоведов и опытников для выяснения всех районов возможного применения фосфоритов (однако для выщелоченных черноземов Тульской и смежных губерний Лебедянцевым теперь уже намечен район, способный поглотить 100 миллионов пудов фосфоритной муки в год, конечно, при условии дешевой доставки ее населению, напр., 1 пуд хлеба за 4 пуда Кинешемского фосфорита, для Смоленского—соответственно дешевле).
Фосфатный вопрос является из всех вопросов удобрения для нас самым важным вопросом. Здесь земледелие наиболее нуждается в содействии со стороны правительства, как в смысле создания хорошо оборудованных рудников в районах лучших месторождений в целях снабжения сырьем суперфосфатных заводов, так и в смысле развития сети полукустарных установок для добычи и размола фосфоритов на муку, в целях ее непосредственного применения в подходящих районах. Условием должна быть организация складов и кредита на приобретение фосфоритной муки, во избежание той массы непродуктивных дней времени и труда, которые теряются отдельными крестьянами на поездку за 100 верст, при неизвестной заранее цене и отсутствии всякой гарантии от напрасных расходов по проездам, если достать фосфорита не удастся
Положение с калийными удобрениями до мировой войны обстояло так: Германия являлась монополисткой и диктовала цены на эти материалы; она заставляла при вывозе платить более высокие цены, чем при внутреннем употреблении, и таким образом субсидировала немецких сельских хозяев за счет иностранцев. Теперь монопольная роль Германии кончилась. Франция ведет добычу калия в Эльзасе; один из французских политических деятелей сказал, что не столь важно возвращение Франции Эльзаса и Лотарингии в их прежнем значении, как приобретение калийных залежей Эльзаса и железных руд Лотарингии. Германия, конечно, располагает громадным запасом калия и, вероятно, сделает попытки установить мену своего калия на наши фосфориты, что, однако, не может явиться для нас особенно выгодной операцией. Большинство наших почв еще не нуждается в калии, он нужен лишь местами (торфяные, песчаные почвы, подзолы), кроме того, у нас есть неиспользованный еще источник калия в виде золы. В Европейской России получается около 100 милл, пудов золы в год, при этом зола подсолнечника по содержанию калия много превосходит каинит и карналлит, и кроме того, содержит кальций и фосфор. Березовая зола по калию отвечает карналлиту, а отзол, получающийся после извлечения щелочи, содержит в себе столько фосфора, что применение 100 пуд. золы даст полное удобрение по фосфору и калию одновременно, а внесение больших доз золы действует на почвы, как известкование. Один недостаток золы это—то, что она, будучи рассеяна в пространстве, не является транспортабельной. Между тем самая высокопроцентная зола (подсолнечника, ржаной соломы) скопляется на юге, а применение ее целесообразно на севере (на оподзоленных почвах). Может быть, брикетирование золы сделает возможной перевозку ее на дальнее расстояние, притом без тары.
Значение извести в деле удобрения привлекает к себе внимание как за границей, так р у нас, но с той разницей, что на Западе не только в лабораториях и на страницах специальных журналов проявляется интерес к внесению извести, но и в сельско-хозяйственной действительности. В связи с вопросом о нормах извести для разных почв обращает на себя внимание то обстоятельство, что на торфяных почвах, наиболее нуждающихся в известковании, в то же время наиболее легко перейти границу полезного действия извести и причинить вред избыточным внесением; одной из причин этого явления оказывается нарушение нормального хода превращения азотистых веществ в почве (образование нитритов, а не нитратов). Точно так же на оподзоленных почвах в наших опытах обнаружилась более низкая граница полезных доз извести, чем на почвах не оподзоленных.
Из физиологических сторон действия кальция отметим, что кроме защитного действия кальция против избытка других оснований обнаруживается, что защитное действие по отношению к кислотам проявляют такие соли кальция, которые заведомо этих кислот нейтрализовать не могут, как, например, CaS04 и СаС12; однако в их присутствии растение способно переносить такие степени кислотности, которые в отсутствии кальция оказываются гибельными. Поэтому можно думать, что при гипсовании клевера может к трем ранее известным сторонам действия гипса присоединяться и эта четвертая.
В заключение позвольте остановить ваше внимание на следующих графиках, изображающих данные Ротамстедской с.-х. опытной станции, где в продолжение почти 80-ти лет ведутся опыты по выяснению сравнительного действия навозного и минеральных удобрений при бессменной культуре пшеницы и ячменя. Начнем с данных для ячменя, который сеется из года в год по участкам, удобряемым навозом, разным сочетанием минеральных удобрений и без удобрения (см. рис- 7 на стр. 417). Неудобряемые участки дают картину постепенного падения урожаев, доходящих до уровня наших русских 30—35 пудовых урожаев. При полном минеральном удобрении урожаи идут на уровне около 150 пудов, но навоз дает еще более высокие урожаи, что можно об'яснить большим количеством вносимого с ним азота (10—12 пудов), тогда как при полном минеральном удобрении в этом ряде опытов дается только три пуда азота (в 20-тн пудах селитры). Что это именно так, и что в данном случае органическое вещество навоза не играет никакой роли, видно из опыта с пшеницей, где давалось ежегодно по 9 пудов азота в виде сернокислого аммония и где урожаи в течение 40 лет бессменной культуры не только не отставали от урожаев по навозу, но шли даже несколько выше их (см. рис. 8 на стр. 418). Итак, не всегда органическое вещество навоза играет роль—Ротамстедская почва, очевидно, не нуждается в его внесении (или довольствуется корневыми остатками от урожаев пшеницы). Точно так же органическое вещество навоза не играет никакой роли в опытах Харьковской станции, где суперфосфат заменяет навоз, и играет второстепенную роль в опытах Шатиловской и Энгельгардтовской станции в тех случаях, в которых урожаи по фосфориту приближаются к урожаю по навозному удобрению (см. рис. 9, 10 и 11 на стр. 418—419).
А для тех случаев, когда органическое вещество навоза важно для придания почве должных физических свойств, нельзя заключать, что азот и фосфор навоза неважны—одно не исключает другого.
Это видно уже из того обстоятельства, что на тех же самых почвах, на которых селитра не действовала под озимую рожь, благодаря заплыванию почвы за зиму, она хорошо действовала на овес и особенно на картофель, где заплыва- ние устраняется весенней вспашкой и последующим рыхлением. Кроме того, неправильное представление об отсутствии эффекта от селитры на наших почвах нередко возникает от неверной дозировки. Почему-то у нас наклонны сравнивать действие одного пуда азота (в 6 пудах селитры) с действием 12 пудов азота (в 2.400 п. навоза). Известно, что из ничего— ничего и не бывает, и из того, что растению нужны воздух и вода, не следует, что ему не нужна пища; а этой пищи навоз содержит в несколько раз больше, чем полное минеральное удобрение, даже вносимое по западно-европейским нормам, а не по нашим гомеопатическим. Поэтому, там, где есть навоз, он является самым дешевым источником питательных веществ; но когда его нехватает, то нужно искать ему замену и для нее такую замену в одних случаях дадут только фосфаты, в других—торф и фосфорит, в третьих—люпин и фосфорит, в четвертых придется искать и источник калия. И только там, где самый навоз еще не нужен (юговосток), там эти вопросы не возникают, в остальной же России навоза нехватает, и потому вопрос о дополняющих и заменяющих его видах удобрений является острым: от его правильного решения зависит поднятие наших урожаев.
|
|
К содержанию книги: Д.Н. Прянишников - избранные статьи и книги по агрономии и агрохимии
|
Последние добавления:
Тюрюканов. Биогеоценология. Биосфера. Почвы
Происхождение и эволюция растений