Игорь Крупеников - Вильямс

И когда неумелая обработка распылит строение почвы, когда запаса воды в ней нехватает даже для обеспечения самого малого урожая, когда жизнь в ней замрет, не находя необходимых для себя условий, не вносим ли мы в нее органическое вещество — навоз?..

…мы вносим навоз только для того, чтобы вновь оживить в мертвой почве те биологические процессы, которые угасли вследствие несовершенной, не отвечающей цели обработки, и без которых в ней замирает всякое движение вещества».

Уже в начале нашего века у Вильямса сложилось достаточно цельное представление о биологии почвы, о связи высших растений с низшими — бактериями разных типов и грибами. Он понимал, что каждому типу почв присуща своя особая группировка и высших и низших растений и свой тип перегноя. В составе почвенного перегноя Вильямс особенно большое значение придавал органическим кислотам, а они были изучены совершенно недостаточно. Об этом Вильямс писал в 1900 году:

«Область эта настолько темна и неисследованна и дороги, которые пытались наметить в ней предыдущие работники, настолько перепутаны, что требуется жизнь не одного ученого, а работа целого поколения, чтобы осветить эту важную область почвоведения».

Вильямс подошел к изучению органических веществ почвы совершенно по-новому. Он. решил получить органические вещества — прежде всего перегнойные кислоты — из «живых» почв, находящихся в природных условиях, а не из образцов почвы, искусственно изъятых из нее.

Для этого он и начал свои колоссальные работы по выделению органических веществ из лизиметрических вод. Почвы в лизиметрах «жили» своей естественной жизнью, и органические вещества получались из почвы в процессе ее развития и эволюции. Но Вильямс не ограничивался этим. Почвы бывают разные, на них и в них живут различные организмы, значит нужно связать характер органического вещества, его состав и свойства с конкретным почвенным типом и с соответствующей ему растительной формацией.

На основании именно этого представления лизиметры были заполнены разными почвами, как местными — подмосковными, так и привезенными издалека. На почвах, помещенных в лизиметры, создавались различные растительные формации — еловый лес, луг, степь. Это была невероятно сложная работа; она представляла собой совершенно необычайный эксперимент, проводившийся непосредственно в природной обстановке. Много труда на эту работу положили Вильямс и К. И. Голенкина.

Загрузка лизиметров началась осенью 1904 года прежде всего материнской красной глиной, которая была вынута из специального шурфа рядом с котлованом лизиметров. Ею были загружены два лизиметра — седьмой и девятый. Последний в том же году был засажен еловыми двухлетними саженцами. Но посадка эта оказалась неудачною. Много саженцев не принялось, а оставшиеся живыми очень плохо развивались.

Исследователи принимали все меры, чтобы «оживить» погибавшие саженцы, но все усилия на протяжении двух лет оставались тщетными. «Еловый лес» не получился. В июле 1906 года Вильямс выдернул все оставшиеся в девятом лизиметре растения и засадил площадку под кол новой порцией еловых двухлеток, корни которых перед посадкой окунались в болтушку из местной дерновой почвы. Так было посажено 529 молодых елочек — 23 ряда, по 23 растения в каждом. Все растения хорошо принялись — еловый лес был создан.

Другой лизиметр, заполненный местной глиной, не был засажен ничем. Решили посмотреть, как он постепенно заселится травянистыми растениями за счет заноса семян ветром и птицами. На следующий год на этом лизиметре было только два кустика красного клевера, а еще через год клевера стало больше, появились мышиный горошек, овсяница красная, одуванчик, но особенно много было розового осота. «Растения были роскошные, — вспоминала К. И. Голенкина, — но еще очень редкие». Через несколько лет лизиметр густо зарос злаками, главным образом щучкой.

Другие лизиметры были загружены подзолистой почвой из лесной дачи, почвой с Люблинских полей орошения, луговым торфом Жабенского луга, «каштановым черноземом» из Донской области, подмосковным песком.

Песчаный лизиметр с сосной причинил Вильямсу немало неприятностей, сосновые саженцы погибли, и в мае 1907 года пришлось засадить лизиметр березой и осиной, но выжила только береза.

В каждый лизиметр закладывалось около шести тонн почвы. Легко можно себе представить, чего стоила доставка и засыпка такого количества ее.

Бралась эта почва послойно в мешки, которые были тщательно перенумерованы и затем упаковывались в ящики. Все делалось по точно продуманной инструкции Вильямса. В лизиметры почва загружалась тоже послойно и в том же порядке, то-есть нижние слои вниз, и так постепенно до верхнего.

После закладки лизиметров Вильямс начал собирать все воды, проходившие через почву в каждом лизиметре. Эти воды фильтровались и выпаривались. Получавшийся сухой остаток служил материалом для выделения перегнойных кислот. В течение более чем десяти лет Вильямс собирал лизиметрические воды. Это нужно было потому, что концентрация перегнойных кислот в почвенном растворе некоторых почв была ничтожно малой.

Еще в первой половине прошлого столетия шведский химик И. Я. Берцелиус (1779–1848) открыл три почвенные перегнойные кислоты, которым он дал названия — ульминовая, гуминовая и креновая. Однако сколько-нибудь детальной характеристики этих кислот и условий их образования Берцелиус не дал. Это удалось сделать Вильямсу.

Но Вильямс при своих исследованиях установил и другое. Он доказал, что каждая из этих кислот является соединением, характерным для определенного процесса почвообразования и возникающим под воздействием почвенных грибов и бактерий — аэробных, живущих при свободном доступе кислорода воздуха, и анаэробных, успешно развивающихся лишь в бескислородной среде. Было также установлено, что перегнойные кислоты не являются продуктом простого разложения органического вещества растений, а синтезируются из этого вещества бактериями или грибами.

Подводя итоги своих лизиметрических исследований, Вильямс говорил:

«Мне удалось получить все три перегнойные кислоты Берцелиуса в кристаллической форме. Для получения перегнойных веществ я употреблял большие объемы почвы, по 4 кубических метра каждый. Почвы были заключены в лизиметры с поверхностью в 4 квадратных метра.

…Перегнойные вещества по мере их образования извлекались из почвы чрезвычайно слабым раствором природных почвенных солей в природной воде атмосферных осадков. Растворы перегнойных веществ отличаются весьма малой концентрацией, так что пришлось выпарить в среднем до 5 миллионов кубических сантиметров жидкости для каждого лизиметра, чтобы получить достаточное для исследования количество перегнойных веществ…