Ни на один день не ослабевали творческие связи между лабораториями Прянишникова в Москве и Коссовича в Петербурге. И там и здесь работали над одной и той же группой проблем. Но постоянное общение, живой обмен мнениями и наблюдениями предохраняли эти лаборатории от «повторения пройденного».
Коссович тоже занимался фосфорным питанием растений, и в этой области ему удалось выполнить несколько новаторских работ, которые Тимирязев назвал «новой победой вегетационного метода».
Исследования Коссовича пролили свет на явление, которое долго служило загадкой для ученых. Если клевер часто сеять на одном и том же месте, то урожай его начинает неудержимо падать. Причина этого явления, называемого «клевероутомлением» почвы, была совершенно неизвестна.
Коссович достал образцы почвы с клевероутомленных полей и с полей, на которых клевероутомление еще не наступило. С этими почвами он поставил в теплицах вегетационные опыты. Клевер высевался в сосуды на утомленных и неутомленных почвах в совершенно одинаковых условиях, при этом в одном случае вносились удобрения, в других почва оставалась неудобренной. На неудобренных клевероутомленных почвах клевер действительно отказывался расти, но достаточно было удобрить эти почвы фосфором и калием, чтобы он стал давать высокие урожаи. Таким образом, основной причиной клевероутомления почвы оказался недостаток в ней питательных веществ, прежде всего фосфора и отчасти калия. А необеспеченность клевера питательными веществами делала его более чувствительным к другим неблагоприятным условиям роста. Эта «цепная реакция» накопления неблагоприятных влияний приводила к быстрому падению урожая.
Практической мерой борьбы с клевероутомлением явилось внесение под клевер минеральных удобрений, в первую очередь фосфорных.
Логическим завершением агрохимической концепции, связывавшей воедино химическую жизнь почвы с механизмом питания растений, явились, как мы уже указывали, работы ученика и восприемника Коссовича Константина Каэтановича Гедройца, в которых все закономерности, выведенные обеими ветвями русской агрофизиологической школы, получили глубокое физико-химическое истолкование. Это было подлинное торжество научной агрохимии. Химия почвы и физиология растений увязывались в комплекс на едином — молекулярном — уровне.
Начало работ Гедройца в области изучения почвенных коллоидов относится к 1908 году, когда в созданном Коссовичем журнале «Опытная агрономия» появилась его статья «Коллоидная химия и почвоведение». В этом же году методика определения поглощенных оснований стала разрабатываться и в лаборатории Прянишникова. Но Дмитрия Николаевича больше интересовал обмен основаниями, а Гедройц сосредоточил свое внимание на жизни коллоидов почвы. Что все это означает в переводе на более или менее общедоступные понятия, мы сейчас попытаемся пояснить.
Для правильного применения удобрений нужно иметь четкое представление о структуре почвенного покрова, о свойствах почвы, количестве и качестве содержащихся в ней питательных веществ. Эти данные должны быть сопоставлены с требованиями соответствующих растений. Так, например, количество доступного растениям фосфора даже в почвах одного и того же типа колеблется в очень широких пределах. Поэтому установить, нуждается ли сейчас растение в фосфорном удобрении, можно только путем тщательных анализов почв и учета «истории» поля, то есть предшествующих удобрительных в нее вкладов, потому что многие фосфорные удобрения обладают способностью долголетнего последействия. В зависимости от свойств почвы резко меняется действие отдельных видов удобрений. В одном случае определенное сочетание удобрительных веществ создает наилучшие условия для жизни растения, в другом оно же может его погубить. Кропотливыми многолетними опытами можно подобрать для каждой почвы наиболее подходящие условия ее обработки и содержания. Но главная задача науки заключается именно в том, чтобы находить общие законы, которыми определяется направление протекающих в природе процессов. Знание этих общих закономерностей позволяет уже с легкостью разобраться в любом, самом сложном их проявлении.
К числу таких общих закономерностей и относится раскрытая Гедройцем физико-химическая сущность так называемой поглотительной способности почв, то есть их способности поглощать из раствора солей их основания и отдавать в обмен равное (эквивалентное) количество других оснований. Гедройц установил, какая часть почвы в действительности обладает поглотительной способностью. Ее-то он и назвал «почвенным поглощающим комплексом». Это открытие составило эпоху в почвоведении. Стерлись грани, отделявшие практическое исследование почв в поле от теоретического их изучения в лаборатории. С этого-то времени почвоведение и стало наукой экспериментальной, направленной на повышение почвенного плодородия.
К сожалению, нам не удастся здесь дать читателю представление о красоте и изяществе тех способов, с помощью которых Гедройц обошел главную трудность, возникающую перед каждым исследователем почвы как среды для жизни растений. Однако самую эту трудность необходимо хотя бы назвать. Это чрезвычайное многообразие свойств, высокая подвижность тех процессов, которые в почве происходят, и разнообразие факторов, которые в этом участвуют.
Прежде всего почва исключительно неоднородна по своему составу. Мы найдем в ней и остатки разрушенных, так называемых материнских пород, и наносы — следы работы воды или ветра, и органические соединения, поступающие в почву после отмирания растений и животных или образованные жизнедеятельностью микробов. Все эти составные части почвы представляют собой те или другие сложные химические соединения, поведение которых в каждом отдельном случае весьма своеобразно. Здесь и окислы кремния, алюминия, железа, марганца, титана, кальция, магния, натрия, фосфора, серы. Здесь и углеводы, и органические кислоты, смолы, дубильные вещества, жиры, масла, воск. Здесь остатки клетчатки — так называемой целлюлозы растений и лигнина — главной части древесины. Здесь присутствуют белковые вещества и вещества, которые входят в состав золы растений, и живые микробы, и, наконец, вода — среда, в которой совершаются все химические процессы почвы. Вода и разрушает образующие почву горные породы и выносит продукты их разрушения, то есть выполняет в почве огромную механическую работу. Она же входит в состав большинства химических соединений, в состав растений, микроорганизмов и животных, населяющих почву. Поступая в почву, вода обычно содержит растворенный в ней кислород, углекислоту и другие газы. Соприкасаясь при своем передвижении с почвенными частицами, вода вступает с ними во взаимодействие, обогащаясь солями и растворяя органические вещества. Поэтому она всегда представляет собой раствор различных минеральных и органических соединений — то, что в науке называется для краткости «почвенным раствором». Общее количество веществ, растворенных в почвенном растворе, колеблется от сотых долей процента — таковы почвенные растворы главных типов земель средней полосы — до нескольких процентов, например в почвенном растворе некоторых пустынных солонцов.
Вот что представляет собой эта горсточка праха, которую мы порой так небрежно попираем ногами и в которой Вильямс в свое время не увидел ничего, кроме безысходного хаоса!..
Но человек, влюбленный в физику настолько, что после окончания Лесного института поступил вольнослушателем в Петербургский университет и окончил его, был наилучшим образом подготовлен к тому, чтобы, столкнувшись с этим «хаосом», не растеряться перед чудовищным переплетением всех мыслимых физических и химических процессов, здесь сосредоточенных. Гедройц-физик помог Гедройцу-почвоведу сделать то, что до тех пор не удавалось никому, а именно: найти общее, что присуще было каждой из нагромождающихся друг на друга частностей. Это общее он выводил, изучая почву как целостную систему, которая организована и живет по законам, единым для всех подобных систем.
Не вдаваясь в научные подробности, можно сказать, что именно Гедройцу впервые во всех деталях удалось вскрыть наиболее характерное свойство коллоидов почвы — присущую им способность поглощать из окружающей среды и удерживать на своей поверхности довольно значительное количество ионов различных газов, воды и т. д., что отличает их от остальной массы почвы.