Вредные соединения почвы органического происхождения

19.05.2015

Помимо тех вредных для растений веществ, которые могут накопляться в почве в самом процессе почвообразования и о которых у нас была речь выше, в почве могут, по мнению некоторых ученых, время от времени накопляться и такие вещества, которые являются продуктами жизнедеятельности самих растений и, как таковые, выделяются в виде ядовитых для них отбросов их корневой системой. Еще в 1768 г. Simon высказывал взгляд, согласно которому корни растений являются органами выделения, освобождающими растения от отработанных и ненужных им веществ. Plenk, Humboldt, Cotta и др., придерживаясь аналогичного же взгляда, проводили параллель между выделениями растений и выделениями животных. В начале прошлого столетия De-Candolle, указав на то, что выделения эти являются вредными для растений лишь одного и того же вида и безвредными для других, объяснял этим между прочим нецелесообразность однообразных культур и, наоборот, необходимость плодосменных севооборотов. Аналогичные взгляды высказывались также Marie-Davy, Lavy, Roux и др. Однако целым рядом последующих исследований вопрос этот был временно совершенно похоронен.
Сравнительно недавно (начиная приблизительно с 1905 г.) американскими учеными (Whitney, Cameron, Schreiner, Reed и др.) вопрос этот в ряде работ вновь был подвергнут изучению, что в результате дало им возможность высказать оригинальную точку зрения, опять возвращающую вас к забытым взглядам Simon и De-Candolle, и утверждать, что корни растений действительно выделяют ядовитые вещества органического происхождения.
Изучая водные вытяжки из различных почв Северной Америки, упомянутые ученые констатировали в некоторых из этих почв вполне достаточное количество для растений питательных веществ, а между тем урожайность этих почв была чрезвычайно низкая. Проращивая семена (пшеницы и др.) в водных вытяжках из таких низкоурожайных почв, можно было определенно отметить, что такие вытяжки хотя и заключают в себе все необходимые питательные вещества, представляют собой, однако, значительно более неблагоприятную среду для развития ростков, чем дестиллированная вода; так, в дестиллированной воде ростки способны были жить около трех недель, между тем как в вытяжках из таких почв они погибали ужe через две недели. Дальше оказалось, что если водные вытяжки из малоплодородных почв обработать мелко раздробленным углем, обладающим, как известно, высокими адсорбционными свойствами, то такие вытяжки обезвреживаются и приобретают тогда благоприятные свойства для развития растений. Обезвреживающее действие оказывает обработка таких вытяжек и некоторыми другими веществами, например, пирогаллолом (ничтожных разбавлений 1 : 500 000), нафтил-амином (1 : 100 000) и пр., а также перегонка их, причем первые порции дестиллята оказались ядовитыми, что указывает, таким образом, на то, что ядовитые вещества для растений обладают летучестью, следовательно, обезвредить эти вещества можно и простым (кратковременным — в течение одной минуты) кипячением вытяжек и т. д.
В последующих своих работах некоторые из упомянутых выше ученых (главным образом Schreiner и Reed) занялись изучением вопроса о ближайшем составе и происхождении этих ядовитых соединений. Ввиду невозможности сделать это путем непосредственного химического анализа (вещества эти находятся в почвах в ничтожных количествах) исследователи прибегли к целому ряду косвенных способов их изучения. He останавливаясь на подробностях данного вопроса, укажем, что существенную руководящую роль сыграли в сделанных упомянутыми учеными умозаключениях опыты схемотропизмом, организованные ими в целях использовать известную способность корней реагировать на состав питательной среды — или путем положительного хемотропизма (= изгибов в сторону полезного для растения вещества), или отрицательного (= уклонения от вредящего им вещества). Предположив, что накопляющиеся в почвах ядовитые вещества являются продуктами выделения корневой системы растений, исследователи соответствующим образом выращивали растения в агар-агаровом студне, часть которого была свеже приготовлена, а часть «отравлена» предварительной культурой растений. Оказалось, что действительно корни растения как бы избегали этого последнего и изгибались в сторону чистой среды. Проделав ряд таких опытов с различными растениями, Schreiner и Reed пришли к заключению, что вредные выделения корней того или другого растения являются ядовитыми лишь для растений того же вида и безвредными для представителей других и т. д. Отсюда выявлялась новая точка зрения на причины падения урожайности при повторных культурах одних и тех же растений на одном и том же месте, на целесообразность распределения их в плодосменном севообороте и т. п.
Из русских исследователей, горячо поддерживавших изложенную гипотезу, надо упомянуть Ищерекова, объяснявшего между прочим высокую урожайность поемных лугов ежегодной промывкой их водой, удаляющей из них таким путем накопляющиеся вредные вещества и т. д.
Однако основные взгляды Whitney, Cameron, Schreiner, Reed и др. подверглись в литературе основательной критике. Так, соображения, высказанные по этому поводу Д. Прянишниковым, нельзя не признать исчерпывающими в смысле отрицания существования каких бы то ни было специфических ядов, выделяемых живыми корнями растений.
Так, Д. Прянишниковым было указано, что изложенные выше взгляды американских ученых в одних отношениях противоречат общеизвестным данным опыта, в других — опираются на наблюдения, еще требующие разъяснения и проверки. Наконец, и непосредственные опыты, произведенные в лаборатории Д. Прянишникова с хемотропизмом, при соблюдении всех деталей, упомянутых в описании Schreiner и Reed, не подтвердили выводов последних, а многочисленные повторные выращивания различных растений в условиях водных, песчаных и почвенных культур показали, что иногда наблюдаемые при этом явления падения урожайности ни в коем случае нельзя связывать с выделениями каких бы то ни было специфических ядов живыми клетками корней растений.
Ho, с другой стороны, необходимо отметить, что в почвенной литературе все более умножаются в настоящее время сообщаемые факты спорадического накопления в почвах каких-то соединений, из которых многие являются действительно ядовитыми для растений. В главе о гумусе мы уже видели, что Schreiner и Shorey, широко применявшие к познанию органических веществ почвы аналитический метод, выделили из некоторых почв такие органические соединения, как агростерин, фитостерин, лигноцериновая кислота, агроцериновая кислота, ксантин, гистидин, цитозин, аргинин, тирозин, гуанидин и мн. др. Некоторые из названных веществ, находясь даже в ничтожных количествах, действуют отравляющим образом на растения. Так, тирозин является вредным для растений уже в разбавлениях 1 : 100 000, гуанидин — уже при 1 : 1 000 000 и т. д.
Весьма определенные указания на возможность появления в почвах каких-то ядовитых для растений веществ имеются в исследованиях Ф. Перитурина, специально штудировавшего этот вопрос. Работая с водными, песчаными и почвенными культурами, упомянутый исследователь нашел, что при повторных посевах в одних и тех же сосудах растения приобретают ясно выраженные ненормальные признаки, вследствие чего урожай их резко понижается, достигая иногда всего 20—30% от первого урожая. При этом оказалось, что растения второго посева одинаково проявляют ненормальные признаки в развитии как в том случае, когда они высеваются сами после себя, так и в случае их посева после какого-нибудь другого растения из другой ботанической группы. Таким образом, предполагаемые вредные вещества, накопляющиеся в питательной среде неспецифичны. Внесение в сосуды полного удобрения перед вторым посевом в весьма малой степени ослабляет признаки ненормального развития растений второго посева. Прибавка угля в питательную среду после первого посева устраняет ненормальное развитие растений второго посева. Что касается в частности старопахотных почв, то большинство обследованных водных вытяжек из них оказалось содержащим какие-то вредные для растений вещества. Интересно отметить, что почвы из многолетней залежи (следовательно, «отдохнувшие») вредных веществ не обнаружили. Таковы главнейшие выводы, к которым пришел на основании своих многочисленных исследований Ф. Перитурин.
Появление этих вредных веществ в почвенных культурах автор склоняется объяснять возможностью возникновения их в почве помимо растений, как результат многоразличных реакций, независимо от того, произрастают ли на ней растения или нет. Что же касается опытов с песчаными культурами, то, учитывая все возможные причины угнетенного роста растений второго посева (щелочная реакция питательной смеси как результат большего поглощения растениями кислот сравнительно с основаниями, возможность недостатка в питательной среде кислорода, денитрификация, вызываемая остатками корней, и пр.), автор приходит к заключению, что за вычетом этих причин все же получается какой-то остаток, «более могущественный, чем все эти причины, вместе взятые». Этот остаток вредных влияний проявляется действительно как какой-то продукт корневой системы растений, но уже после, так сказать, воздействия на почву этих последних, а не как продукт выделения живыми клетками корней. Ближайшая их природа и происхождение остаются, таким образом, неизвестными.
Некоторые из положений, выдвинутых вышеизложенной работой Ф. Перитурина, нашли себе полное подтверждение в позднейших исследованиях Molliard, склоняющегося, однако, к предположению, что вредные вещества продуцируются самим растением помощью корневой системы.
Т. Димиденко, на основании своих недавних исследований, приходит к заключению, что токсические вещества, могущие накопляться в питательном субстрате при бессменных культурах, образуются благодаря, деятельности микроорганизмов. В опытах цитируемого автора лен, например, можно было, в стерильных условиях, высевать бессменно, без падения урожаев, тогда как в нестерильных условиях явления «льно-утомления» были налицо.
Интересно отметить, что вредные вещества в различных почвенных растворах обладают не одинаковой стойкостью против кипячения. Так, вещества подобного рода, накопляющиеся в черноземе, весьма легко разрушались при кипячении до 100° С; почвенный же раствор из оподзоленного суглинка оставался при этих условиях неизменным.
Позднее в литературе стал появляться и целый ряд других, косвенных указаний на возможность накопления в почвах каких-то вредных для растительности веществ органического происхождения. На это указывает между прочим К. Гедройц, получавший в условиях вегетационного опыта, весьма низкие урожаи овса на некоторых почвах Ленинградской обл. (около 40 г надземной массы на сосуд), несмотря на то, что почвы эти получали полное удобрение и по своим физико-механическим свойствам ничем не отличались от других обследованных почв, Ho дававших при этом удобрении значительно более высокие урожаи (80—100 г). Так как реакция этих малоурожайных почв была нейтральна и известь при полном удобрении не повышала урожая, то упомянутый исследователь также склоняется к мысли, что почвы эти содержали в себе какие-то вредные вещества органического происхождения.
В качестве косвенного подтверждения возможности существования в почве описываемых явлений могут служить и недавние исследования М. Домонтовича и Ш. Цинцадзе, констатировавших благоприятное влияние, оказываемое внесением в питательные смеси, в которых выращивались культурные растения, мелко раздробленного угля как, по-видимому, энергичного адсорбента каких-то вредных для этих растений веществ, накоплявшихся с течением времени в питательных: растворах.
Таким образом, случаи спорадического накопления в некоторых почвах ядовитых или вообще вредных для растений веществ органического происхождения не подлежат в настоящее время никакому сомнению, причем надо предположить, что вещества эти являются, по-видимому, какими-то промежуточными формами — разнообразного состава — разложения органических остатков (растительного и животного происхождения), попадающих в почву (например, корневых волосков и т. п.). Так, при распаде белков может образоваться в почве ряд продуктов, весьма ядовитых для растений, например: тирозин, фенолы, кислоты ароматического ряда, хинон (под влиянием жизнедеятельности грибов) и др.
Кроме того, в почву могут попадать некоторые вещества, имеющиеся уже в готовом виде в растениях и являющиеся вредными составными частями почвенного раствора (кумарин, пиперидин, ванилин и др.).
Нельзя, конечно, отрицать то, что упомянутые соединения могут иногда фиксироваться в почве на более или менее продолжительное время. Так, например, низкая температура, недостаток влаги, плохая аэрация и пр. — все это может задержать процессы распада этих соединений до более конечных и, быть может, более безвредных продуктов, и тогда, конечно, культурные растения будут показывать на таких почвах, несмотря на наличие в них достаточного количества необходимых им питательных веществ, все признаки угнетенного роста. С этой точки зрения создание в почве благоприятных условий для разложения органических веществ, достигаемое рациональной механической обработкой, может способствовать, таким образом, их разрушению.
Имеющиеся в литературе указания, что «утомленные» от ядовитых веществ почвы можно исправить внесением различных минеральных удобрений, быть может, можно объяснить тем, что упомянутые выше органические соединения, находясь частично в коллоидном состоянии, коагулируют под влиянием вносимых электролитов и тем самым как бы выпадают из почвенных растворов и т. д.
Во всяком случае мы должны в настоящее время признать, что действительно в почвах могут накопляться различные вредные или ядовитые для растений вещества органического происхождения, но что вещества эти являются не продуктами выделения их живыми корнями растений, а представляют собою лишь известные промежуточные стадии разложения тех органических остатков растительного и животного мира, которые ежегодно попадают в почву. С этой точки зрения все такие вещества мы отнесем, следовательно, к группе тех же соединений, которые накопляются в почвах в самом процессе почвообразования.