М.В. Ломоносов во второй половине XVIII в. в ряде работ («О слоях земных», 1763; «Слово о явлениях воздушных», 1753) высказал совершенно новые взгляды па почву и природу питания растений. Почва, по Ломоносову, продукт воздействия мхов и других растений на горные породы. «Чернозем — не первообразная и не первозданная материя, но произошел от согнития животных и растущих тел со временем», — писал он, Ломоносов указывал на различия почв, образованных под березняками, хвойными лесами и под травянистой растительностью. Он также высказал мысль о воздушном питании растений, которое было доказано на десятки лет позднее Дж. Пристли, Ян. Ингенг-Хаузом и Ж. Сенебье, а в 1868 г. экспериментально изучено выдающимся русским ученым К.А. Тимирязевым, создавшим теорию фотосинтеза.
Петр I прямыми указами стремился ускорить развитие земледелия в России, предписывал освоение целины, введение новых культур в различных частях государства. Академия паук организует в этот период большие экспедиции, благодаря чему накапливаются данные о природе страны и о ее почвах. В это же время Географический департамент академии собирает опросные сведения о землях, почвах и доходности хлебопашества в различных частях России.
В России в XVIII в. усилилось стремление повысить доходность поместий. Появился ряд инструкций губернаторов, настоятелей монастырей по вопросам земледелия, агротехники, удобрений. Усилилась эксплуатация крепостных крестьян.
He случайно поэтому, что выдающийся русский ученый-публицист и революционер А.Н. Радищев в ряде своих работ с поразительным для того времени знанием дал обобщенную характеристику почв севера России и описал некоторые проблемы обработки и удобрения почв. Радищев должен рассматриваться не только как предшественник декабристов, но и как один из предшественников докучаевского почвоведения.
Начало разложения феодально-крепостнического хозяйства России и рост капитализма в сельском хозяйстве были основной и глубокой причиной интереса прогрессивных деятелей к земледелию. В 1765 г. в связи со стремлением найти новые пути для повышения продуктивности сельского хозяйства России было создано Вольное Экономическое общество. Общество публиковало труды, известия и журналы, в которых освещались теоретические и практические вопросы русского земледелия, в них сообщалось о различных опытах по применению удобрений, посевах новых культур, агротехнике, улучшениях почв. Общество организовывало также различные исследования по сельскому хозяйству, переводило и издавало лучшие зарубежные труды по агрономии. Известно, что именно Вольное Экономическое общество сыграло главную роль в осуществлении первых научных работ В. В. Докучаева. Исторические заслуги этого общества в возникновении почвоведения являются общепризнанными.
Очень большую роль в накоплении новых агрономических знаний и материалов о почвах России в «Трудах Вольного Экономического общества», а затем в журналах «Сельский житель» и «Экономический магазин» сыграл выдающийся русский агроном XVIII в. А.Т. Болотов. Болотов лично производил разнообразные и многочисленные опыты по обработке, удобрениям и улучшениям почв, публиковал свои материалы в упомянутых изданиях, отстаивал необходимость самостоятельного решения в России агрономических проблем, не перенося механически иноземный опыт.
Болотов указывал на необходимость изучения физических и химических особенностей почв, удобрений и приемов обработки почв различного типа для повышения урожаев,- Во многих его статьях рассматриваются вопросы мелиорации болотных почв, вопросы многопольных севооборотов и травосеяния. Мергель, зола, гипс, навоз, птичий помет, торф неоднократно рекомендовались Болотовым для удобрения соответствующих почв.
В прогрессивных кругах русского общества в конце XVIII и особенно в XIX в. возникает глубокий интерес к чернозему, основе российского зернового хозяйства. Профессор Московского университета по «сельскохозяйственному домоводству» М.И. Афонин обобщил к 1771 г. имевшиеся данные о русском черноземе. В своей речи «Слово о пользе, знании, собирании и расположении чернозему, особливо в хлебопашестве» Афонин дал, по-видимому, первую в науке классификацию черноземов па типы (глинистый, каменистый или песчаный, лесной, болотный, березовый, еловый, ореховый) и систематизированные рекомендации по обработке и повышению их плодородия. Афонин склонен был понимать под черноземом темный гумусовый горизонт почв, происхождение и свойства которого он правильно связывал больше всего с ролью растительности и с продуктами разложения растительных остатков. Афонин был инициатором создания первых почвенных коллекций. Его идея о почвенных музеях в университетах была осуществлена лишь после Октябрьской революции.
В конце XVIII и XIX в. русские академики П.С. Паллас, И.И. Лепехин, Р. Мурчисон, Ф.И. Рупрехт в результате экспедиционных исследований и поездок выступили с описаниями природы России, содержащими гипотезы о происхождении черноземов.
А. Гумбольдт — один из основоположников современной географии, географии растений, гидрологии — исследовал Европу, Азию, Африку, Южную в Северную Америку, предпринял большое путешествие по России. В своих публикациях он рассмотрел особенности и различия морского и континентального климатов, различия климатов восточных и западных окраин континентов, обосновал идею горизонтальной и вертикальной зональности климатов и растительности. Гумбольдт был лично связан с русскими учеными-современниками и являлся почетным членом Русского Географического общества. Научные идеи Гумбольдта распространялись и развивались в России.
Следует, однако, отметить, что развитие науки о почве в XVIII и в первой половине XIX в. как в России, так и за рубежом оставалось все еще в рамках накопления и описания агрономических, географических и геологических фактов. Методы и положения «точных» наук практически еще не внедрялись в земледелие. Поэтому и паука о почве была оторвана от комплекса естествеиноисторических и физико-математических наук. Даже в XVIII в. почва наделялась еще свойствами живого существа. Так, А.А. Ярилов сообщает, что А. Цейгер различал почвы сангвинические (черные), холерические (суглинистые), меланхолические (глинистые) и флегматические (чаще всего песчаные).
Вторая половина XVIII и XIX в. ознаменовались началом и развитием изучения гумусовых веществ почвы. Еще шведский ученый Валлериус писал о почвенном перегное как о продукте разложения растений и пище растений. Русский исследователь И.И. Комов также придавал большое значение гумусу в формировании плодородия почв и питании растений, указывая на целесообразность травосеяния и применения органических удобрений. Однако исследования природы гумуса, как справедливо пишет М.М. Кононова, велись с теоретических позиций и методами неорганической химии. Это объясняется тем, что органическая химия и в еще большей степени биохимия и микробиология появились и развились позже. Между тем почвенный перегной, как подчеркивал В.Р. Вильямс, является продуктом жизнедеятельности микроорганизмов и биохимических превращений в почве органических веществ растительного и животного происхождения.
По мере развития органической химии углубляются методы изучения почвенного перегноя. Исследования немецкого ученого Шпренгеля, шведского химика Берцелиуса, их последователей и учеников Мульдера и русского ученого Германa установили различные формы гумусовых веществ, кислотную природу ряда гумусовых соединений, значение этих соединений в почвенном плодородии.
Развитие коллоидной химии, сыгравшей исключительно плодотворную роль в формировании теоретического и прикладного почвоведения позже, уже в XX в., принесло на более раннем этапе богатые плоды в познании природы органического вещества почвы. Голландский исследователь ван Беммелен доказал коллоидный характер перегнойных веществ и существование абсорбционных реакций между ними и минеральными соединениями почвы.
Французский исследователь Грандо, подчеркивая роль перегноя в обменных реакциях почвы, пришел к выводу, что гумус играет роль посредника в почвенном питании растений, и сформулировал теорию органо-минерального питания растений.
В конце XIX в, в результате развития микробиологии и биохимии оформляется биологическое направление в изучении почвенного перегноя. Исследования П.А. Костычева, Мюллера, Раманна и других показали, что главное в образовании почвенного перегноя заключается в деятельности насекомых, червей, микроорганизмов.
Исследования природы гумуса были развиты и продолжены чешским ученым Вольни, шведским химиком Свен-Оденом, американским микробиологом-химиком С. Ваксманом и советскими исследователями А.А. Шмуком, А.Ф. Тюлиным. Последние исследователи уже сочетали методы современной органической и коллоидной химии с биохимическим принципом понимания гумусообразования. Однако в течение всего XIX в. проблема образования и состава гумуса решалась главным образом с позиций чистой химии, т. е. неполно и потому не вполне верно.
Новые идеи в теории гумусообразования были высказаны В.Р. Вильямсом. Ведущую роль в гумусообразовапии он отдавал биологическим и особенно биохимическим факторам (деятельность бактерий, грибов, ферментов).
А.Г. Трусов на основании глубоких экспериментальных исследований пришел к аналогичному выводу о том, что различные органические вещества растительного происхождения под влиянием окислительных ферментов, деятельности микроорганизмов участвуют в образовании перегноя.
Несмотря на то что идеи о минеральном и воздушном питании растений, о различиях в образовании почв были высказаны и даже находили экспериментальное подтверждение, наука XVIII и XIX вв. не оценила этих положений. Почти половина XIX в. прошла под знаком так называемой гумусовой теории питания растений. Талантливый и яркий пропагандист этой концепции Тэер утверждал, что органическое вещество растений создается путем поглощения корнями гумусовых веществ и воды из почвы. Ошибочная в прямом толковании, эта концепция в то же время способствовала возникновению глубокого интереса к почвенным перегнойным веществам, к травосеянию, к органическим удобрениям, т. е. сыграла в свое время положительную роль. Тэер был основателем одной из первых высших сельскохозяйственных школ в Европе и горячо пропагандировал плодосмен, чередование клевера и корнеплодов.
М.Г. Павлов, руководитель кафедры сельского хозяйства МГУ, главную роль в плодородии почв и в питании растений, следуя Тэеру, придавал гумусу. Павлов вместе с тем отстаивал правильную идею, что «нивоводство» в различных частях России должно быть различным. Он подчеркивал в своих статьях преимущества плодопеременной системы земледелия в сравнении с трехпольем. Постепенно освобождаясь от влияния идей Тэера, Павлов пришел к мысли о почвообразующей роли растений, о вреде монокультуры и о явлениях «почвоутомления». М.Г. Павлов был директором первого сельскохозяйственного опытного учреждения в Бутырском хуторе под Москвой. Одному из сотрудников М.Г. Павлова, профессору А.Л. Ловецкому, принадлежит поразительная для того времени мысль о единстве почвы и организмов, о пищевых цепях в системе почва — растение — животное — почва. Он писал: «....умершие животные и растения суть пища для чернозема, а чернозем есть пища живым растениям, растения же животным».
С 1841 г., после Павлова, руководителем кафедры сельского хозяйства в МГУ короткое время был талантливый и яркий ученый Я.А. Линовский, умерший совсем молодым. Oн был глубоким и беспощадным критиком односторонних западноевропейских теорий, объяснявших плодородие почв каким-либо одним универсальным фактором (гумусом или перегнойно-кислыми солями, минеральным или азотным питанием). Линовский выдвигал идею зависимости почвенного плодородия от многих факторов («сырость земли», климат, метеорологические условия, «свойства навозов», системы хозяйства «и тысяча других обстоятельств»).
Ныне в почвоведении вновь появляются данные, свидетельствующие о прямом и косвенном положительном значении почвенных органических соединений и о роли физиологически активных веществ почвы в питании и развитии растений.
Обилие появившихся в XVIII в. экспериментальных данных о зольном составе растений и о химическом составе почвы, идеи минерального питания растений наряду с открытием роли воздушного питания вплотную привели к новому этапу развития учения о почве — либиховской теории минерального питания растений и удобрений. Ю. Либих, по специальности химик-органик, в книге «Химия в приложении к земледелию и физиологии растений» рассмотрел и сформулировал положение о том, что растения питаются через корневую систему минеральными веществами почвы, запас которых в почве ограничен и истощается по мере возделывания растений и отчуждения урожаев. Возврат выносимых с урожаями растений зольных веществ необходимо восполнять внесением в почву минеральных удобрений.
Открытие роли минеральных удобрений было важным этапом в развитии земледелия, агрономической химии и почвоведения. Эти идеи получили одобрение и поддержку К Маркса, который писал, что развитие гигантских городов — капиталистических центров производства «препятствует обмену веществ между человеком и землей, т. е. возвращению почве ее составных частей, использованных человеком в форме средств питания и одежды, т. е. нарушает вечное естественное условие постоянного плодородия почвы».
К. Маркс осуждал мальтузианские высказывания Либиха. В то же время он отмечал, что разработка проблем удобрения в земледелии с точки зрения естествознания «представляет собой одну из бессмертных заслуг Либиха».
Доказательство необходимости возврата зольных веществ в почву К.А. Тимирязев назвал «величайшим приобретением науки». Заслугой Либиха было также изучение зольных веществ различных растений и установление резких различий в минеральном составе корне-, клубнеплодов, бобовых и злаков. Во времена Либиха в естествознании не были еще известны факты о миграции и круговороте веществ в системе почва — растение, о могучем влиянии растений на почву, почвоведение все еще находилось в эмпирической фазе развития. Почва Либиху рисовалась как резервуар питательных веществ, образовавшийся в результате выветривания горных пород и ограниченный по запасу. Все это объясняет, почему он оказался частично в плену мальтузианства и односторонне оценивал роль минерального питания культурных растений, видя в этом растрату почвенного плодородия.
В то время, когда минеральные удобрения под влиянием Либиха рассматривались как единственное средство повышения плодородия почв, Я.А. Линовский, отдавая должное минеральным удобрениям, постоянно подчеркивал значение содержания в почвах воды, воздуха, тепла, питательных веществ, севооборотов, обработки, мелиораций.
М.Г. Павлов и Я.А. Линовский были последовательными антимальтузианцами, они оба отстаивали концепцию непрерывного возрастания почвенного плодородия при рациональном земледелии. Либих ошибался, требуя внесения в почву соединений кремнезема в качестве удобрений и утверждая, что аммиак атмосферы достаточно удовлетворяет потребности растений в азоте и что поэтому азотные удобрения нерентабельны и не нужны. Ошибался он и в том, что «не может быть таких растений, которые улучшали бы почву, делали бы ее богаче и плодороднее для растений другого рода».
Дальнейшее развитие науки и опыт земледелия опровергли эти заблуждения Либиха, дополнили и расширили его правильные взгляды о минеральных удобрениях. Главное же заблуждение об отрицательном влиянии культурных растений на почву в корне пересмотрено и отвергнуто современным учением о почвообразовательном процессе, опытом окультуривания почв, открытием положительной роли корневых систем, опада и зольных веществ в формировании почвы и почвенного плодородия. Ho нельзя забывать, конечно, что длительная монокультура некоторых растений вызывает накопление токсинов в почвах и снижение урожаев.
Введение Либихом химических методов для исследования состава почв и растений, несмотря на известную переоценку этих методов в познании плодородия почв, было важнейшим этапом в развитии науки о почве и удобрениях. Был открыт путь к созданию агрикультурхимии, к познанию химии почвообразовательного процесса, а затем к развитию связей почвоведения и агрохимии с геохимией и биогеохимией.