Дело в химии. Как все устроено?

Элементов, необходимых для жизни растения, на самом деле совсем немного, всего шестнадцать. Некоторые из них – так называемые макроэлементы – необходимы в бо́льших количествах, в то время как других, микроэлементов, достаточно совсем чуть-чуть. Чтобы вы могли примерно понять масштабы, я приведу типичное соотношение между содержанием азота (макроэлемент) и молибдена (микроэлемент) – оно равно 10000:1. То есть если растение содержит 1,5 % азота, то молибдена в нем 0,000001 %. Тем не менее, несмотря на столь микроскопические количества, молибден входит в состав некоторых ферментов, необходимых растениям для синтеза белков и метаболизма азота.

Самыми важными макроэлементами служат углерод и кислород (получаемые растениями из углекислого газа, СО₂), а вода используется для получения водорода. Эта информация не должна вас удивлять: эти три элемента лежат в основе фундаментальной структуры органических молекул. Если же обратить внимание на минеральные элементы, которые растения берут из земли, то окажется, что важнее всего для них азот и калий, а затем фосфор, сера, кальций и магний.

На почвах, которые не содержат необходимого количества одного из этих элементов, невозможно ничего вырастить. Именно в связи с этим уже в середине XIX века знаменитый химик Юстус фон Либих сформулировал закон минимума, согласно которому рост растения ограничен не только общим объемом питательных веществ, но и наличием в питательной среде одного основного минерала, который находится в относительно малом запасе. Другими словами, если почва изобилует азотом, но в ней нет калия, на ней не получится создать растительное разнообразие. Если попытаться найти подходящее сравнение, то это как если бы вы хотели приготовить пасту карбонара из десяти килограммов макаронных изделий, пяти килограммов ветчины и одного яйца. Максимальное количество порций будет ограничено этим единственным яйцом.

Ко всему вышесказанному надо добавить и другой фундаментальный фактор – избыток определенных элементов может быть не менее вреден, чем их отсутствие. Порой даже более. Возьмем в качестве примера всем известный натрий. Те, кто увлекался историей Древнего Рима, могут вспомнить знаменитый эпизод. Римляне после завоевания Карфагена посыпали все поля карфагенян солью, чтобы сделать их бесплодными. А верующие вспомнят, как пророк Иеремия обратился к людям, слишком привязанным к материальным ценностям: «Он будет как вереск в пустыне и не увидит, когда придет доброе, и поселится в местах знойных в степи, на земле бесплодной (в земле солончаков), необитаемой» (Иеремия 17, 5–8).

С исторической точки зрения возможно, что разбрасывание соли (хлористого натрия) было, скорее, символическим жестом, учитывая то, что для порчи полей потребовалось бы столь огромное количество соли, что не ясно, как ее можно было бы доставить.

Это должно позволить понять, как на самом деле сложно соблюсти баланс минеральных солей, чтобы оптимизировать урожай.

Урожайность почвы зависит не только от питательных веществ, но и от множества других факторов, таких как ее органический состав, обилие микроорганизмов, физической «структуры». По этой причине термин «удобрение» относится не только к веществам, используемым для обогащения почвы питательными веществами, но и к составам, которые изменяют ее pH или физические свойства. Здесь мы сосредоточимся на питательных удобрениях[6].

В древние времена первые поселенцы селились там, где почвы были плодородными от природы, поскольку рядом протекали реки. Подумаем, к примеру, чем был Нил для древних египтян. Египтяне даже называли свою страну Кемет, Черная земля, имея в виду слои ила, которые оставлял Нил после сезонных разливов. Они понимали, что ил – черная земля, богатая минеральными солями, которую Нил разносил своим течением, – был для них благословением. Египтяне создали систему каналов, чтобы во время половодья вода распределялась как можно равномернее, а потом, спадая, не уносила плодородный слой, который бы в то же время не пересыхал на африканском солнце.

Уже самые ранние цивилизации заметили, что постоянное использование одного и того же поля для посевов – не самая удачная идея, что почвам необходим «отдых», чтобы восстановить плодородие. Зарастание дикой травой позволяло почве подпитаться органическими веществами, привлечь животных, удобрявших ее своим пометом, богатым органикой, микроорганизмами и минеральными солями.