А вот еще один пример. Химический анализ показывает, что растения из группы бобовых — горох, бобы, клевер и другие — содержат значительно больше азота, чем хлебные злаки. Казалось бы, им необходимо в изобилии доставлять его из почвы. Но прямые опыты доказывают, что удобрять почву под бобовые растения азотом — значит напрасно выбрасывать деньги.

А что же действительно необходимо растению?

На это опять-таки может ответить только оно само.

Бесчисленные исследования приводили к заключению, что непосредственно для питания растениям служит только незначительная часть почвы. Все остальное — ее минеральный и органический остов — прямо в питании не участвует. Следовательно, роль этого остова могут играть какие-нибудь простые и совершенно бесплодные вещества, например прокаленный или обработанный для верности кислотой песок, или, наконец, вода — перегонная или дождевая, — во всяком случае, настолько чистая, чтобы можно было быть уверенным, что растение не найдет в ней других питательных веществ, кроме тех, которые мы ему умышленно доставили.

В 1896 году на Всероссийской выставке в Нижнем Новгороде Тимирязев провел серию публичных опытов с подобными водными культурами. Один юный почвовед был поражен, увидев отлично растущие растения, корни которых целиком погружены в воду. Он нашел в этом противоречие с одним из важных положений почвоведения, по которому в почве с избыточным содержанием воды могут расти только болотные растения. «Очевидно, недостаточно знать, что избыток воды в почве вреден, — заметил по этому поводу Тимирязев, — нужно еще понимать, почему именно. А этому учит физиология растения, а не почвоведение».

А в самом деле — почему? Почему корневая система обычных культурных растений может отлично развиваться в воде и гибнет в переувлажненной почве? Да потому, что для корней губительна не вода, а недостаток воздуха, вытесняемого ею из почвы. При выращивании культуры в стеклянных сосудах воду непрерывно, так же как это делается в аквариумах, продувают воздухом, насыщают кислородом, и растение чувствует себя отлично.

Проращиваемое семя закрепляется при помощи ваты и пробки в горлышке сосуда так, чтобы корешки его были погружены в воду. Вот и все простейшие приемы подготовки к опытам.

В чем же сущность самого опыта?

В то время уже было известно, что необходимы растению следующие элементы: азот, фосфор, сера, калий, магний, кальций, железо. Из них первые три образуют кислоты, последние четыре — основания. И те и другие вместе — соли. Число этих солей и их относительное количество в различных экспериментах берется различное. Какие же брать соли? Какое их количество дает наилучшие результаты?

Вот это и есть тот главный вопрос, на который растение должно дать ответ.

Естествоиспытатель, пользующийся методом водных культур, делает всегда по меньшей мере два параллельных опыта, отличающихся между собой отсутствием одного — только одного! — вещества, то есть в одном случае растение получает всю питательную смесь, которая ему необходима; в другом — ту же самую смесь, но без одного какого-нибудь вещества. Если отсутствие этого вещества отразится на развитии растения, оно получается ненормальным, хилым, то очевидно, что это вещество принадлежит к числу обязательных, а не случайных составных начал растения.

Затем экспериментатор вносит это вещество в различных количествах, пока не достигает предела, за которым дальнейшее увеличение не будет оказывать большого действия или может оказаться даже вредным, то есть понизит урожай. Если такой опыт провести тщательно, то есть соблюсти равенство всех прочих условий, то увеличение урожая возрастает с добавлением новых порций питательного вещества.

В сущности, это и есть «закон минимума», впервые в несколько иной форме высказанный Либихом и состоящий в том, что развитие растения, а следовательно, и урожай находятся в прямой зависимости от того вещества или какого-либо иного условия, испытываемого в эксперименте, которое присутствует в недостаточном количестве.

Действие этого закона образно можно представить себе, если нарисовать кадку с клепками разной длины. Каждая клепка символизирует какое-то определенное условие, необходимое для жизни растения. Если мы будем наливать в эту кадку воду, то мы не сможем ее наполнить выше уровня, до которого обрезана самая короткая клепка. Все остальные могут быть как угодно высоки, но вода будет переливаться через край самой короткой.

Нужно сказать, что такова суть любого так называемого физиологического опыта. Именно таким способом в опытах на мышах и морских свинках были открыты исчезающе малые добавки к обычной пище животных, без которых жизнь организма невозможна, — они получили название витаминов. На подобных же опытах изучают действие гормонов, антибиотиков, лекарственных веществ, создаваемых химией, и т. п.

Физиологический опыт отвечает на самый коренной вопрос земледелия: какие вещества и в каких количествах должны быть доставлены растениям? Насколько увеличился от этого урожай? Окупит ли эта прибавка урожая расходы на удобрения? Как мы увидим дальше, попутно может возникнуть и множество новых вопросов, на которые также растение отвечает четко и недвусмысленно, если его, конечно, суметь как следует «расспросить».

Для того чтобы опыты дали надежные результаты и в сосудах действительно выросли нормальные растения, им необходимо обеспечить все остальные условия, наиболее близкие к природным, — обилие света, полный доступ воздуха и т. д.

Но их нельзя оставлять и под открытым небом. Внезапный порыв ветра, ливень или град могут свести на нет кропотливый труд многих месяцев. Для ограждения драгоценных сосудов с растениями от всяких случайностей их размещают на маленькой платформочке, которую в любой момент по рельсам можно закатить под стеклянную крышу. Такие сооружения получили впоследствии название «вегетационные домики». Первая такая «раздвижная теплица», как ее называли раньше, была устроена Тимирязевым в 1872 году в Петровской академии, так что Прянишников мог получить там общее представление об условии проведения вегетационных опытов. Но сам он их никогда не ставил. А лето 1890 года не могло быть для этого использовано из-за лечебных поездок.

Его внутреннее беспокойство подогревалось тем, что, как ему было известно, попытки выращивать сахарную свеклу в водных культурах на Западе успехом не увенчались. Причина этой неудачи оставалась неведомой.

Чтобы до некоторой степени застраховать себя от риска слишком большого процента неудач, Прянишников поставил вегетационные опыты со свеклой в трех средах: в водной среде, в речном песке и в обычной земле. Вегетационного домика, конечно, не было. Для опытов была использована обычная низкая оранжерейка; в ней проложили рельсы, по которым ходили платформочки с колесами и осями от вагонеток сахарного завода. Эта низкая оранжерейка летом перегревалась так, что накалялся пол и, когда закрывали дверь, в ней создавалась атмосфера бани — лето 1891 года было исключительно жарким; это был катастрофический по масштабам бедствия, вызванного жарой и засухой, «голодный год».

До июля все шло блестяще. Посетители скромной прянишниковской «вегетационной станции», особенно те, которые выросли на свекловичных плантациях и которым до этого казалось, что никто лучше их свеклы не знает, поражались тому, что свекла росла в воде и в белом бесплодном песке[2].

Песчаные и почвенные культуры со свеклой и пшеницей и полевые опыты с орошением свеклы, с удобрением, с выращиванием при различной густоте стояния прошли хорошо до самого конца. Водные культуры в июле обнаружили заболевание сердечка. Прянишников это объяснял тогда крайним перегревом теплицы, куда на ночь сдвигались вагонетки с водяными культурами, тогда как песчаные культуры были свободны от «стеклянного плена».

Только через тридцать лет стало известно, что для лучшего развития водных культур сахарной свеклы в питательный раствор необходимо вводить бор, так как потребность в этом элементе у нее повышена по сравнению со злаковыми. В песчаных же культурах это могло не сказаться потому, что песок не промывался кислотой, и в нем, вероятно, доставало минеральных примесей, необходимых для жизни растения, — примесей, которые получили название «микроэлементы». Необходимость для жизни растения меди, марганца и других микроэлементов также была подтверждена при помощи физиологических опытов с растениями. Так открылась новая глава в агрохимии.