Совсем еще юная жена мало вникала в научные интересы мужа. Зато надежного друга и помощника он нашел в лице тещи Марии Абрамовны Кавериной (урожденной Арцыбашевой). Вот как отзывался Андрей Тимофеевич об участии тещи в его ученых делах: «Я мог адресоваться к ней всегда и во всем, что ни относилось как до литературы и до наук, так и до художеств, а наконец, до самых садов и других частей сельского домоводства, и ожидать от нее желаемого одобрения, или, когда в чем надобно было, искреннего совета» [5 Там же, Стб, 556,].
Из биологических исследований зятя особенно поощряла Мария Абрамовна изучение растений и сбор гербария. Ко времени женитьбы у него уже был накоплен порядочный материал. Он занимался изучением дикорастущих растений: описанием их морфологии, систематизацией по принятой тогда системе К. Линнея. Работа требовала много времени, особенно сбор растений. Счастливый случай помог Андрею Тимофеевичу успешно решить проблему. Однажды, когда он разбирал на берегу Скниги собранный им материал, из речки выскочила гурьба ребятни и, окружив Болотова с разложенными вокруг растениями, стала внимательно следить за его действиями. Скоро ребята осмелели, и один из них, показывая на более заметное растение, сказал, что он знает, где этой травы тьма-тьмущая растет. Андрей Тимофеевич, желая испытать мальчика, высказал сомнение в том, что он видел действительно это растение. Некоторые из них настолько похожи, что спутать может и более опытный человек.
Однако мальчик не принял скептицизма Болотова и снова подтвердил, что имеет в виду именно эту траву, поскольку она характеризуется вполне определенными признаками, которые надежно отличают ее от других.
Андрей Тимофеевич заинтересовался и решил продолжить испытание: оп разложил собранные им растения и спросил ребят, знает ли кто-нибудь из них травы, которых нет среди находящихся перед ними. Ребята внимательно рассмотрели растения, а потом дружно заявили, что им известны многие травы, которых здесь нет. Тогда-то и пришла Андрею Тимофеевичу в голову блестящая идея, ускорить работу по изучению флоры, используя детвору. Он знал, что деревенские дети весьма любознательны, в свободное от работы время (особенно в праздники) они целыми днями пропадают в лесах, лугах и на речке и конечно же знают все, что там живет, бегает и летает, все, что растет. Пообещав ребятам награду, Андрей Тимофеевич попросил их приносить ему различные растения, особенно те, что редко встречаются.
Андрей Тимофеевич объяснил ребятам, как правильно собирать растения, и предупредил, что их нельзя долго держать дома, а следует в тот же день приносить ему. И назначил таким днем воскресенье. Впрочем, если кто найдет новое растение, может приносить его в любой другой день.
Наряду с ботаническими исследованиями, Андрей Тимофеевич усиленно занимался и вопросами агрономии. Он знал, что материальное благополучие и его семьи, и крестьян, которые находились под его опекой, зависит прежде всего от урожаев на полях. А урожай — это дело рук человеческих и ума. Хотя и был Болотов человеком глубоко религиозным, но в производственной сфере старался обходиться без бога. Здесь он придерживался пословиц: «На бога надейся, а сам не плошай»: «Бог-то бог, да и сам не будь плох».
И еще было известно Андрею Тимофеевичу: чем больше урожай хочешь получить, тем больше надо поработать головой, больше знаний нужно иметь. И он сидел долгими часами над книгами, изучая опыт, накопленный до него учеными людьми. Ставил опыты, задавая вопросы почве, растениям. Знал, что непросто это, спросить почву и растения так, чтобы ответили они правильно. Так же как непросто и понять их ответы. Научился Андрей Тимофеевич понимать язык природы, и она помогла ему открыть многие ее тайны.
Мало в сельскохозяйственной науке таких разделов, в которые бы Болотов, не внес свой вклад первооткрывателя. Поскольку по важнейшим его работам в области агрономии издана отдельная книга автора[6 Бердышев А. П. Андрей Тимофеевич Болотов — основоположник русской сельскохозяйственной науки. М.: Агропромиздат, 1988.], ограничимся здесь лишь материалами, непосредственно примыкающими к биологии. Таковы, например, его исследования, связанные с питанием растений. В первую очередь следует отметить, что Болотов одним из первых выступил с критикой «водной теории» питания растений, широко распространившейся после известных опытов Ван-Гельмонта в странах Западной Европы. Мало того, Берлинская академия наук в 1800 г. по результатам конкурса на тему об источниках питательных веществ для растений присудила премию Шрадеру за работу, в которой утверждалось, что специфика жизненного процесса позволяет растению создавать зольные элементы из воды, т. е. подтвердила «водную теорию» питания растений.
В своем замечательном трактате «Об удобрении земель» Болотов противопоставил «водной теории» свою точку зрения: растения помимо воды извлекают из почвы и необходимые им для роста и развития зольные элементы. На основе этих взглядов он развил представления о плодородии почвы: «Не видим ли мы, со сколь различным успехом произрастения растут на доброй и худой земле и во время доброй и худой погоды? Что иное сие значит, как только то, что, в рассуждении земли, одна земля имеет в себе более таких частиц, из которых произрастение составляется или которые росту его поспешествуют, и оные уделяет ему способно, а другая либо сама собою в помянутых потребных к тому частичках оскудение имеет, либо за какими-нибудь препятствиями оных произрастению способно уделить не может» [7 Тр. ВЭО. 1770. Ч. 15. С. 9.].
Отсюда Болотов делал следующие выводы об условиях, необходимых для хорошего роста растений: 1) почва должна содержать в себе в достаточном количестве все те вещества, которые входят в состав растений; 2) почва должна находиться в таком состоянии, чтобы питательные вещества из нее могли поступать в растение; 3) так как для роста растений нужны не только минеральные частицы, но и другие вещества (вода, воздух), то требуется, чтобы и они находились в оптимуме.
В соответствии с этим Болотов определял и задачи удобрения почвы: «...удобрение земель не в чем ином состоять может, как либо в приумножении в землю помянутых плодоносных и хлебородие производящих частиц, либо в отвращении и уничтожении помянутых препятствий...» [8 Там же. С. 15.]
Из всего сказанного вытекает, что во времена господства «водной теории» питания растений Болотов, обобщив опыт земледельческой практики и свой собственный, отстаивал правильные взгляды на минеральное питание растений и на условия почвенного плодородия, далеко опередив по этим вопросам науку Западной Европы того времени.
А. Т. Болотов впервые в истории агрономической науки провел анализ структуры урожая зерновых злаков (озимой ржи). С этой целью определил число зерен, высеянных на десятину, по формуле
А1 = (P1∙A2)/P2,
где A1 — число зерен, высеянных на единицу площади; А2 — число зерен в пробе; P1 — вес зерна, высеянного на единицу площади; Р2 — вес пробы. В дальнейшем он провел (на пробной площадке) учет количества растений, числа стеблей, в том числе плодоносных, числа зерен в колосе (в четырех группах по величине). В опыте были получены следующие результаты: 1) высеяно на пробную площадку (кв. аршин) 520 зерен, растений в период уборки оказалось 267 (51,3% от посеянных зерен); 2) Из 267 растений раскустившихся было 87, одностебельных — 180, стеблей — 550. Таким образом, средняя кустистость в опыте была около 2, а у кустящихся растений — около 4. Если бы из всех посеянных зерен выросли растения и все они раскустились, заключал Болотов, число колосьев в поле было бы в четыре раза больше.
Подсчет колосьев показал следующее: больших оказалось 196, средних — 98, мелких — 81, очень мелких — 60 (115 стеблей были неплодущими).
В крупных колосьях Болотов насчитал 7840 зерен, в среднем по 40 зерен на колос, в средних — 2366, по 24 зерна, в мелких — 1559, по 19 зерен, в очень мелких — 425, по 7 зерен.
Недоразвитие колосьев, по его мнению, вызывает большой недобор зерна.
В заключение Андрей Тимофеевич выражал уверенность в том, что правильным возделыванием злаков можно повлиять на все элементы урожая и значительно повысить его в соответствии с потенциальными возможностями растений. В то же время он призывал определять урожайность не по коэффициенту размножения (сам-столько-то), а по абсолютному урожаю с единицы площади «... думаю, что домостроителю не того искать и не тем славиться надобно, чтобы хлеб у него, например, сам-15, 20 или 30 родился, но тем, чтобы одинаковой величины десятина земли родила через его старания или какие-нибудь новые предприятия несравненно более хлеба, нежели родит подобная ей во всем десятина при обыкновенном хлебопашестве» [9 Сел. житель. 1778—1779. Ч. 2. С. 50.].
Анализ структуры урожая озимой ржи дал Андрею Тимофеевичу обильный материал для размышлений. Почему при предварительной проверке на всхожесть хорошие семена прорастают полностью, а в поле лишь половина посеянных зерен дает плодоносящие растения? Наблюдая за появлением всходов, Болотов обнаружил значительную растянутость процесса прорастания: из некоторых зерен «шильца» пробивались на поверхность почвы уже через 4—6 дней, а у других появлялись лишь через 3—4 недели. Конечно, многое тут зависело от погоды. Но и в сравнительно одинаковую погоду все равно наблюдалась большая разница.
Начал Андрей Тимофеевич выкапывать проростки по мере их появления и внимательно изучать. И что же оказалось? Рано появляются всходы из зерен, находящихся неглубоко в почве. Они бывают более мощными, с темно-зеленой окраской. Чем на большей глубине находилось зерно, тем позднее его росток появлялся на поверхности, тем более слабым и бледным он был. Поздние всходы не успевали до зимы раскуститься и многие из них погибали, не перенеся суровых условий зимы и ранней весны. Так Болотов пришел к выводу о значении глубины заделки семян для роста и развития растений озимой ржи.