Почему лучше растить урожай с удобрениями, чем без них?
Удобрения повышают плодородность почвы. Когда в почве не хватает питания, они дают растениям недостающие химические компоненты, нужные для нормального роста и развития.
Не единственные, но самые важные компоненты удобрений — это азот, фосфор и калий. Азот особенно необходим для роста листьев, фосфор — для развития корней, цветов, семян и плодов, а калий — для роста стебля, переноса воды и цветения.
Удобрения бывают неорганическими (минеральными) и органическими. Первые так называются, поскольку состоят из неорганических соединений, минеральных солей. Органические удобрения имеют растительное или животное происхождение — это, например, издавна применяемые компост и навоз.
Процесс возделывания земли запечатлен на древнеегипетских рисунках
Кто придумал удобрения?
Удобрения применялись еще в древности. Люди заметили, что растения особенно хорошо развиваются в местах скопления животных экскрементов, остатков золы, речного ила или других растений, и начали использовать их для улучшения урожая.
Так, египтяне отмечали плодородные свойства нильского ила, а вавилоняне щедро удобряли растения навозом. К концу I тысячелетия древесная зола широко использовалась в качестве удобрения в Центральной Европе.
Опыт применения удобрений в Череповецком уезде в 1913 году © Череповецкое музейное объединение
Когда удобрения стали особенно нужны?
В начале XIX века проблема нехватки питания в Европе стала критической. Ученые сходились во мнении: количество пищи возможно увеличивать, лишь засевая новые земли, которых было недостаточно. А численность населения росла в разы быстрее. При этом уже было известно, что растениям для роста необходимы азотные, фосфатные и калиевые соли в почве — добавив в почву эти соединения искусственно, на полях той же площади можно было вырастить больше урожая. Земледельцы начали удобрять поля не только навозом, но и минералами.
К концу XIX века азот стал настолько востребованным, что удобрений хватало не на всех. Однако в 1900-х годах был разработан процесс синтеза аммиака, позволяющий получать его в больших производственных масштабах.
Клубеньковые бактерии © Foxy Tigre (CC BY 2.0)
Получается, для массового производства годятся только синтетические удобрения?
Отнюдь нет! Современные агрономы знают, что повысить урожай можно не только за счет внесения минералов в почву. Ученые придумали использовать бактериальные биоудобрения. Семена бобовых растений обрабатывают специальной культурой клубеньковых — азотфиксирующих — бактерий. Для чего? Корни бобовых растений и клубеньковые бактерии существуют в симбиозе: растения «кормят» бактерии продуктами фотосинтеза, а бактерии превращают недоступный для растений газообразный азот N2 из воздуха в аммоний NH4+, который легче усваивается. Благодаря этому почва обогащается доступным для растений азотом, а сами бобовые растения растут быстрее и лучше. Бобовые растения выращивают либо в качестве основной культуры, чтобы собрать урожай гороха или фасоли, либо как покровную культуру — для удобрения почвы. Например, на весну или осень поле засевают клевером, который фиксирует в почве азот и насыщает ее влагой, а затем уже сажают в подготовленную землю нужную культуру.
Могут ли удобрения навредить?
Чрезмерное или просто неправильное внесение удобрений в почву приводит к засолению, накоплению тяжелых металлов и нитратов. Из-за минеральных удобрений загрязняются или «цветут» подземные воды. Это серьезная проблема: вода и плодородные почвы — ограниченный ресурс, который нужно использовать бережно. Например, из-за обильных дождей в Иллинойсе (США) в воды реки Спун каждое лето вымывает минеральные удобрения с фермерских полей. Из-за этого ниже по течению реки цветут токсичные водоросли. Воды речной системы и значительной части Мексиканского залива становятся ядовитыми для их обитателей.
Сейчас, как и в XIX–XX веках, актуальна проблема нехватки еды. Ученые прогнозируют, что численность населения Земли вырастет до 10 миллиардов к 2050 году, а засухи участятся. Как обеспечить всех людей продовольствием? Пока что сельское хозяйство справляется за счет синтетических удобрений, агрохимикатов и высокоурожайных сортов злаков. Но как избежать возможности голода в мире с постоянно растущим населением? На эти вопросы должны найти ответы химики, биологи и агрономы ближайших лет.
