1. Введение в предмет. История изучения и использования агроруд

Известно много примеров, когда богатые, тучные земли, которые кормили десятки и сотни тысяч человек, быстро превращаются в бесплодные пустыни. Вредители и болезни сельскохозяйственных растений, - ещё одна беда. Они могут уничтожить весь выращенный урожай. На протяжении тысячелетий земледелец настойчиво борется с этими главными невзгодами — истощением почв и вредителями и болезнями.

Чтобы обеспечить себя продовольствием, человек издавна использовал особые виды минерального сырья, так называемые агрономические руды. Они применяются как удобрения и минеральные добавки в корм домашнему скоту. Кроме того, руды, содержащие мышьяк, фтор, барий, серу, используют для изготовления ядохимикатов, средств борьбы против вредителей и болезней.

В настоящее время только для нужд сельского хозяйства добывается несколько миллиардов тонн различных руд, а в XXI века требуется вдвое больше. Расходы на перевозку руд огромны. Поэтому геологи ищут месторождения как можно ближе к потребителям, т.к. перевозка именно этого сырья, как никакого другого, увеличивает его стоимость.

Уже первые земледельцы удобряли свои поля навозом, птичьим помётом (гуано), костной мукой, золой. В древности и средние века крестьянам часто приходилось покидать обжитые земли из-за их истощения и осваивать новые территории. Для этого выжигали большие участки лесов, на которых непродолжительное время получали более богатые урожаи. Однако земля истощалась снова и снова. Сельское хозяйство могло так развиваться до тех пор, пока планета мало населена и пригодных для земледелия территорий хватало всем. Но население росло, сокращались неосвоенные площади и над челове­ке нависала реальная угроза голода. Появились гипотезы, предвещавшие гибель всего населения земли из-за нехватки продуктов питания. Например, концепция английского экономиста Томаса Роберта Мальтуса (1766-1834), согласно которой народонаселение увеличивается в геометрической прогрессии, а продовольствие — в арифметической. Немецкий биолог Оскар Гертвиг вывел закон убывающего плодородия почвы. Он утверждал, что обрабатываемые почвы постепенно теряют своё плодородие. Поэтому количество продовольствия в мире год от года уменьшается, и человечеству в ближайшем будущем грозит неминуемый голод. К началу XIX века в мире сложилась поистине драматическая ситуация. Волны голода прокаты­вались каждые 3—5 лет почти по всем континен­там. Несмотря на частые засухи, наводнения и похолодания, главной причиной невысоких урожаев было всё-таки истощение почв и вредители сельского хозяйства.

Это положение вряд ли смогла бы изменить какая-либо общественно-политическая система, будь то феодальная, капиталистическая или социа­листическая. Подобная задача не могла решиться без геологической науки. Именно геологам пред­стояло открыть источники жизненно важных для человечества минеральных ресурсов.

С середины XIX в. началось производство первых удобрений из фосфоритовых руд. В учебных центрах мира (в Англии, Германии, Франции) стали возникать специальные научные направления по использованию минерального сы­рья для агрономических целей. Не обошли эту проблему и в Российском государстве.

Передовые умы России интересовались минеральными удобрениями с давних времен. На рубеже XVIII-XIX вв. первые русские агрономы - А. Т. Болотов, М. И. Афонин, И. М. Комов - вслед за англичанами и немцами (а иногда опережая их) отмечали положительное действие золы, размолотых костей, мела и извести на урожаи зерновых. В середине XIX в. многих вдохновлял знаменитый немецкий химик Юстус Либих и его теория минерального питания растений, и «закон минимума». Питание и удобрение растений стали центральной проблемой агрохимии - науки, среди основателей которой называют Ж. Б. Бусенго, Х. Дэви, А. Теэра и, разумеется, Ю. Либиха. По Либиху, плодородие почвы неуклонно убывает; для его поддержания в почву необходимо возвращать в качестве минеральных солей все те химические элементы, которые теряются с каждым урожаем, оказываются в минимуме. Главные элементы, требующие постоянного восполнения, - азот, фосфор и калий. Следуя рекомендациям Либиха, российские помещики пореформенной поры стали завозить на свои поля самые популярные в то время виды азотных, фосфорных и калийных удобрений - чилийскую селитру, костяную и фосфоритную муку, каинит и поташ. В России занялись и «проверкой Либиха» - постановкой собственных опытов с удобрениями. Особую активность проявляли профессора-химики. В отличие от своих германских коллег, считавших агрохимию лабораторным занятием, российские химики приступили к настоящим полевым исследованиям в своих поместьях.

В начале 19 века в университетах Москвы, Казани и Харькова стали открываться кафедры минералогии и сельского хозяйства, позднее преобразованные в кафедры земледелия или грунтоведения. Становлению агрохимической науки способствовали теоретические работы таких учёных, как Василий Михайлович Севергин (1765-1826), Яков Владимирович Самойлов¹ (1870-1925) первый давший научное определение агроруд, Александр Николаевич Энгельгардт (1832-1893), Дмитрий Иванович Менделеев (1834 -1907), Николай Семёнович Курнаков (1860 -1941), Владимир Иванович Вернадский (1863-1945), Дмитрий Николаевич Прянишников (1865-1948), Александр Евгеньевич Ферсман (1883 -1945).

Одним из первых минеральных удобрений, широко изученных в России, была фосфоритная мука, полученная при размоле природных агроруд – фосфоритов.

В 1880-е гг. известный химик А. Н. Энгельгардт на основании опытов с фосфорными удобрениями в своем имении Батищево Смоленской губернии пришел к выводу: «Чудеса делает фосфоритная мука». Из года в год в Батищеве получали значительные прибавки к урожаю ржи при добавлении фосфоритной муки, приготовленной из отечественных фосфоритов. С фосфоритами ученый был знаком не понаслышке: в 1860-е гг. по поручению Департамента земледелия тогдашнего Министерства государственных имуществ, Энгельгардт возглавлял первые экспедиции по обследованию залежей этого сырья в губерниях Центральной России. Особое место в истории исследования и изучении агрономических руд пренадлежит заведующему кафедрой геологии Петровской (Тимирязевской) академии, профессору Я.В. Савмойлову, который по праву считается основоположником учения об агрономических рудах России, их распостранении, генезисе и применении.

В те же годы в университетах, сельскохозяйственных и политехнических институтах появились первые курсы и кафедры, связанные с изучением агроруд и минеральных удобрений. В Москве в Сельскохозяйственном институте (МСХИ, бывшая Петровская земледельческая академия) с середины 1890-х гг. профессор Д. Н. Прянишников начал чтение специального курса и организовал лабораторию для исследований удобрений. Он же впервые в России ввел летние практические занятия для студентов-агрономов, где были начаты программные вегетационные опыты по изучению действия туков. В Петербурге профессор Лесного института П. С. Коссович в 1897 г. возглавил химическую лабораторию Министерства земледелия (расположенную в Лесном институте), в число задач которой вошли исследования удобрений и почв. В 1910 г. в Рижском политехническом институте Э. В. Брицке создал первую в России кафедру технологии минеральных веществ, готовившую специалистов-технологов в области производства туков.

Низкосортные и труднообогатимые фосфатные руды, содержащие малое количество действующего вещества, за рубежом используют преимущественно для местных нужд в сыромолотом виде. В мировой практике «сырые» химически непереработанные фосфаты, непосредственно вносимые в почву, именуются как phosphate rocks (фосфатные породы), или indigenous phosphate (местные фосфаты). По существу, они являются аналогом российской фосфоритной муки. В США проблема дефицита фосудобрений решена во многом за счет широкого применения именно сыромолотых фосфоритов.

Какую роль сыграли агрохимические руды в жизни общества? Можно утверждать, что они в XX веке в буквальном смысле спасли человечество от угрозы неминуемого голода. Представьте, что эти руды вдруг исчезли с нашей планеты. В ближайшие десять лет урожаи сельско­хозяйственных культур сократятся по крайней мере на 30%. А это значит, что голодать будет не только население в странах Центральной Африки и Азии, но и в ныне процветающих странах Европы и Северной Америки. За прошлое столетие население Земли увеличилось с полутора до шести миллиардов человек, и предполагается, что к 2020 году оно достигнит восьми миллиардов! Поиски пропитания для такого количества - наиболее важная проблема, возникшая перед человечеством. Если в 2000 году при населении 6,1 миллиарда человек размер посевных площадей составлял 0,25 гектара на каждого, то в 2020 году прогнозируется рост численности населения и уменьшение посевных площадей до 0,15 гектара, что требует повышения урожайности продукции растениеводства на 70 процентов.

Количество вносимых в почву удобрений неза­медлительно сказывается на урожайности полей. В определенных случаях, когда вносят слишком много удобрений без учёта биологических возможностей растений, в них накапливаются некоторые вредные для здоровья человека вещества в слишком высоких концентрациях. Появились понятия «ни­тратные овощи» (т.е. овощи, в которых накопилось много нитратов, нитритов, N- нитрозаминов) и «экологи­чески безопасная продукция (ЭБП)». В последние годы широкое распостранение получают альтернативные системы земледелия, в том числе и применяемые в США и западных странах биодинамическое, органическое земледелие, при которых исключается или существенно сокращается использование минеральных удобрений и пестицидов. Однако эти системы наряду с положительными моментами (экологически чистая продукция, эффективное использование природной энергии и др.) имеют и существенные недостатки как, увеличение затрат рабочий силы (на 12-20%), снижение производительности труда (на 22-95%), снижение урожайности (до 43%) и как следствие повышение стоимости продукции (до 23%). Поэтому глобальное решение проблемы недостатка продовольствия не в отказе от удобрений. Для человечества это самоубийст­венный путь, который неминуемо заведёт в тупик. Продовольственную проблему можно решить, только развивая минерально-сырьевую базу агрохимии, научно и обоснованно применяя удоб­рения, как основу ландшафтно-экологических систем земледелия, используя для повышения плодородия почв нетрадиционные виды минерального сырья. Особен­ность нетрадиционных ресурсов в том, что непосредственный инте­рес они представляют для более или менее отдаленного бу­дущего. При этом определяющими факторами получения высокорентабельной продукции растениеводства с низкой себестоимостью должны быть наукоемкие технологии (нанотехнологии), основанные на фундаментальных исследованиях в области агрохимии, почвоведения, физиологии растений, биологии, почвенной микробиологии и токсикологии.

Не случайно промышленно развитые страны мира постоянно увеличивают производство удоб­рений, импортируя сырье из других стран, в том числе и из России. Отдельные виды минерального сырья, жизненно важные для благо­состояния и обороноспособности государства, отно­сят к категории стратегических, и добыча их строго контролируется правительством.

В России 1 июня 1993 г. Президент страны издал специальный указ, согласно которому агрономические руды и мине­ральные удобрения теперь находятся в списке стратегически важных сырьевых материалов.

?

• Чем был вызван интерес к агрономическим рудам в 18-19 веках?

• Какую роль сыграли агрохимические руды в жизни общества?

• Кто является основоположником учения об агрорудах?

• Может ли человечество в дальнейшем обойтись без минеральных удобрений?

• В чем преимущества и недостатки альтернативных систем земледелия?

• Почему агрономические руды относятся к стратегически важным сырьевым материалам?