Вклад Д.Н. Прянишникова в развитие агрохимической науки (обзорная статья)

Дмитрий Николаевич Прянишников своими опытами и научными исследованиями успешно доказал свою сопричастность к созданию агрохимии, как науки. Именно он и его последователи заложили и утвердили новые принципы, развиты новые обобщающие идеи фундаментального значения в науке агрохимии. Вклад Дмитрия Николаевича в агрохимию неоценим.

Он родился Дмитрий Николаевич в г. Кяхте Иркутской губернии (ныне это – Бурятия). Прянишников в два с половиной года лишился отца, и семья уехала в Иркутск, где рос ученый. В 1882 году Дмитрий Николаевич с золотой медалью окончил Иркутскую гимназию и уехал в Москву (за 5500 км от Кяхты) получать высшее образование [1, 3, 6].

Поступив в Московский университет, Прянишников много трудился в химической лаборатории, чем привлёк внимание профессора Владимира Марковникова, предложившего ему остаться на кафедре, но у Дмитрия были другие цели: развитие АПК России. По совету профессора, завкафедрой агрономической химии Н. Лясковского он взял темой для кандидатской работы: «Современное положение вопроса о происхождении чернозема». Он осветил открытия великих русских ученых-почвоведов Василия Докучаева и Павла Костычева, основателей школы научного почвоведения и географии почв. Окончив естественное отделение физмата Московского университета и защитив работу, в 1887 году Прянишников стал кандидатом естественных наук [1].

Отныне все его научные изыскания были в сфере агрохимии и растениеводства. В том же году Прянишников поступил на третий курс Петровской земледельческой и лесной академии (ныне – МСХА им. К.А. Тимирязева). Профессор кафедры ботаники и физиологии растений К. Тимирязев сам ходатайствовал о зачислении Прянишникова в стипендиаты по высшему окладу на все три года учёбы [1, 2].

В академии кафедру агрохимии в это время возглавлял ученик Дмитрия Менделеева профессор Гавриил Густавсон, отвергавший «чистый» химизм питания растений и превращения веществ в почве, считая, что «приходится иметь дело с жизнью и химизмом, действующим через нее, а не со свободной игрой химических сил в мертвой природе».

Физиология растений – наука о жизненных процессах, протекающих в растении, увлекла Прянишникова, в ней он видел базу роста урожайности сельхозкультур [1].

На базе Петровской академии действовало известное опытное поле, созданное профессором И. Стебутом – завкафедры растениеводства. Крепкая теоретическая основа и успешная практика позволили Прянишникову решить основную задачу: объединение теории и практики. Итогом стало окончание академии ускоренно за 2 года, защита степени кандидата сельскохозяйственных наук [1].

Профессор Московского университета А.Р. Кизель отмечал: «Большую роль в развитии химического направления в физиологии растений, иначе, биохимии растений (которую он, однако, постоянно называл агрономической химией), в пределах Московского университета сыграл профессор Петровской, ныне Тимирязевской, сельскохозяйственной академии, Дмитрий Николаевич Прянишников, который около 20 лет сначала в качестве приватдоцента, а потом (1918) профессора Московского университета читал на кафедре агрономической химии курс «Химия растений». В развитии растительной биохимии Прянишников участвовал очень активно. Исследования, проведённые им в Сельскохозяйственной академии, куда сильнее повлияли на Московский университет и его учёных, чем на саму академию [2].

В начале 1891-1892 учебного года Дмитрий Николаевич прочел свою первую лекцию в Московском университете «О значении искусственного подбора растительных форм в земледелии». В 1892-1923 гг. Прянишников был приват-доцентом Московского университета по курсу «Агрохимия», параллельно читая курсы «Учение об удобрении» и «Частное земледелие». Тут он впервые в России ввел курс «Химия растений» и начал изучать азотистый обмен у растений [1]. В 1944-1948 гг., до последних дней своей жизни, он был завкафедрой агрохимии Московского университета, совмещая эту работу с активной научно-педагогической деятельностью в МСХА им. К.А. Тимирязева.

В 1890 г. К.А. Тимирязев в своей публичной лекции «Источники азота растений» сказал: «Есть мало явлений, где бы так ясно определялась взаимная роль теории и практики, как в тех исследованиях, в которых научные вопросы о происхождении азота у растений неразрывно связывались с чисто практическими вопросами о пользе возделывания клевера и вообще бобовых» [3].

Весной 1892 г. Петровская академия отправила Прянишникова на пару лет за границей к Эрнесту Шульце, крупнейшему на тот момент мировому специалисту по азотистому обмену растений. Он был одним из крупнейших биохимиков того времени, завкафедрой агрохимии в политехникуме Цюриха. В его лаборатории Прянишников изучал превращение белковых веществ в растениях. Выводы его опытов были таковы, что его работа получила международное признание, и Прянишников стал одним из виднейших биохимиков мира. Итогом его работы были новаторские выводы [1, 2, 3, 7].

Растения содержат азотистый элемент аспарагин – амид аспарагиновой кислоты из состава белка. Когда Прянишников приступал к опытам в этой сфере, аспарагин считали первичным продуктом распада белка. В ходе опытов Дмитрий Николаевич выдвинул совершенно новую теорию, по которой аспарагин – продукт вторичного синтеза из конечного азотистого вещества при распаде белка – аммиака. Синтез аспарагина в растениях – способ обезвреживания этого аммиака, т.к. накопление в растительных тканях последнего влечет за собой их отравление [1].

Организм животного тоже должен обезвреживать аммиак путём синтеза из него мочевину. Но мочевина покидает организм животного, а аспарагин в растении остаётся и может повторно применяться в ходе синтеза, вплоть до создания белка. Так, Прянишников установил, что аспарагин в растениях – аналог мочевины у животных; в обоих случаях это вещество не первичный продукт распада белка, а продукт вторичного синтеза за счет аммиака. Это не совпадало с господствующим тогда ошибочным мнением. Выводы молодого специалиста поддержал Тимирязев, сказав, что они войдут в учебники всего мира [4, 10].

Дома Прянишников продолжил свои исследования в этой области. Он решил выяснить: если растения используют аммиак, созданный при конечном распаде белка, то может быть, что азот, приходящий в растения извне, в растении сначала переходит в аспарагин, а затем новое вещество применяется в следующем синтезе. Дальнейшие опыты подтвердили это. При подкормке растений аммиачной селитрой (NH 4 NO 3 ) выяснено, что катион аммония (NH⁴⁺) поступает в растения быстрее, чем анион азотной кислоты (NО^{3 -}), ввиду чего неизбежно подкислялся окружающий корни раствор. Такая реакция – результат жизнедеятельности растения, т.к. в химическом смысле первоначально взятая соль имела нейтральную реакцию. Чем же объяснить такое изменение? Различающимся поглощением корневой системы растения любого из двух ионов – компонентов азотнокислого аммония. Прянишников доказал, что растение поглощает иона аммония (NH⁴⁺) намного больше, чем нитрата – иона (NО^{3 -}), что говорит, что нитрат аммония – физиологически кислая соль. До работ Дмитрия Николаевича азотнокислый аммоний считали физиологически нейтральной солью, азот в катионе и анионе которой усваивался растением в равных количествах [1, 8, 9].

С 1924 г. под руководством Дмитрия Николаевича начались исследования в двух сериях опытов с целью поиска оптимальных условий для использования растениями аммиака и нитратов. Оказалось, что оптимум для нитратной серии соответствовал рН=5,5 и урожай не падал резко в случае отступления от оптимума. Для аммиачной серии оптимальный рН был близок к 7,0, и обнаружилось резкое падение урожая при отступлении от оптимума в любую сторону. Отход от привычной концентрации с аммиаком опаснее, чем с нитратами; при аммонийной подкормке объём кальция в питательном растворе должен превышать нитратный. Прянишников до конца жизни изучал азотное питание растений [3].

Раньше, до 1917 года, пока в России не было азотной промышленности, Прянишников считал вопрос азота в питании растений физиологическим и биохимическим. Когда выяснилось, что в СССР появится своя промышленность, он счёл проблему азота агрономической народно-хозяйственной. Он по праву – основоположник азотной промышленности России. В 1920-е гг. господствовала теория отсутствии эффекта азотных удобрений в почве. Дмитрий Николаевич в 1927 г. в газете «Сельскохозяйственная жизнь» опубликовал труд «Хроническая погрешность в оценке действия минеральных удобрений» [4], указав на факторы отсутствия эффекта азотных удобрений. Дело было в том, что даже в опытах изучали очень низкие дозы азотных удобрений из-за крайней их дороговизны (пуд чилийской селитры в России стоил в три раза дороже пуда ржи). И после 1917 года поэтому же не было денег на изучение оптимальных доз азотных удобрений. Дмитрий Николаевич отметил, сколь опасное последствие будет иметь смешивание сиюминутных экономических проблем с решением научных задач. Так и вышло с азотными удобрениями. Когда в 1920-х гг. возник вопрос территориального размещения заводов синтеза аммиака и выпуска азотных удобрений, в СССР не было научных данных для его решения. Проблему решили опыты, организованные и проведенные во второй половине 1920-х Прянишниковым и Лебедянцевым [3].

В начале XX века Прянишников на основании опытов назвал азотнокислый аммоний удобрением будущего, имея в виду высокое содержание азота в этой (почти 35%) и наличие одновременно двух форм - восстановленной (NH4+) и окисленной (NO3 -), что представляет растениям возможность выбора той формы, что для них в этот период роста более приемлема. Прогноз полностью сбылся при его жизни [1].

Понимая важность минерального азота в земледелии, Дмитрий Николаевич уделял особое значение биологическому азоту. Спустя более полувека с публикации его монографии ещё актуальны его заключения о том, что на Западе и ныне применяют комплексные меры и применяют два варианта связывания азота воздуха: технический, выполняемый дорогой аппаратурой лишь в особых условиях с источниками энергии (залежи угля, водопады), и биологический, применимый везде, где есть солнечная энергия, без аппаратуры. Её заменяют клевер, люцерна и иные азотособиратели, фиксирующие азот воздуха тем же источником энергии, чем они фиксируют и углерод. Оба варианта имеют свои плюсы и минусы, они взаимодополняемы, но не взаимозаменяемы [5]. Биологическим азотом Дмитрий Николаевич считал и органику (навоз и отбросы). Агитируя за широкое внедрение биоазота в земледелии СССР, он анализировал баланс азота в разных странах, особенно в Западной Европе, добившихся высоких урожаев. Изучая систему азотного баланса, он решил, что надо увеличить приход азота по линии азотной промышленности и расширения посевов азотособирателей [3, 4].

Прянишников и профессор Я.В.Самойлов активно участвовали в организации первого Научного института по удобрениям (НИУ), открытого в 1919 г. в Москве в ведении Высшего совета народного хозяйства (ВСНХ). Дмитрий Николаевич руководил агрономическим отделом института в 1919-1929 гг., и сперва (пока не построили институт) отдел работал в его лаборатории при Тимирязевской академии, где готовили сводки полевых опытов с удобрениями со всей страны. Под началом Прянишникова и Лебедянцева впервые в 1920-х создана всесоюзная сеть географических полевых опытов, и их итоги стали базой дальнейших работу по выпуску и внесению минеральных удобрений в разных почвенно-климатических зонах СССР [3].

Тесное взаимовлияние науки и практики в работе ученого, вечная тяга к прогрессу прошли через всю его сознательную жизнь, его слова и указания не бывали незамечены. Всё время Дмитрий Николаевич отдавал лаборатории, и учеников и последователей учил не считать время в лабораторной работе. Бесчисленны направления, где отмечено влияние Прянишникова на сельскохозяйственную жизнь. Первоклассные руководства, переведенные на ряд языков (с него начат перевод советских учебников на другие языки), многочисленные опыты, блестящие статьи, разнообразные темы сельхозисследований создали общий фундамент новой агрономии [6].

Дмитрий Николаевич писал, что рост урожайности сельхозкультур в Западной Европе - следствие интенсификации земледелия. В конце 18 века пшеница в Западной Европе давала урожай около 7–8 ц/га, ввиду плодосмена и клеверосеяния к середине 19 века цифра достигла 16-17 ц/га, а в первой половине 20 века - 25-30 ц/га. Ныне ввиду широкого применения комплексной химизации земледелия, селекции и агротехники возделывания урожайность равна 60–80 ц/га, т.е. урожайность зерна за 200-250 лет возросла в 8-10 раз. В этом есть заслуга и Д.Н. Прянишникова [6].

В 1929 г. Прянишников стал действительным членом АН СССР, в 1930-е -действительным членом ВАСХНИЛ, почетным членом ряда зарубежных научных учреждений, как-то Французская академия наук, Шведская академия сельскохозяйственных наук, Чехословацкая земледельческая академия, Голландское общество ботаников и ряд научных обществ и учреждений [3].

По инициативе Дмитрия Николаевича создана секция агрохимии и химизации земледелия ВАСХНИЛ, которую он возглавлял с 1936 г. до конца жизни. Под его началом секция руководила работой с удобрениями в опытных учреждениях и НИИ страны и обобщала результаты их работы [3].

Отстаивая свои взгляды на организацию научных исследований и высшей школы, защищая преследуемых коллег в 1930-е годы, Д.Н. Прянишников порой совершал безоглядно смелые поступки. Согласно газете «Социалистическое земледелие», на прошедшем в ноябре 1937 г. заседании Секции агрохимии и почвоведения ВАСХНИЛ председательствовавший Д.Н. Прянишников «…всякий раз прерывал ораторов», когда те «выходили за рамки чисто технических вопросов и касались подрывной работы врагов народа в области химизации земледелия». По приведенному газетой утверждению Д.Н. Прянишникова, разоблачение врагов народа – не дело ученых [7]. В 1942 г. Д.Н. Прянишников выдвинул кандидатуру осужденного и находившегося в тюрьме Н.И. Вавилова на соискание Сталинской премии [8].

Он сильно рисковал, заступаясь за Вавилова перед Берией: в начале 1939 г. Прянишникова упомянули в докладе зама Берии Кобулова «О борьбе реакционных ученых против академика Т.Д. Лысенко» [9]. Но критика Прянишниковым идей Лысенко и Вильямса говорит о его последовательности и смелости и наводит на важное типичное свойство агробиологии: ее сторонники не могли доказать практический эффект своих идей и даже не осознавали этого, что не мешало им критиковать генетику ввиду её «бесплодности». Инструментальный, строго прагматический причинял вред фундаментальной науке, приводя к забвению научных критериев, применяемых к оценке прикладных, ориентированных на практику исследований [10].

Жизнь Д.Н. Прянишникова – пример сочетания в одном человеке великого ученого, талантливого педагога и патриота. Он воплощал лучшие душевные качества – уважение чужого мнения и стойкость в убеждениях. Его путь не выделен яркими внешними событиями, но он был целеустремлен и занят постоянным творческим трудом. Его жизнь была размеренной, находясь в рамках научного исследования и преподавания. Это впечатление усиливалось тем, что по характеру своему он избегал участия в праздничном веселье и банкетах. Но в противоположность внешнему однообразию внутренняя жизнь была разносторонней. Он увлекался литературой, музыкой, философией, экономикой и политикой, считался отличным собеседником, был меток в выражениях, находчив и остроумен. Его интересы не были лишь наукой, он был и активным госдеятелем, патриотом своей страны, учитывал нужды народного хозяйства и помогал его укреплению. Его широта знаний, умение решить важный вопрос, выполнить исследование, осмыслить итоги и быть принципиальным в доказательствах своих выводов – таков был стиль Дмитрия Николаевича, того же он требовал от коллег и учеников. Выступления и лекции Д.Н. Прянишникова были лишены внешней нарядности. Афористическое мышление было присуще ему. В одной фразе могла быть научная проблема. Например, «химизацию земледелия надо начать с химизации агрономов» или «дефицит агрохимических знаний не заменишь избытком удобрений». Это актуально и поныне. Он считал, что обучение в вузах, вместе с ознакомлением студентов с уже известными знаниями, должно учить их современным методам науки, дабы студенты знали, как получить новые факты, и по возможности сами делали первые шаги в этом. Оптимизация учебного процесса на кафедре шла с самостоятельной научной работой студентов. Дмитрий Николаевич был заинтересован, чтобы студенты вели исследования. Он считал, что главное в науке — «спрашивать мнение самого растения». Д.Н. Прянишников взрастил многих известных ученых, как-то Н.И. Вавилов, А.В. Чаянов, Н.М. Тулайков, В.М. Клечковский [6].

Прянишников назвал аммиак альфой и омегой обменных веществ в растении, намекая на открытие цикла азота в высших растениях. От магистерской диссертации

«О распаде белковых веществ при прорастании» (1896) до завершающей монографии «Азот в жизни растений и земледелии СССР» (1945) прошло полвека, и за это время Дмитрий Николаевич «вдохнул жизнь» в азот, который до этого принято было называть «безжизненным элементом» [1, 7].