Вильямс

Бралась эта почва послойно в мешки, которые были тщательно перенумерованы и затем упаковывались в ящики. Все делалось по точно продуманной инструкции Вильямса. В лизиметры почва загружалась тоже послойно и в том же порядке, то-есть нижние слои вниз, и так постепенно до верхнего.

После закладки лизиметров Вильямс начал собирать все воды, проходившие через почву в каждом лизиметре. Эти воды фильтровались и выпаривались. Получавшийся сухой остаток служил материалом для выделения перегнойных кислот. В течение более чем десяти лет Вильямс собирал лизиметрические воды. Это нужно было потому, что концентрация перегнойных кислот в почвенном растворе некоторых почв была ничтожно малой.

Еще в первой половине прошлого столетия шведский химик И. Я. Берцелиус (1779–1848) открыл три почвенные перегнойные кислоты, которым он дал названия — ульминовая, гуминовая и креновая. Однако сколько-нибудь детальной характеристики этих кислот и условий их образования Берцелиус не дал. Это удалось сделать Вильямсу.

Но Вильямс при своих исследованиях установил и другое. Он доказал, что каждая из этих кислот является соединением, характерным для определенного процесса почвообразования и возникающим под воздействием почвенных грибов и бактерий — аэробных, живущих при свободном доступе кислорода воздуха, и анаэробных, успешно развивающихся лишь в бескислородной среде. Было также установлено, что перегнойные кислоты не являются продуктом простого разложения органического вещества растений, а синтезируются из этого вещества бактериями или грибами.

Подводя итоги своих лизиметрических исследований, Вильямс говорил:

«Мне удалось получить все три перегнойные кислоты Берцелиуса в кристаллической форме. Для получения перегнойных веществ я употреблял большие объемы почвы, по 4 кубических метра каждый. Почвы были заключены в лизиметрыс поверхностью в 4 квадратных метра.

…Перегнойные вещества по мере их образования извлекались из почвы чрезвычайно слабым раствором природных почвенных солей в природной воде атмосферных осадков. Растворы перегнойных веществ отличаются весьма малой концентрацией, так что пришлось выпарить в среднем до 5 миллионов кубических сантиметров жидкости для каждого лизиметра, чтобы получить достаточное для исследования количество перегнойных веществ…

…природные перегнойные вещества почвы представляют три кислоты. Названия для них я предпочел сохранить те, которые вошли в историю науки: ульминовая, гуминовая и креновая. Эти три кислоты всегда приурочены к трем типам разложения природного органического вещества:

ульминовая или бурая перегнойная кислота к анаэробному;

гуминовая или черная перегнойная кислота к аэробному бактериальному;

креновая или бесцветная перегнойная кислота к грибному.

Всегда при наличии этих процессов в почвах появляются соответствующие кислоты».

Опираясь на исследования Пастера, на важнейшие работы русских микробиологов С. Н. Виноградского и В. Л. Омелянского, на ценнейшие мысли П. А. Костычева о роли микроорганизмов — бактерий и грибов — в разрушении в почве мертвых остатков организмов, Вильямс создал свою теорию почвообразования в различных природных условиях, определяющих тот или иной тип превращений органического вещества в почве. Он установил, что под пологом леса, особенно хвойного, в почве создаются условия преимущественно для развития грибного процесса разложения органического вещества. В опавшей листве деревьев содержится много дубильных веществ и смол, которые сильно препятствуют жизнедеятельности бактерий. При грибном процессе образуется креновая кислота, способная разрушать самые стойкие минералы почвы и вымывать их в более глубокие ее слои. В верхних горизонтах такой типично лесной почвы накопляется один лишь бесплодный кремнезем, цветом похожий на золу, почему лесные почвы и получили в народе название подзолистых. Так Вильямсом была вскрыта биологическая сущность одного из почвообразовательных процессов — подзолистого.

Другие перегнойные кислоты, выделенные и изученные Вильямсом, имели первостепенное значение при других почвообразовательных процессах — дерновом, болотном, степном.

При смене леса лугом на почве поселяются многолетние злаки и бобовые, создающие условия для развития дернового почвообразовательного процесса. Особенно интенсивно протекает дерновый процесс в свою первую — луговую — стадию. Злаковые и бобовые травы, совместно произрастая на почве, обогащают ее деятельным перегноем и кальцием, перекачиваемым бобовыми из нижних слоев почвы. Деятельный перегной склеивает почву в структурные комочки, а кальций придает этому клею особенно прочный характер, ибо под влиянием кальция свежий перегной «осаждается» — переходит в нерастворимое состояние. При длительном существовании луговой стадии дернового процесса она может перейти в болотную.

Каждый период почвообразовательного процесса и каждую его стадию Вильямс расшифровывал биологически, показывал, как один процесс переходит в другой. Знание этих переходов подсказывало и пути направленного воздействия на почву с целью ее переделки, создания условий, благоприятствующих тому почвообразовательному процессу, который является самым ценным с точки зрения земледелия. Таким процессом был дерновый процесс — его луговая стадия. В этой стадии почва приобретает водопрочную мелкокомковатую структуру — основу высокого почвенного плодородия.

Уделяя огромное внимание педагогической работе, изучению лугов, постоянным экспериментальным исследованиям в лаборатории, наблюдениям на своем питомнике трав, Вильямс не имел достаточно времени для написания полного курса почвоведения и земледелия. Но он мечтает об этой большой и важной работе, исподволь готовит к ней материалы, печатает отдельные научные статьи, которые все ближе и ближе подводят его к этой заветной цели. Из числа этих статей особенно большое значение имеет написанная в 1912 году и опубликованная в 1913 году большая работа Вильямса «Почвы Люблинских полей орошения».

Работа эта, казалось бы, должна была иметь чисто прикладной характер. В какой-то мере она и была такой. Здесь ученый дал исчерпывающую характеристику различных почв Люблинских оголей орошения с точки зрения значения свойств этих почв при очистке сточных вод. Можно сказать, что это была первая в истории науки большая работа по санитарному почвоведению. Однако в вводной части своей статьи Вильямс коснулся и некоторых общих вопросов почвоведения — прежде всего характеристики главнейших процессов, происходящих в почве. Самые важные из числа этих процессов — процессы биологические — процессы синтеза и разрушения органического вещества почвы. Особое внимание ученый уделяет процессу разрушения органического вещества, поскольку он протекает почти исключительно в почве.

«Биологический процесс разрушения — минерализация органического вещества, — писал Вильямс, — является… самым сложным комплексом целых рядов проявления жизнедеятельности разнообразнейших организмов в самых разнообразных сочетаниях, взаимно обусловливающих жизнедеятельность и процветание друг друга». Далее Вильямс переходил к оценке в развитии почвы аэробного и анаэробного процессов разложения органического вещества, подчеркивая, что в природе эти два процесса всегда сопутствуют друг другу. Для каждого почвенного типа характерно свое сочетание этих двух процессов, и, изменяя это сочетание, давая перевес одному или другому процессу, можно переводить почву из одного типа в другой, можно придавать ей новые свойства по своему усмотрению.

Говоря о конкретной задаче поддержания определенного процесса в почвах полей орошения, Вильямс сделал вывод, что этой цели «наиболее близко отвечает аэробный процесс разрушения органического вещества сточной жидкости, при котором это вещество быстро и полно переходит в безвредные минеральные соли и в такие же газы, причем не страдают со стороны эстетической и окрестности полей орошения».

Большой интерес представляла и специальная часть статьи о Люблинских полях орошения. Здесь было приведено подробное описание почв полей — и той их части, которая находилась в пойме Москвы-реки, и тех участков, какие располагались вне поймы. При описании лочв Вильямс также прежде всего стремился раскрыть те процессы, которые протекают в них, и на основании этого установить связи между различными почвенными образованиями, наметить эволюцию почв под влиянием смены природных условий, прежде всего растительности.