«Зеркало ландшафта»

Зеркало ландшафта (fb2) - Зеркало ландшафта 1267K скачать: (fb2) - (epub) - (mobi) - Лев Оскарович Карпачевский

Карпачевский Лев Оскарович 'Зеркало ландшафта'

Издательство «Мысль». 1983

ББК 40.3

К 26

Редакции географической литературы

Рецензенты:

доктор биологических наук Г. В. Добровольский

доктор географических наук Н. Н. Розов

К1905030000-104134-83

004(01)-83

Зеркало ландшафта.- М.: Мысль, 1983.- 156 с.

Заведующий редакцией О. Д. Катагощин

Редактор Б. Н. Малкес

Младший редактор Т. Н. Филатова

Оформление художника Е. С. Борю

Художественный редактор А. И. Ольденбургер

Технический редактор Ж. М. Голубева

Корректор И. В. Равич-Щербо

Сдано в набор 22.11.82.

Подписано в печать 25.04.83.

А10899. Формат 84х1081/32.

Бумага типогр. № 1.

Обыкн. нов. гарн.

Высокая печать.

Усл. печатных листов 8,4.

Учетно-издательских листов 8,56.

Усл. кр.-отт. 8,62.

Тираж 60 000 экз.

Заказ № 683.

Издательство «Мысль».

117071.

Москва, В-71, Ленинский проспект, 15.

Ордена Октябрьской Революции, ордена Трудового Красного Знамени Ленинградское производственно-техническое объединение «Печатный Двор» имени А. М. Горького Союзполиграфпрома при Государственном комитете СССР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли.

197136, Ленинград, П-136, Чкаловский пр., 15.

От автора

...Для того, чтобы понимать и чувствовать природу,

недостаточно ее видеть, необходимо знать науку о ней.

А. П. Платонов

Предлагаемая вниманию читателей книга посвящена особому природному телу — почве, хорошо знакомому каждому человеку. Почва — это глобальное образование, плащом толщиной в несколько метров одевающее материки и играющее важную роль в процессах, происходящих в биосфере. С почвой связано все живое на Земле: растения, животные, микроорганизмы. Она имеет такое же большое значение в жизни людей, как другие природные сферы нашей планеты.

В книге рассказывается о разнообразных свойствах почв и одном из самых важных из них — плодородии.

Реализация многих задач, поставленных в принятой в нашей стране «Продовольственной программе», неразрывно связана с повышением плодородия почвы. Почва как природное тело обладает способностью снабжать растения необходимой пищей и водой, тем самым обеспечивая их урожай. Эта способность издавна используется человечеством. Но человек научился, умело воздействуя на почву, непрерывно повышать ее плодородие. Поэтому создание и сохранение плодородных почв будет реальным вкладом всех работников сельского хозяйства, а также ученых-почвоведов в общие усилия по реализации «Продовольственной программы».

В книге вопросы плодородия почв обсуждаются в сравнении с плодородием других природных тел, таких, как некоторые горные породы, водные растворы и т. д.

Ряд разделов книги посвящен месту почвы в биосфере, роли почвы как связующего звена между растениями и животными.

Большое внимание уделяется черноземам — вечному олицетворению плодородия.

На многих страницах рассказывается о закономерностях строения почвенного покрова Земли, возрасте почвы, географическом открытии разных почв. Говорится о роли растений и животных в почвообразовании.

Изучением почв занимается почвоведение. В книге говорится об отдельных проблемах этой науки, ее перспективах, задачах, которые стоят сейчас перед почвоведами. Обсуждается связь почвенных исследований с решением практических вопросов развития сельского хозяйства. Показывается дискуссионность многих положений современного почвоведения, что отнюдь не умаляет достижений этой науки. Ведь наука бесконечна в своем развитии и часто возвращается к, казалось бы, решенным проблемам, чтобы пересмотреть их заново.

Книга не претендует на полный охват всех вопросов почвоведения. Она представляет собой скорее серию очерков о почвоведении, связанную единым подходом к теме, одним взглядом на почву как элемент биосферы.

Автор посвящает книгу памяти известного химика, лауреата Государственной премии Б. Л. Дяткина, по совету которого он и приступил к созданию этой книги и многие страницы которой были обсуждены автором в беседах с ним.

Один из элементов мироздания

Прежде всего про четыре узнай мирозданья начала:

воздух, огонь, жизнетворную почву и влагу,

чьею струею родник бытия создается для смертных.

Эмпедокл

Элементы мироздания: воздух, огонь, жизнетворная почва и влага

В 8—6-м тысячелетиях до нашей эры человек начал обрабатывать почву и возделывать растения. Это изменило весь уклад его жизни и оказало огромное влияние на последующее развитие человеческого общества. От простого пользования дарами природы, от периода собирательства, человечество вступило в эру выращивания культурных растений. В числе первых из них были лен, рис, ячмень, пшеница. Среди пшениц вначале наиболее широко возделывалась известная всем по пушкинской «Сказке о попе и его работнике Балде» полба. Зерна полбы и других видов пшеницы находят археологи в стоянках людей каменного века, в их свайных поселениях. Ткани, обнаруженные при раскопках погребений в Древнем Египте, Индии, Шумере, — льняные.

Позже человечество стало возделывать просо (родина его — Центральная Азия), коноплю, рожь. Сейчас используется уже около двух тысяч видов растений, включая и множество тех, которые выведены методами народной и научной селекции. Если к этому числу прибавить еще декоративные деревья, кустарники, цветы, то станет понятен колоссальный масштаб современного земледелия.

Необходимость обрабатывать землю способствовала производству сельскохозяйственных орудий. Сначала это были каменные сошники, затем бронзовые и железные. Косы, серпы, ножи расширили набор приспособлений. С ними, кстати, связана одна из первых профессий человека — кузнец. Но от первого каменного ножа до первого каменного сошника, а затем сохи прошло значительно больше времени, чем от сельской примитивной кузницы до атомного реактора.

Возникновение земледелия надолго разделило человечество на земледельческие — оседлые народы и скотоводческие — кочевые. К сожалению, это разделение сопровождалось долгими кровопролитными войнами. Известная библейская жертва в этой войне — Авель, убитый Каином. В легенде Авель — кочевник, а Каин — земледелец, в реальной же истории случалось и наоборот: кочевники иногда завоевывали земли оседлых народов, мечом и огнем опустошали их, а потом здесь же оседали. Так, например, кочевники гунны осели в Придунайской низменности.

Элементы мироздания

Древние земледельцы осваивали теплые безлесные районы (междуречье Тигра и Евфрата, Северную Африку и др.).

В этих районах выпадает очень мало осадков, поэтому земледельцы селились вдоль рек и обрабатывали пойменные почвы. Паводок каждый год обновлял почвы, откладывая на их поверхности ил. Хорошо известен древний афоризм: «Плодородие Египта — в Ниле, плодородие Нила — в иле». Пойменные почвы можно было легко обрабатывать, для этого примитивные земледельческие орудия подходили. Эти почвы было легко орошать, поэтому они постоянно давали урожай. Однако длительные засухи, поражавшие тропические и субтропические территории, были опасны и для пойменных земель.

Практика орошаемого земледелия способствовала развитию наук, и в частности астрономии. Так, например, земледельцу Древнего Египта надо было знать и точно предсказывать сроки разлива Нила. Египтяне эти предсказания делали по положению на небе созвездий. По мнению астрономов, названия созвездий Водолей, Рыбы и другие восходят к Древнему Египту.

Геометрия родилась из потребности древних земледельцев измерять участки земли, создавать оросительные каналы.

Наши далекие предки постепенно осваивали под сельскохозяйственные культуры новые территории. При этом наиболее удобными оказывались земли, занятые лесостепями и широколиственными лесами. Лесные участки выжигали. На удобренной древесной золой земле получали несколько лет хорошие урожаи. Когда же урожаи падали, почву забрасывали в залежь и выжигали новый участок. Эта система получила в современной науке название подсечной. Она была приемлема, пока было много свободных земель. Но постепенно земель оставалось все меньше, и поэтому одни и те же поля обрабатывались постоянно.

* * *

Человечество быстро осознало свою зависимость от земли. Сознание это отразилось в мифах и легендах всех народов. Философы древности в своем стремлении понять окружающий их мир считали землю (почву) наряду с воздухом, водой и огнем одним из начал, элементов мироздания. Эти четыре «начала» были определены греческим философом Эмпедоклом в V веке до нашей эры. В индийской же философии — в Ведах эти четыре элемента окружающего мира упоминаются древним философом Уддалаки еще в X веке до нашей эры.

Перечисленные элементы составляют неживую, так называемую абиотическую, часть окружающей нас природы. Вместе с живыми организмами: микробами, растениями, животными — они образуют биологическую сферу (биосферу) Земли. И почва — один из главных компонентов биосферы.

Четыре «начала мира» изучаются человечеством очень давно. Вода, пожалуй, была первым элементом, с которого началось изучение природы. Уже в III веке до нашей эры Архимед заложил начало гидродинамики. Воздух начали изучать лишь в XVII веке. «Торричеллиева пустота», законы Паскаля и опыт Герике (знаменитые магдебургские полушария, которые, когда из них откачали воздух, не могли разнять шестнадцать лошадей) положили начало законам аэродинамики. В том же XVII веке Ньютон положил начало изучению «огня» (энергия, сила, свет — все это в равной степени подходит под понятие «огня» древних греков).

Лукреций еще во II веке до нашей эры написал: «...все зачинает земля, дождевой орошенная влагой». Лукреций же первый описал очень важное свойство почвы — поглощать, задерживать соли: «...станет морская вода, когда просочится сквозь почву, пресною...» Однако в античное время и вплоть до XIX века почву не изучали. Ученых и практиков интересовали в основном приемы ведения сельского хозяйства, и в сводке агрономических правил упоминались лишь отдельные свойства почвы, которые надо было учитывать земледельцу.

В XV—XVI веках алхимики в поисках «философского камня» выполняли черновую работу накопления первичных фактов, необходимых для построения научных теорий. Опыт одного из них, голландца Ван Гельмонта, сыграл важную роль в истории естествознания. В 1629 году Ван Гельмонт посадил в кадку, наполненную ста килограммами почвы, ветку ивы, весящую два килограмма. Через пять лет он взвесил почву, выросшее дерево и установил, что почва потеряла всего семьдесят граммов, а вес ивы возрос с двух до шестидесяти шести килограммов. Ван Гельмонт сделал вывод, что главное в питании растения — вода. В 1699 году англичанин Вудворт опроверг Ван Гельмонта, показав, что масса мяты, выращенной в дождевой воде, достигает за семьдесят семь дней семнадцати гранов, а в водопроводной воде Гайд-парка — ста тридцати девяти гранов. С прибавкой же к воде почвы урожай мяты достиг двухсот восьмидесяти четырех гранов. Но опыт Вудворта долго оставался неизвестным, и заблуждение Ван Гельмонта господствовало в науке до конца XVIII века.

И вот в конце XVIII — начале XIX века работами англичанина Пристли, голландца Ингенгауза и швейцарца Соссюра была установлена роль углекислого газа в росте растений. Был открыт фотосинтез — синтез растениями углеводов из углекислого газа и воды на свету. Интересно и поучительно проследить ход открытия фотосинтеза и то, как, казалось бы, ясная истина ускользает от весьма искушенных в науке людей. Пристли установил, что мыши, помещенные под стеклянный колпак, через непродолжительное время задыхаются и погибают. Но, если внести под колпак зеленое растение, они остаются живы. Другой знаменитый английский ученый, Шееле, повторил этот опыт, но в темноте. Мыши погибли.

Из тупика вывел Ян Ингенгауз. Он установил, что зеленое растение «улучшает» воздух только на свету (к слову сказать, это открытие не принесло ему признательности со стороны Пристли — тот стал его личным врагом и своим авторитетом немало способствовал непризнанию заслуг Ингенгауза).

Открытие фотосинтеза заложило первый камень в теорию биосферы. Пристли отметил, что животные и растения не могут существовать изолированно. Все они выполняют свою роль в жизни биосферы: растения синтезируют органическое вещество, а животные и микроорганизмы превращают его в другие вещественные формы.

Если значение воздуха в питании растений было установлено к началу XIX века, то роль почвы в этом процессе еще долго была не ясна. Те семьдесят граммов почвенной массы, которые в опыте Ван Гельмонта были «потеряны» при выращивании ивы, надолго ускользнули от внимания ученых. Им не придали значения, так как сочли очевидным, что основная масса растения создается при усвоении им углекислого газа воздуха и воды из почвы.

История науки содержит немало примеров, когда «очевидное» оказывалось «невероятным», а «невероятное» становилось «очевидным».

В начале XIX века ученые и среди них знаменитый французский агрохимик и физиолог Ж. Буссенго установили, что кроме углекислого газа растениям необходим азот. Было показано, что это вещество растения берут из почвы. Буссенго первым применил водные растворы, содержащие минеральные вещества, для выращивания растений и доказал, что растения нуждаются в азоте. Из этого опыта, казалось бы, следовал очевидный вывод: растение из почвы забирает питательные вещества, такие, как азот, калий, фосфор, и от их наличия зависит урожай.

Но земледельцам и ученым-агрономам была знакома другая «очевидность», тоже, казалось бы, подтвержденная многовековым опытом ведения сельского хозяйства. Как правило, растения лучше растут на почвах с высоким содержанием перегноя, или гумуса. Например, на черноземах, самых богатых гумусом почвах, урожай без внесения минеральных удобрений выше, чем на любых других почвах. Внесение органических удобрений, и в частности навоза, заметно увеличивает урожай. Но так как и навоз, и почвенный гумус содержат азот, то был сделан вывод: растения питаются почвенным гумусом. Такая теория была выдвинута в конце XVIII — начале XIX века немецким ученым А. Д. Тэером. Она так и называется: гумусная теория питания растений.

Тэер считал, что растения используют «гумусную слизь» и из органического вещества гумуса строят свое тело и берут все другие элементы. Поэтому Тэер предлагал перестроить систему земледелия на основе поддержания содержания гумуса в почве на постоянном уровне. Решение этой проблемы Тэер видел в «плодосмене», в чередовании сельскохозяйственных культур с разными корневыми системами. Введение плодосмена — большая заслуга Тэера.

Буссенго установил, что клевер улучшает почву, накапливая в ней азот, и в этом он видел успех плодосмена: накопившийся азот повышал урожай следующей после клевера культуры. Но потребовались огромные усилия еще одного химика — немецкого ученого Юстуса Либиха, чтобы доказать роль именно минерального питания растений. В результате открытий Буссенго и Либиха была создана наука агрохимия, и оба этих ученых считаются ее основателями.

Чтобы получить урожай, чтобы заставить растение «работать», надо его «накормить». Либих установил, что в почву необходимо вернуть те минеральные вещества, которые увезены с поля вместе с урожаем. Этот закон «возврата» и сейчас используют агрономы, планируя урожай и рассчитывая, сколько удобрений необходимо внести в почву. Либих установил также, что урожай часто зависит от того питательного элемента, который находится в минимуме.

Обычно этот «закон минимума» иллюстрируют наполненной водой бочкой, верхний край которой составлен дощечками разной высоты. Естественно, вода в такой бочке будет стоять у края самой низкой дощечки. Так и урожай — его «уровень» определяется «высотой дощечки» — содержанием отдельных элементов. Если достаточно азота, но мало калия, то, пока не добавят в почву калий, урожай не повысится и избыток азота будет лежать мертвым балластом. Этот закон был восторженно принят миром. Действительно, урожаи возросли. Повысился доход земледельцев. И вдруг рост урожаев останавливается. Не действуют дополнительные дозы удобрений. Мало того, внесение удобрений иногда даже снижает урожай растений.

Либих принял очень близко к сердцу неудачи разработанной им системы удобрений. У него наступила тяжелая душевная депрессия. Он уже не верил ни в свои силы, ни в науку. «Я хотел исправить господа бога! Я посмел поднять руку на его творение», — писал он в письмах. Но уже появились работы, которые спасли и Либиха, и агрохимию.

Скандинавский ученый Оскар Лев в середине XIX века открыл явление антагонизма ионов: отдельные химические элементы, находясь в почве или в водном растворе в избытке, препятствуют поглощению растениями других элементов. Поэтому при неправильном соотношении элементов в почве их поступление в растение может затрудняться. Вторая причина неудач Ю. Либиха заключалась в том, что он считал почву чем-то вроде простого вместилища корней — своего рода «сосуда», из которого растение черпает воду и питательные вещества. Содержится много питательных веществ - почва хороша, если мало — надо их добавить, и почва станет хорошей. И помощь Либиху и агрономии пришла именно со стороны почвоведов от вновь созданной в конце XIX века науки — почвоведения.

* * *

До 80-х годов XIX века почвой занимались геологи и агрономы. Первые считали почву верхним геологическим слоем и не видели разницы между ним и, например, черными глинами, образованными во время юрского геологического периода. Некоторые геологи считали, что чернозем — это юрская глина, которую размыли ледниковые потоки и отложили затем в степях. Агрономы же за почву принимали верхний слой земли в 30—40 сантиметров и глубже «не заглядывали». Многие исследователи изучали почву, но привел факты в систему и основал новую науку — почвоведение выдающийся русский ученый В. В. Докучаев. Дата основания новой науки, определившей развитие ряда других, смежных наук, — 1883 год, когда вышла книга В. В. Докучаева «Русский чернозем».

С точки зрения автора этих строк, который не одинок в своих заключениях, наукой занимаются научные работники и ученые. Первые собирают и накапливают факты. Они делают очень важную и нужную работу. Но обилие фактов подобно Критскому лабиринту. Нужна нить Ариадны, чтобы пробраться сквозь него. И вот тогда выступают на арену ученые. Они объединяют факты на основании теории (этой нити Ариадны), и начинается новая эра накопления фактов. Самая ценная категория ученых — это «генераторы» идей — ученые, создающие идеи. Их мало. И тем значительнее их появление, тем больше человечество может гордиться своими «звездными часами». К таким ученым и принадлежал В. В. Докучаев.

В простом нагромождении фактов Докучаев увидел систему. В верхних слоях Земли, таких разнородных по внешнему виду, он обнаружил признаки естественно-исторического тела, обладающего своими особыми свойствами, историей, законами развития. Докучаев первым установил, что в сходных природных условиях образуются сходные почвы, а в разных — разные. Докучаев определил специфическое строение почв, показал, что почвы, как и другие природные тела, имеют свой внешний вид, свою форму, или морфологию, как говорят почвоведы.

В начале развития почвоведения как науки среди внешних морфологических признаков почвы исследователи в первую очередь отмечали разный цвет верхних горизонтов, верхнего метра земли. Поэтому многие почвы на первом этапе исследований получали «цветовые» названия (черноземы, каштановые почвы, буроземы, серые лесные, сероземы, красноземы, желтоземы и т. д.). Цвет почвы — как сигнальный флажок на корабле: он дает знать, каких веществ больше всего в ее составе — железа, кальция, перегноя, марганца и др. и как они распределяются внутри почвы.

В последние годы в классификации, принятой в нашей стране, названия почвам стали давать и по другим признакам, не только цветовым. Например, введены названия: дерново-лесные, мерзлотно-таежные, вулканические слоисто-пепловые и др. Следует отметить, что Докучаев ввел в науку ряд нецветовых названий: солонцы, луговые почвы и др. Эти названия отражают специфику почвы, особенности ее строения, присутствие особых горизонтов: солонцового, сложенного столбчатыми и призмовидными структурными отдельностями, или глеевого, сизовато-синеватого от застоя в нем воды.

Докучаев показал, что горизонты — это типичные для почвы образования. Они характерны для разных почв и различаются по цвету, плотности и другим признакам. Если, например, у почвы под перегнойным, или гумусовым, горизонтом белеет мучнистый, под цвет золы, горизонт — это подзолистая почва, так широко распространенная в лесной зоне. Горизонты — диагностические признаки почв.

Исследования почвоведов всего мира выявили большое разнообразие почвенных горизонтов. Среди главных в первую очередь следует назвать гумусовые, образующиеся в поверхностных слоях почвы. До Докучаева только эти горизонты обычно называли почвой. Гумусовые горизонты окрашены в серые и серовато-бурые тона, в них накапливается гумус, поэтому их называют гумусово-аккумулятивными горизонтами. Под гумусовыми могут формироваться так называемые элювиальные горизонты, или горизонты вымывания в одних почвах и переходные в других. Элювиальные обычно отмыты от железа, они более светлого тона, чем другие горизонты. Под элювиальными обычно образуются иллювиальные горизонты, куда приносятся соединения и вещества, вымытые из элювиального горизонта.

Переходные горизонты, как это видно из названия, сохраняют наряду с признаками почвообразования и признаки почвообразующей породы. Есть горизонты, где скапливаются разные соединения: карбонаты, гипс, соли натрия, есть солонцовые, слитые и т. д. Но именно наличие этих специфических образований — горизонтов и позволяет считать почву самостоятельным природным телом.

* * *

Выдающийся советский ученый В. И. Вернадский выделял в биосфере природные тела трех типов: живые, неживые (или косные) и биокосные, объединяющие свойства живых и неживых тел. К живым телам, как это совершенно ясно, относятся животные, растения, микроорганизмы. Косные тела биосферы — это в первую очередь горные породы, верхние слои атмосферы, частично — подземные, или грунтовые, воды. К биокосным телам Вернадский относил почву, формирование и существование которой — следствие, продукт взаимодействия живых и косных тел, живых организмов и горных пород. К биокосным телам относят также часть природных вод: моря, озера, реки, пруды, некоторые грунтовые воды, являющиеся, по выражению академика Г. Н. Высоцкого, ареной жизни. Почва в биосфере играет особую роль — она переходное звено из мира живой в мир неживой природы, из биосферы в геосферу.

Горные породы содержат те же самые элементы, которые нужны растениям (кроме азота, которого в большинстве горных пород нет). Но эти элементы хранятся там, как в сейфе, от которого потерян ключ. Растения-пионеры — лишайники, мхи, водоросли, поселяющиеся на горных породах, разрушают их и превращают в почву. Они открывают «сейф» для других растений. И почва начинает жить. Трупы животных, растительные остатки — все в почве превращается в питательные вещества для растений.

Горная порода остается такой же, какой она образовалась в результате излияния магмы и преобразования при высоком давлении и соответствующих температурах, или выветривается, превращаясь в другую горную породу. Помещенная в музей горная порода не меняется.

Судьба образовавшейся из геологической породы почвы может сложиться по-разному. Она может очень долго существовать и развиваться на месте своего образования без видимых перемещений отдельных ее частей, без перемешивания. Но может случиться так, что по какой-либо причине почва будет повреждена. Человек выроет траншею, ветер выворотит дерево — перемешиваются почвенные слои. Но проходит сто — двести лет, и в естественных условиях на том же месте восстанавливается та же почва. Происходит как бы ее регенерация (как восстановление оторванного хвоста у ящерицы).

Часто около нефтебаз и бензозаправочных станций, возле нефтепромыслов мы встречаем бесплодные пустыри. Это «мертвая» почва, убитая нефтью и керосином. На городских свалках железо, кирпичи, строительный мусор тоже убивают почву. И хотя морфология почвы, ее горизонты как будто не нарушены, погибло, отравлено ее живое начало — микробы и беспозвоночные животные. В ней нет уже обмена, круговорота веществ, следовательно, нет жизни.

Истинно полноценной почву можно считать лишь в природных условиях, пока на ней растут растения, а в ней живут животные, включая беспозвоночных, личинок насекомых и др. В почве непрерывно происходят движение воды, превращение органических остатков, потребление и пополнение питательных веществ. Почва живет, пока она находится там, где образовалась, пока на ней растут растения. В музее мы увидим «чучело» почвы, так как одно из главных ее свойств — плодородие. Когда она лишается этого свойства, то умирает.

Намечается аналогия между почвой и живыми организмами: у почвы есть «рождение», есть «смерть», есть онтогенез — развитие определенного индивида и филогенез — развитие почвенного покрова какой-либо природной зоны в целом. И это в корне отличает почву от всех неживых тел. Онтогенез почвы можно увидеть довольно часто: на отвалах горных пород, на брустверах старых окопов, на стенах древних построек (старые крепости, церкви). Всюду, где поселяется растение, начинается почвообразование. Сначала почва представляет собой маломощный слой перегноя, затем образуется типичная для данной местности почва. Так, на известняках, из которых сложены стены Староладожской крепости, построенной более восьмисот лет назад, образовались черноземные почвы.

Пока существует данная климатическая зона, пока в природе нет серьезных катаклизмов, например извержений вулканов с погребением почв или наступления ледника, резкого изменения климата, вновь рождающаяся почва однотипна с другими почвами этой зоны. Но если изменится климат, а вместе с ним и растительность, то изменится и почва. И новая почва будет отличаться от старой, да и сама старая почва постепенно начнет эволюционировать в сторону новой.

В третичный период и частично в четвертичный на территории Евразии господствовал субтропический климат. Леса из гигантских папоротников росли даже в Арктике. Под этими лесами образовывались красноземы и перегнойно-болотные почвы. Когда наступил ледниковый период, то резкое похолодание вызвало изменение живых организмов и вместе с ним изменилась почва. И на смену красноземам пришли другие почвы. Так, например, в Кулунде на красноцветной коре выветривания — реликте третичного периода и третичных почв — образовались каштановые почвы.

Эволюцию почв можно наблюдать при вмешательстве человека. При этом деятельность человека соизмерима с влиянием всех других факторов почвообразования. Если в естественных условиях смена почвы сопряжена в первую очередь с изменением климатических или гидрологических условий (уровня залегания грунтовых вод, степени дренированности территории), то использование почвы человеком может привести к ее изменению и при постоянстве других факторов. Правильная, культурная обработка почв (постоянное внесение удобрений, в том числе навоза, глубокая вспашка и т. д.) приводит к тому, что обедненные гумусом подзолистые почвы превращаются в более богатые дерновые (черноземовидные окультуренные). Таких почв до середины XIX века было много в районах старой земледельческой культуры западной части России, в том числе в лесной зоне. Но земледельцы стали интенсивно осваивать черноземы, и лесные почвы потеряли свое значение как производители товарного зерна. Пахотные, окультуренные земли стали забрасывать под леса, и через двадцать — тридцать лет черноземовидные почвы вновь начали превращаться в подзолистые. Таким образом, изменившиеся условия существования приводят к эволюции почв, как и к эволюции живых организмов.

Интересно отметить еще такую связь между почвой и растениями: первыми на земле появились низшие растения — грибы, мхи и прочее и лишь потом цветковые растения. Поскольку горные породы, как изверженные, так и переотложенные — осадочные, обладали щелочной или по крайней мере нейтральной реакцией среды, то многие низшие растения выработали у себя приспособительную способность резко подкислять почвы, очевидно, для перевода необходимого количества минеральных веществ в растворимую и усвояемую растениями форму. А пришедшие к ним на смену цветковые растения развивались на уже подкисленной почве и выработали в себе соответствующую «привычку» к таким условиям. Сейчас мхи и лишайники часто первыми поселяются на разных геологических породах и сильно их подкисляют. А цветковые растения, как правило, способствуют гумусонакоплению.

Жизнь в почве немыслима без воды. Без нее невозможно ни образование, ни существование почв. Большинство горных пород плохо смачивается водой. Они как камни на морском берегу: только набежала вода, смочила их, и вот они уже сухие. Прошел дождь, смочил гранит, и по трещинам вода просочилась вглубь или стекла по склону. И снова гранит стал сухим. А почва — это система всевозможных пор, каналов, пустот. И вода, попадая в почву, задерживается в ее порах, как в резервуаре, из которого растения ее постепенно используют. Даже в среднеевропейской лесной зоне, где, казалось бы, дожди не редкость, многие ручейки к августу пересыхают. Иногда высыхают даже пруды. А в почве по-прежнему есть вода. Она и поддерживает существование растений.

Как уже отмечалось, забирая из почвы пищу и воду, растения одновременно изменяют ее. Иногда под их влиянием в почве образуются ядовитые для некоторых растений вещества. Но почва приходит на помощь растениям. Она обладает одним важным свойством — буферностью. Когда прыгуны в высоту преодолевают планку на высоте двух метров, то для мягкого приземления с другой стороны планки кладут поролоновые маты. Это буфер, который предохраняет спортсмена от травмы. Составляющие почву минералы и микробы служат буфером, предохраняющим ее от быстрого изменения. При неразумном вмешательстве человека могут резко ухудшиться почвенные свойства, даже если дать ей питательные вещества.

Так случилось у Либиха: внесение удобрений без учета свойств привело к «отравлению» почвы. Потом постепенно она «оправилась», но долгое время урожаи были низкими. Профессор МГУ Е. П. Троицкий говорил: «Нет вредных веществ, есть вредные концентрации». Аналогично высказывался известный химик и врач Парацельс. Он говорил, что все может быть и ядом, и лекарством — это зависит от дозы. Мы знаем множество случаев отравления людей лекарствами, принятыми в повышенной дозе. Подобное происходит и с почвой. Избыток в ней даже полезных для растений веществ может оказаться ядом для микроорганизмов и растений. Почва не успевает «переварить» эти вещества, перевести их в «удобную» для растения форму, и они могут погибнуть. Поэтому изучение свойств почв — обязательное условие земледелия, без их знания нельзя повысить урожаи.

* * *

Почва как живой организм имеет свой возраст, поэтому ее называют историческим телом.

Сто тысяч лет назад на нашей планете начался ледниковый период. Ледник, наступавший из Скандинавии, уничтожил все существовавшие до него ландшафты. Несколько раз ледник отступал и снова наступал, а в межледниковые периоды вновь развивался растительный покров и образовывались почвы. Но новая стадия оледенения приводила к гибели ландшафтов межледниковья. Еще сейчас в обнаженных карьерах встречаются погребенные более поздними наносами почвы межледниковых стадий.

Одиннадцать тысяч лет назад кончился ледниковый период. Ледник растаял. На многих территориях, и в частности на Восточно-Европейской равнине, после таяния ледника были переотложены принесенные ледником пески, суглинки, глины. На этих породах поселились растения, образовались почвы. И вот уже одиннадцать тысяч лет существует здесь почвенный покров и столько - же лет в отдельных местах рождаются и умирают почвы. Например, сто пятьдесят лет растет на одном месте сосна или ель. Приходит время, и дерево падает, выворачивая с корнями почву. Образуется яма, на дневную поверхность выходят нижние горизонты почвы, а иногда так называемая материнская порода, из которой почва образовалась. Постепенно яма зарастает, в ней поселяются новое дерево или другие растения, и через несколько десятков лет образуется такая же (или почти такая же) почва.

Почвенный покров существует столько, сколько существует данный ландшафт. А отдельные участки почвы, или, как их называют, почвенные индивиды, из которых состоит и почвенный покров, живут сто — двести лет.

Так как почва «смертна», то неправильное ведение хозяйства может ускорить эту смерть. Вспахивая почву, мы разрыхляем верхний, богатый питательными веществами горизонт. При определенных условиях, например сухая ветреная весна, его легко может развеять ветер и снести вода. Начнется эрозия, этот страшный бич сельского хозяйства. Подсчитано, что ежегодно в реки, озера и моря сносится из почвы столько питательных веществ, сколько вырабатывают все заводы мира, производящие минеральные удобрения, за десять лет, Правильная организация территории, разумная система земледелия — вот лучшие лекарства от эрозии.

Для борьбы с насекомыми и сорняками часто применяют яды, казалось бы безвредные для возделываемых растений. Но к сожалению, вместе с вредными насекомыми часто гибнут и полезные. Кроме того, яды могут накапливаться в почве и водоемах, перейти в растения и в конечном счете в пищу человека (известен такой пример: многолетнее применение ядов в садах Голландии привело к накоплению в почве, а затем и в плодах мышьяка). Некоторые химикаты, давая большую прибавку в урожае, могут препятствовать синтезу витаминов в растениях.

Восемь тысяч лет человек обрабатывает почву. Но только сто лет ученые детально изучают ее свойства. И они многого достигли. Знание почв позволило намного повысить урожай культур, и в частности пшеницы (с 5—7 центнеров с гектара в начале XIX века до 20—40 центнеров с гектара в наше время). Но способы обработки почвы за это время изменились не так уж сильно. Остался тот же принцип — вспашка земли.

Надо сказать, что обработка почв до сих пор еще теоретически обоснована недостаточно. Мы знаем, что у почвы есть так называемое состояние спелости, когда она содержит достаточное количество воды и прогрета солнцем. Такая почва готова для обработки. Но спелость — состояние мимолетное. Иногда оно длится буквально несколько часов. И подобно тому как груша несъедобна в недозрелом и перезрелом состояниях, так и почва не годится в обработку, если она «неспелая» или «переспелая».

Если учесть, что каждый год человечество переворачивает при вспашке гору земли объемом с Эльбрус, то станет понятной забота о новых методах обработки почвы. Нас уже не устраивает дедовская скорость вспашки 8—10 км/час. Но повышение скорости требует изменения почвообрабатывающих орудий. Наверное, решение этого вопроса лежит в поисках совершенно новых форм и методов обработки.

В научной литературе обсуждаются различные новые способы обработки почв. Это и применение специальных дисковых плугов, и разрыхление почвы жидким воздухом (жидкий воздух накачивают в верхний слой почвы, он нагревается, расширяется и разрыхляет почву), и некоторые другие.

Ультразвук способен быстро разрыхлять почву, но одновременно способен убить ее живое население: микробов, червей. Однако, зная характер связей между животными, растениями и почвой, можно уже после обработки внести в почву нужные микроорганизмы и соответствующих животных. Возможно, уже в ближайшем будущем «задействуют» биологические станции, на которых будут разводить фауну и флору, необходимые для данных почв и данных культур: пшеничных, овощных и т. д. Увеличение скорости выветривания почвенных минералов с помощью внесения живых организмов, ферментов или других катализаторов также может быть совершенно новым способом обработки.

В связи с интенсификацией сельского хозяйства в ряде стран получили применение искусственные почво-смеси в парниках и теплицах, а также гидропоника.

Теоретически возможны многоэтажные оранжереи с искусственным освещением. Но какая среда будет играть роль искусственной почвы? Водный раствор? Он удобен, но годится не для всех культур. Кроме того, почва должна быть достаточно буферна к воздействию растений, обладать способностью «саморегулировки». И может оказаться, что проблема создания искусственной почвы окажется аналогичной проблеме создания искусственного «человека-робота».

Есть минерал перлит, который при сильном нагревании увеличивает свой объем, а следовательно, количество пор, влагоемкость, буферность. Искусственные перлитовые почвы с успехом применяют в Болгарии для выращивания роз и табака. Но точно такие же легкие и пористые почвы формируются на Камчатке на вулканическом пепле. Так что иногда лучшая искусственная почва оказывается в какой-то мере имитацией естественной.

В наше время в обиход вошел термин «зеленая революция», связанный с резким повышением урожаев на основе селекции новых сортов пшеницы, главным образом в Индии и Мексике, а также в других странах. Однако во всем мире стоит вопрос об интенсификации сельского хозяйства. И поскольку урожай определяется количеством воды и пищи, поступающим в растение, то, чем богаче питательными веществами почва, тем меньше нужная растению площадь питания и тем больше растений вырастает на данной площади (все та же задача, поставленная Д. Свифтом: вырастить два колоса там, где раньше рос один). Почва должна обеспечить появление всходов, дальнейший их рост, снабжение их водой и пищей. Вся предпосевная и послепосевная обработка сводится к решению этих задач. Мы пашем, боронуем, прикатываем почву, чтобы облегчить появление всходов. На практике из полутора-двух центнеров на одном гектаре семян всходит лишь пятьдесят процентов. Остальные гибнут. Поедают их мыши и суслики, склевывают птицы. Но значительная часть их гибнет из-за корки, образовавшейся на поверхности почвы, оседания почвы и связанного с ним разрыва корней, «выпирания» проростков из почвы в результате ее набухания. Плотная корка особенно часто бывает причиной гибели семян и проростков. Всходы, не сумев ее пробить, задыхаются и гибнут. На хорошо «оструктуренных» почвах, состоящих из мелких прочных комков, размером 1—3 мм, например черноземах, корка не образуется.

Еще в 30-х годах нашего века было предложено оструктуривать химически самый верхний слой почвы, чтобы не образовывалась корка. Агрофизики ленинградской школы академика А. Ф. Иоффе рекомендовали вносить в почву органический клей — полимер, который склеивал бы частицы и создавал нужную структуру почвы. К сожалению, в то время некоторые ученые встретили эту идею в штыки. Но впоследствии бурное развитие химии определило появление ряда веществ-полимеров (полиакриаламидов и др.), которые оправдали надежды ученых и позволили осгруктуривать верхний слой почвы.

Мало того, новые полимеры позволили заняться улучшением всего корнеобитаемого слоя почв. Особенно это важно на периодически переувлажненных почвах, обычно глинистых, плохо впитывающих воду. Обычное средство борьбы с избыточным увлажнением — дренаж. Чтобы повысить устойчивость дрен, ведутся опыты по оструктуриванию почвы вблизи дрен.

Искусственное оструктуривание почв полимерами применяют также при поливах. В этом случае задача та же самая — увеличить впитывание воды в почву. Оструктуривание почвы приводит к резкому уменьшению ирригационной эрозии, особенно на таких почвах, как сероземы.

Н. А. Качинский любил говорить, что «культурная почва — это структурная почва». В этих словах скрыт большой смысл.

Известно, что на юге черноземной зоны, а также в сухих субтропиках и тропиках, встречаются глинистые слитые почвы. Они очень плотные, бесструктурные, требуют больших усилий при обработке. Растения на них угнетены. Однако такие же глинистые почвы речных долин низкогорий Алтая, обладающие водопрочной зернистой структурой, очень плодородны.

Возможно, что внесение полимеров и искусственное оструктуривание почв в конечном итоге окажутся самым действенным средством повышения плодородия почвы.

Таким образом, используя природные процессы, но направляя их с нужной скоростью и в нужном направлении, можно добиться улучшения почвы и соответственно резкого увеличения урожаев.

Почвы и биогеоценоз

Мы наблюдаем теснейшее взаимодействие и полное содружество

мира органического и мира неорганического.

В. В. Докучаев

Полное содружество органического и неорганического мира

Докучаевское определение почвы как естественного тела, образовавшегося под воздействием климата и живых организмов на геологической породе, стало началом не только науки о почвах. Установленная Докучаевым связь между живыми и неживыми компонентами природы имела большое значение для развития таких научных дисциплин, как ландшафтоведение, биогеоценология, биогеохимия. Краеугольное понятие всех перечисленных наук — представление о биосфере. Ее определение, как уже отмечалось, было дано академиком В. И. Вернадским. Биосфера — это часть литосферы, гидросферы и атмосферы, где распространена жизнь, где существует живое вещество. В этих трех структурных элементах биосферы центральным звеном является почва. По почве выделяются ландшафты. Элементарный ландшафт — это участок суши, представленный одной почвой или комбинацией почв.

Академик Г. Н. Высоцкий в начале XX века обратил внимание, что свойства почвы зависят от ее положения в рельефе. Скажем, на вершине водораздела свойства одни, на его склоне и нижней части склона — несколько иные. На вершине водораздела развиваются «независимые», «автономные» почвы, в которых нет дополнительного, кроме осадков, притока влаги, нет привноса ила или химических веществ, смытых и вымытых из других почв. В северных степях водоразделы заняты черноземами, в лесной зоне — подзолами и дерново-подзолистыми почвами. На склонах водоразделов профиль почвы искажается из-за сноса, смыва верхних горизонтов. Поэтому у черноземов на склоне меньше мощность гумусовых горизонтов, ближе к поверхности подходит слой карбонатов (солей кальция и угольной кислоты, образующих в почве скопления разной формы в виде налета, прожилок, округлых образований — «белоглазки»). Эти почвы как бы переходные, их образование связано с переносом материала, со смывом его, иными словами, они подчинены почвам водораздела. В нижних частях склонов, где они выполаживаются, снесенный материал образует наносные почвы, еще более подчиненные почвам водоразделов и склонов. Перераспределение материала в ландшафте приводит к тому, что в пределах этой природной системы образуется цепь — ряд почв, названных английским ученым А. Милном катеной (от английского catena — «цепь, ряд»).

Почвы и биогеоценоз

Роль почвы в ландшафте очень важна: она замедляет вынос веществ за пределы ландшафта, переводя сток воды по поверхности во внутрипочвенный сток. При этом почва как фильтр может задерживать часть веществ.

Кроме того, в связи с неодинаковой растворимостью выносимых веществ они задерживаются в пределах ландшафта в его разных частях, что может привести к выделению в географическом ландшафте серии геохимических ландшафтов. Например, водораздел — область выноса кальция из почв, а подошва склона — область его накопления, осаждения.

Но сам ландшафт также состоит из ряда природных, или экологических, систем, включая биогеоценозы. В понятии «экологическая система» подразумевается сочетание живого организма и среды его обитания, система «организм — экологические условия его жизни». Простейшими экосистемами можно считать каплю воды с микроорганизмами и ствол дерева с растущими на нем лишайниками, клеща, впившегося в кожу лося, и самого лося в осиннике. Биосферу можно рассматривать как глобальную экосистему.

В зависимости от среды обитания выделяют экосистемы, в которых организмы обитают на живых же организмах: клещ на коже собаки, лишайник на дереве. Их можно назвать биогенными, порожденными живыми организмами. Другие экосистемы представляют собой развитие организмов на субстрате органического и неорганического происхождения. К первым относятся подрост ели на упавшем стволе дерева, личинки жука могильщика в теле умершего крота, растения на отложениях мохового торфа. В зависимости от организатора системы (живого организма, обитающего в данной среде) можно выделить экосистемы растительные, животные, микробиологические. В биогенных экосистемах средой для живых организмов могут быть также растения, животные, микроорганизмы. Особую группу составляют экосистемы, в которых экологической средой являются субстраты неорганического происхождения: атмосфера, вода, почва. Все эти экосистемы — биокосные, так как живые организмы в косном, неорганическом субстрате производят определенные преобразования, превращая их в биокосные природные тела.

Простые экосистемы объединяются в более сложные. Например, система «микроорганизм — личинка овода» входит в состав системы «лось — личинка овода — микроорганизм», а последняя входит в систему «еловый лес». Таким образом, на каком-то уровне любая биогенная или органогенная экосистема войдет в состав более сложной и обязательно биокосной экосистемы. И на определенном уровне в состав такой наземной экосистемы обязательно включается почва.

Биокосную экосистему в границах одного растительного сообщества на специфичном для него почвенном покрове, включающую характерный животный мир, в науке называют биогеоценозом (БГЦ). Если для простых экосистем размеры и продолжительность жизни ограниченны, то биогеоценозы могут существовать несколько лет и достигать площади не менее нескольких гектаров. Устойчивость во времени и постоянство состава, строения, структуры биогеоценоза как основной пространственной единицы организации биосферы и позволили выделить его как отдельный организационный уровень экосистем.

Биогеоценоз — это экосистема, практически включающая все виды простых экосистем. Наземные биогеоценозы состоят из растений, животных, микроорганизмов, почвы, водных растворов, воздуха. Связи между всеми этими компонентами проходят через почву. Особенно это относится к связям между растениями и животными. Растения поглощают минеральные вещества из почвы и, используя энергию солнца, с помощью хлорофилла из воды и углекислого газа из воздуха синтезируют сахара и крахмал. Из этих органических веществ с добавлением азота, полученного растениями из почвы, синтезируются белки, аминокислоты и множество других соединений, необходимых растениям для жизни. Микроэлементы, поглощенные из почвы, частично входят в ферменты, участвующие во всех биохимических реакциях в растениях. Насекомые и травоядные животные поедают растения и преобразуют органическое вещество растений в органическое вещество своего тела. Птицы едят насекомых, хищники едят и птиц, и травоядных животных. Хищники тоже могут стать жертвой другого животного (также хищника).

В результате деятельности животных органическое вещество разрушается до более простых соединений, в том числе и до углекислого газа и воды. Минеральные вещества, прошедшие весь цикл от растения до животного, тоже поступают в почву, освободившись из органического вещества. Из почвы углекислый газ выделяется в атмосферу, где он перехватывается растениями, а освободившиеся минеральные вещества поглощаются корнями растений. Круг замыкается.

В процессе всего этого круговорота фитомасса сначала превращается в зоомассу, а последняя разрушается до простых соединений и снова превращается в фитомассу, частично в микробную массу, а частично переходит в почвенный гумус. Превращение биомассы непрерывно сопровождается выделением в атмосферу углекислого газа в результате дыхания животных и растений. Часть биомассы может надолго законсервироваться в виде гумуса или болотного торфа. Поступая в почву, органические вещества увеличивают растворимость многих почвенных соединений, изменяют свойства почвы — ее структуру, водопроницаемость, способность фиксировать из воздуха азот, конечно, с помощью микроорганизмов.

Вся цепь превращений органических веществ от растений к разного вида животным — это так называемая трофическая, или пищевая, цепь. Каждый живой организм в процессе питания преобразует органическое вещество и передает его дальше по цепи. Почва — начало и конец, альфа и омега трофической цепи в биогеоценозе, начало и конец природного круговорота. Почва помогает веществам и элементам, потребленным животными, снова включиться в природный круговорот. При этом почва помогает таким веществам вступить в биологический круговорот на одном из самых важных участков цепи: в звене почва — растение.

Итак, почва как бы замыкает на себя часть связей между животными и растениями, не только играя роль арены, где разыгрываются сцены жизни, но и являясь также преобразователем вещества разного происхождения в усвояемые для растений формы соединений.

Изучением связей между компонентами биосферы, следовательно, биогеоценоза занимается наука биогеоценология. Ее основы были заложены трудами таких ученых, как В. В. Докучаев, В. Н. Сукачев, В. И. Вернадский, Г. Ф. Морозов, Л. Г. Раменский. Отличие биогеоценологии от экологии в том, что экология изучает более простые экосистемы: отдельные организмы, отдельные популяции живых и растительных организмов. Биогеоценология изучает весь биогеоценоз в целом.

Велика сложность биогеоценоза. Огромное число участников этой системы с многочисленными трофическими цепями усложняют строение и существование биогеоценоза. Как всем биологическим системам, биогеоценозу свойственна саморегуляция. Например, расплодившиеся лоси уничтожают молодую поросль сосны. В естественных условиях поголовье лосей регулируется количеством волков. Стало лосей больше — количество волков увеличивается и сокращает поголовье лосей. Лосей стало меньше — часть волков покидает биогеоценоз. В естественных условиях численность особей одного вида в среднем колеблется около какого-то равновесного для данного биогеоценоза значения. Каждый вид в биогеоценозе занимает, как говорят экологи, свою экологическую нишу. Поэтому и волк, и лось способствуют совместными, хотя, конечно, непреднамеренными усилиями формированию данного типа биогеоценоза (конечно, наряду с другими факторами).

Итак, любой живой участник биогеоценоза полезен, если он находится в норме. Избыток его численности может привести к гибели если не всего, то части биогеоценоза, и, наоборот, исчезновение какого-нибудь вида также может нанести вред биогеоценозу. Например, можно представить такую картину. Исчезли в лесу лисы — расплодились зайцы и мыши. Среди них сохраняются и слабые, и больные, которые раньше шли на обед хищникам. Зайцы обгладывают деревья, губят лес — словом, подрывают свою «кормовую базу». Накопление же больных особей может привести к эпизоотии среди зайцев и даже к гибели данной популяции («населения» зайцев в биогеоценозе). Если же врагов у данного вида не окажется, то он может коренным образом изменить биогеоценоз.

Животные меняют растительный покров, это изменение приводит к замене одних свойств почвы другими Однако среди динамичных, быстро меняющихся компонентов биогеоценоза почва — один из самых консервативных. Изменение состава растений и животных сказывается на почве, но часто это проявляется лишь в колебании содержания гумуса, кислотности, запаса питательных веществ. При этом сам тип почвенного покрова может сохраниться полностью.

Консервативность почвы как компонента биогеоценоза определяет его буферную роль в нем, о которой уже говорилось раньше. Почва способствует сохранению данного типа биогеоценоза, причем даже после длительных рекреационных нагрузок. Она хранит семена всех растений, составляющих биогеоценоз. Эти семена иногда хранятся по нескольку лет, но наступает момент, и они прорастают, восстанавливая нарушенный по какой-либо причине растительный покров.

Обладая определенной влагоемкостью (способностью удерживать воду) и теплоемкостью, почва часто регулирует тепловой и водный режимы в биогеоценозе, сохраняя для растений возможность выдерживать неблагоприятные колебания погоды.

Почва удерживает питательные вещества от выноса за пределы корнеобитаемого слоя, что также позволяет регулировать жизнь биогеоценоза.

Почва — убежище для многих животных, и это одна из важных ее биогеоценотических функций.

Биогеоценотическая роль почвы проявляется также в разрушении вредных токсических веществ, образующихся в биогеоценозе в течение его жизни.

Велика геохимическая роль почвы, ее значение как геохимического экрана. Это свойство особенно привлекает внимание исследователей в последнее время в связи с проблемами загрязнения ландшафтов тяжелыми металлами, такими, как свинец, ртуть и пр.

Хотя почва — консервативный элемент биогеоценоза, она тем не менее постоянно изменяется под влиянием животных и растений. Поселяясь на почве, растения влияют на многие ее свойства. Корни растений создают в почве определенную сеть пор, скважность. Поровое пространство почв представлено порами разного размера и формы, капиллярами разного диаметра. В зависимости от вида растения и характера его корневой системы меняется соотношение пор: камер и капилляров разного диаметра. Следовательно, меняются плотность почвы, ее влагоемкость. Растения действуют не только на физические свойства почвы, они влияют на ее химический состав. Как уже говорилось, растения могут подкислять почву, например мхи, хвощи, и подщелачивать ее, как это делает саксаул. Опад саксаула богат кальцием и натрием и обогащает солями этих элементов приствольные круги. Почва около стволов становится щелочной и содержит повышенное количество солей.

О влиянии животных на почву уже говорилось: они перерывают почву, удобряют ее, изменяют растительный покров и так далее. Подробнее их роль будет показана в следующих главах.

Надо отметить также огромную роль микроорганизмов в жизни биогеоценоза и почвы. Есть микроорганизмы, которые живут свободно в почве, например, так называемый азотобактер, а есть живущие на. корнях некоторых растений: клевера, люцерны, ольхи — это так называемые клубеньковые бактерии. Все они могут усваивать азот непосредственно из воздуха и преобразовывать его в разные азотсодержащие органические соединения. Эти микроорганизмы — основной источник азота в почве, а следовательно, и в биогеоценозах.

В результате многих тысячелетий почвообразования в почвах накопились достаточно высокие запасы азота. Часть его ежегодно потребляется растениями, а затем из растений усваивается животными. Часть также ежегодно возвращается в почву с спадом, с выделениями животных и т. д. Но так или иначе весь азот, который сейчас находится в круговороте в биогеоценозе, своим происхождением обязан микроорганизмам. И обогащения почвы азотом можно добиться, внося в нее минеральные и органические удобрения, содержащие азот, или же улучшив условия жизни азотфиксирующих организмов.

В почве микроорганизмы обычно обитают на поверхности почвенных частиц, они как бы прикреплены к почвенным частицам, приклеены, сорбированы, и почва предохраняет их от резких перепадов температуры и влажности.

Есть еще одна динамичная особенность почвы: изменение ее свойств под влиянием суточных, сезонных и многолетних изменений погоды и климата. Так, в течение суток резко меняется выделение из почвы углекислого газа. Утром оно может измеряться одним-двумя килограммами на один гектар в течение часа, а днем — шестью-семью килограммами.

Меняется в течение суток и влажность почвы, особенно ее верхних горизонтов. Часто эти изменения связаны с суточными колебаниями температуры. Для многих почв характерна высокая влажность в начале весны, сильное иссушение в летние месяцы и медленное восстановление запасов воды в осенне-зимне-весенний период. Такое изменение влажности естественно связано с интенсивным расходом воды растениями в летние месяцы. Наибольший расход обычно приурочен к максимальному росту растений. Иногда воды, запасенной в почве, растениям не хватает, и они гибнут.

Колеблется в течение сезона также содержание доступных растению питательных элементов, но динамика их отличается от динамики воды. Например, содержание фосфора и калия в зимние месяцы держится на одном сравнительно невысоком уровне (имеются в виду доступные растениям формы соединений этих элементов). При увеличении температуры их количество резко возрастает. Обычно в средней полосе северного полушария это происходит в начале апреля. В течение лета отмечается несколько пиков в содержании питательных элементов, что связано с ритмами потребления, свойственными растениям.

Таким образом, цикличность многих процессов в природе сопровождается цикличностью в изменении свойств почв. Но чаще эта цикличность напоминает не круг, а спираль. И изменения в свойствах почв могут постепенно накапливаться, могут постепенно изменяться содержание разных питательных веществ в почве и другие ее свойства.

Итак, почва в биогеоценозе, определяющая жизнь многих растений и животных, но и сама зависящая от них, — причина и следствие биогеоценотических процессов.

Почва прямо и косвенно усваивает энергию солнца. Прямо — при прямом нагревании, поступлении осадков, косвенно — через деятельность растений и животных. Эта энергия частично снова передается растениям, которые снова пополняют запасы ее в результате фотосинтеза. По пищевой цепи энергия (конечно, и вещество) поступает от растений к другим организмам, постепенно преобразуясь, пока снова не попадет в почву. И в этом одна из важнейших функций почвы в биогеоценозе. Обмен веществ, энергии — основное свойство биогеоценоза, такое же характерное, как обмен веществ для живых организмов.

В нарисованной схематической картине жизни биогеоценоза опущено много деталей, так как важно было проследить роль почвы в этой жизни. Следует сказать, что многообразие и важность функций почвы в биогеоценозе давно установлены почвоведами. Вскрыто много интересных фактов, и в частности роль почвы в предотвращении самопроизвольной гибели биогеоценозов. Во многих случаях почва явно способствует поселению и восстановлению определенных биогеоценозов со свойственным им набором растений и животных. Поэтому и уделяется сейчас так много внимания роли почвы в биогеоценозе. Поэтому так тесно связаны между собой почвоведение и биогеоценология.

В последнее время все большее значение придается биогеохимии почв. Всевозможные органические и минеральные соединения мигрируют в почве. Часть их перераспределяется в пределах катены, часть вымывается за пределы данного ландшафта (например, кальций из водораздельных почв, как об этом уже говорилось). Роль почвы в качестве планетарного фильтра и перераспределителя веществ все более привлекает внимание исследователей, поэтому и биогеохимия также тесно увязывает свои исследования с почвоведением. Такая многообразная роль почвы требует и разработки самых разных приемов ее изучения.

Можно сказать еще об одной очень важной функции биогеоценоза - его роли в эволюции растений, животных и микроорганизмов. Их эволюция идет только в биогеоценозе. Только в этой природной системе происходит естественный отбор видов и особей. В то же время не исключено, что почва - естественный хранитель разных мутагенов - химических веществ, способствующих мутациям в живых организмах. К сожалению, эта роль почвы как компонента биогеоценоза еще недостаточно изучена.

Чернозем, гумус и плодородие почвы

Зреет рожь под жаркой нивой,

И от нивы и до нивы

Гонит ветер прихотливый

Золотые переливы

А. А. Фет

Зреет рожь под жаркой нивой

Младший редактор статистического отдела Министерства государственных имуществ В. И. Чаславский в 1875 году принял одно важное решение, обеспечившее ему известность. Он пригласил принять участие в работе над картой русского чернозема В. В. Докучаева, тогда еще магистра геологии и минералогии, а затем приват-доцента Санкт-Петербургского университета.

В. И. Чаславский составлял, как велось еще со времен Ивана Грозного и Бориса Годунова, почвенную карту европейской части России опросным методом. Он разослал по губерниям Российской империи вопросники и на основании полученных ответов собирался составить карту русского чернозема. В 1878 году Чаславский скоропостижно умер, и окончательный вариант карты был составлен уже В. В. Докучаевым, который свел воедино все материалы. Карта была выпущена в свет и получила название карты Чаславского. Это была последняя карта распространения чернозема, сделанная опросным методом. В. В. Докучаев, работая с материалами, увидел всю неполноту ответов губернских чиновников. Выявились разночтения. Часто под одним названием объединяли самые разные почвы. Так, к черноземам некоторые относили болотно-перегнойные почвы Архангельской губернии. Поэтому уже после окончания работы над картой В. В. Докучаев организовал экспедицию для изучения черноземов, итоги которой были опубликованы в монографии «Русский чернозем». Во время своих экспедиций, или, как называл сам В. В. Докучаев, экскурсий, он убедился, что «в одних уголках России под словом чернозем разумеют всякую растительную почву, особенно если она навозная, в других — вообще почвы, окрашенные в темный цвет», в третьих — это название «дают таким почвам, независимо от цвета, которые приносят вообще хорошие урожаи». На разных почвенных картах к чернозему относили все черное с поверхности — от луговых и болотных почв Архангельской губернии до «черных земель» Астраханской губернии. Эта вековая путаница была наконец разгадана В. В. Докучаевым.

Чернозем, гумус и плодородие почвы

В течение летних месяцев 1877 и 1878 годов Докучаев проделал на телеге более десяти тысяч верст. Он собрал огромный фактический материал, выявил границу распространения черноземов в пределах европейской части России. Коллекция образцов почв была проанализирована в лучших химических лабораториях России (у Д. И. Менделеева, К. Шмидта — профессора Дерптского университета). Результаты экспедиции Докучаева заставили многих естествоиспытателей пересмотреть свои взгляды на природные процессы, так как была сформулирована общая связь явлений в природе. Было показано, что результат этой связи — чернозем — создание степных растений в условиях степного климата. Книга Докучаева «Русский чернозем» дала в руки исследователей новые методы изучения и картирования почв, оценки их в целях сельскохозяйственного использования.

Собранные Докучаевым образцы почв, дополненные образцами из других, нечерноземных губерний, были показаны на Всероссийской промышленно-художественной выставке в Москве в 1882 году и на Всемирной выставке в Париже в 1889 году. На обеих выставках образцы были отмечены золотыми медалями. Докучаев так подробно описал чернозем (его строение, распространение, плодородие, образование), что даже спустя сто лет после его работы мало что можно прибавить к его описанию.

Чернозем — это почва, которая образуется в степной и лесостепной зонах в основном под травяной растительностью. Но, как показали исследования в Молдавии, в Курской области и других районах, эта почва может находиться под лесами.

В черноземе можно выделить несколько слоев: верхний, перегнойный, мощностью от 30 до 200 см, содержащий от четырех до двадцати процентов перегноя. Ниже переходный слой серо-бурого цвета, частично прокрашенный гумусом. Еще ниже — слой, сохранивший черты материнской геологической породы, из которой и на которой образовалась почва.

Следует сказать, что интерес к чернозему в России, да и не только в России, возник в XVIII веке. Например, курс сельскохозяйственного домоводства в Московском университете был в 1770 году открыт лекцией М. И. Афонина «О пользе чернозема». Первое же научное обоснование происхождения чернозема было дано М. В. Ломоносовым. Он писал, что чернозем происходит от «согнития растительных остатков» (что, правда, скорее относится к гумусовому горизонту всех почв). Но до исследований Докучаева вопрос о происхождении чернозема оставался спорным.

Чернозем издавна был главной «хлебной» почвой России. Еще до революции ста-двухсотпудовые урожаи (двадцать — тридцать центнеров) пшеницы с одного гектара без внесения удобрений с затратами только на вспашку делали чернозем действительно «царем почв» (такое определение дал чернозему Докучаев). На богатых гумусом черноземах земледельцы тогда вели хозяйство по-особому, и даже помещики сдавали земли арендаторам с условием, что те не будут вносить в почву навоз — так плодородны были черноземы.

В те же годы, когда начиналось интенсивное освоение черноземов, было основано Вольное экономическое общество, сделавшее очень много для изучения и развития производительных сил России. Это общество финансировало исследования Докучаева и образовало специальную, так называемую Черноземную, комиссию для изучения плодородия черноземов и разработки научных основ их использования.

Черноземы послужили науке в качестве экспериментальной модели: именно при их изучении были сформулированы основные законы почвоведения. Не обошлось без накладок. Одна из них — уже упоминавшаяся гумусовая теория питания растений, предложенная немецким ученым Тэером. Если чернозем — самая плодородная и к тому же самая богатая гумусом почва, то ясно, что гумус «ответственен» за урожай, и плодородие почвы в первую очередь определяется гумусом. И хотя доказано, что можно получать необходимый урожай растений при отсутствии органического вещества, что минеральные удобрения обеспечивают самый высокий урожай, роль гумуса до сих пор остается загадочной. Если подойти строго, то минеральные удобрения не «опровергают» плодородия гумуса. Можно привести такой пример из физиологии растений. Известно, что на свету растения фотосинтезируют углеводы, в темноте фотосинтез не идет. Но если в темноте растение «кормить» углеводами (хотя бы вводя их в ткани инъекциями), то можно получить нормальное по массе и урожаю семян растение. Но отсюда еще не следует, что фотосинтез не нужен растению. Так может быть и в почве: вносятся минеральные соли — растения их используют, но это не значит, что гумус не нужен почве.

В оптимальные по увлажнению годы черноземы без всяких удобрений дают сорок — пятьдесят центнеров с гектара первоклассного зерна. При внесении минеральных удобрений нечерноземные почвы могут давать в среднем около сорока центнеров с гектара.

Многие авторы во многих работах пишут, что плодородие чуть ли не уникальное свойство почвы. Но это не совсем так. Плодородием, часто значительным, обладают лёссы, покровные суглинки, аллювиальные отложения (в долинах рек), сами реки, моря, озера — все эти природные тела способны «производить урожай растений» (такое определение плодородия распространено в большинстве работ почвоведов). Даже вывороченные на поверхность отвалы горных пород (при добыче угля и руды) обладают плодородием. В какой-то мере плодородие безгумусовых горных пород и водных растворов (хотя в последних всегда содержатся растворимые органические, даже гумусовые, вещества) совпадает с другим важным для нас фактом. Почвенный перегной (гумус) не первичный компонент почвы. В соответствии с концепцией Ломоносова — Докучаева он образуется при разложении растительных остатков. Сами растения должны были вырасти на безгумусовом субстрате (во всяком случае первое поколение живых организмов). Получается замкнутый круг: чернозем богат гумусом и поэтому плодороден, а много гумуса образовалось потому, что было много растительных остатков, пошедших на образование плодородного чернозема.

Ученые установили с помощью радиоуглеродного метода, что в нижней части гумусового слоя чернозема возраст гумуса исчисляется в пять-шесть тысяч лет. В верхней части гумусового горизонта гумус значительно моложе — ему тысяча лет, и, следовательно, гумусообразование шло и в течение последнего тысячелетия.

Вполне вероятно, что в черноземах образуются особые гумусовые соединения, наиболее благоприятные для растений. Но ведь сказать, что условия гумусообразования в черноземах самые благоприятные для формирования гумуса, — это не значит внести ясность в данный вопрос. Важно определить, какие условия наиболее благоприятны. Не меньше, чем процесс гумусообразования, исследователей интересует состав гумуса. Над его расшифровкой работало немало выдающихся почвоведов. И хотя сам гумус не без основания называли «крестом и стыдом химиков», количество серьезных работ, посвященных ему, огромно.

Но до сих пор нет точных знаний ни о механизме образования гумуса, ни о причинах его благотворного действия на почву и растения. Правда, есть опыты, показавшие, что внесение в почву гуминовых кислот (фракция почвенного гумуса, растворимая в щелочи и нерастворимая в кислотах) привело к увеличению урожая растений. Есть данные, что часть органических гумусовых полимеров может усваиваться растениями. Но и эти факты не дают полного объяснения роли гумуса в питании растений.

Мелиораторы иногда методом проб и ошибок подбирали для многих почв благоприятные режимы поливов и осушения и получали соответствующие прибавки урожаев. Агрономы-земледельцы умеют нужной обработкой почв создать благоприятные условия для получения высоких урожаев, хотя надо отметить, что споры о лучших способах получения урожая идут и поныне. Агрохимики почти для всех почв разработали системы удобрений, что опять-таки дает прибавку урожая, далеко превзошедшую мечту Свифта вырастить два колоса там. где раньше рос один. Средние урожаи под влиянием современной обработки почвы, мелиорации, внесения удобрений выросли с середины XIX века в три-четыре раза.

Успехи агрохимической науки в СССР нашли свое отражение в многотомной «Агрохимической характеристике почв», выходившей в течение 60—70-х годов.

Сейчас установлено, что гумус с лучшим соотношением составляющих его гуминовых и фульвокислот и в наибольшем своем количестве образуется в условиях наиболее продолжительного биологически активного периода. Продолжительность этого периода определяется количеством дней с температурой выше десяти градусов и с запасом влаги в почве, доступной для растений. В наилучшей степени эти условия на территории СССР соответствуют черноземным районам.

Таким образом, ясно, что накопление гумуса отражает характер природных условий, степень их благоприятствования растениям.

Можно сделать попытку оценить гумус в качестве источника питательных веществ. Ю. Либих первый оценил плодородие «химически», то есть как способность почв снабжать растения доступными питательными веществами. Он определил, сколько питательных веществ содержится в растениях, следовательно, сколько их потребляется из почвы. Получилось не так уж много. При средних урожаях сельскохозяйственных культур с одного гектара выносятся: девятнадцать — сорок килограммов азота, восемь — четырнадцать килограммов фосфора (рассчитанного на окись фосфора), двадцать два - сорок килограммов калия. В то же время в слое почвы в двадцать сантиметров на гектаре содержится три — одиннадцать тонн азота, двадцать — сорок тонн калия, четыреста килограммов фосфора. Правда, не все это количество веществ легкодоступно растениям. Часть их находится в нерастворимой форме. Но как раз соединения, связанные с гумусом, в частности азот, наименее доступны: они меньше растворимы, чем минеральные соединения азота.

В среднем в течение года исчезает из почвы шесть-семь центнеров гумуса в подзолистых почвах и до тонны в черноземах. Поскольку запасы гумуса на одном гектаре для слоя в двадцать сантиметров исчисляются для подзолистых почв в шестьдесят тонн, а для черноземов в сто тридцать — двести двадцать тонн, то, очевидно, имеющихся запасов гумуса в гектаре почвы, если он не будет восстанавливаться, хватит лишь на сто лет. Но так получается лишь на основании голого арифметического расчета. На самом деле все намного сложнее. Во-первых, гумус в почве непрерывно образуется вновь. Во-вторых, питательные вещества гумуса малоподвижны, и их освобождение не увеличивает заметно общего содержания доступных веществ в почве. В-третьих, урожай, например, на подзолистых почвах снижается уже через пять-шесть лет, если почва не удобряется, несмотря на то что содержание гумуса практически еще не изменилось. В-четвертых, хотя навоз увеличивает урожай растений, но даже тогда, когда его вносят в количестве двадцати тонн на гектар, он исчезает уже через три-четыре года. Даже пятнадцатилетнее внесение навоза не увеличивает или увеличивает очень незначительно содержание в почве гумуса.

Академик Д. Н. Прянишников на основании многолетнего анализа применения органических удобрений установил, что само органическое вещество навоза не увеличивает урожая. Увеличивают урожай азот, фосфор, калий, содержащиеся в органическом веществе. Мало того, внесение одних минеральных удобрений под сельскохозяйственные культуры может за несколько десятков лет увеличить содержание гумуса в почве. Это увеличение обязано лучшему развитию растений и их корней в почве. После уборки урожая растительные остатки разлагаются, превращаясь частично в гумус.

В научной литературе промелькнула гипотеза, что не гумус увеличивает урожай, а само по себе органическое вещество. Запахивая в почву растительные остатки (бурьян, специально высеянные травы, такие, как люпин), можно уже на второй год после освоения лишенной гумуса породы получать высокие урожаи сельскохозяйственных культур. Этот прием носит название сидерация — зеленое удобрение почвы. Высокие урожаи культур при сидерации связывают с улучшением физических свойств почв.

Высокогумусные почвы и почвы с запаханными растительными остатками обладают более высокой, чем лишенные органического вещества почвы, влагоемкостью, меньшей плотностью, большой порозностью. В этих почвах лучше водный режим и газообмен. Запашкой растительных остатков можно улучшить любой пустырь, любой отвал горной породы (конечно, не содержащий токсичных веществ, таких, как сульфиды), любую эродированную почву, у которой снесен водой или ветром верхний гумусовый слой.

То, что высокогумусовые почвы обладают хорошими физическими свойствами, известно давно. Очевидно, это качество и должно сыграть свою роль в повышении урожая. Но не только это. Химики установили, что гумус обладает буферностью к воздействию разных химических веществ, например минеральных удобрений. Это свойство он сообщает почве. Гумус может закреплять микроэлементы, чем, во-первых, спасает их от выноса из почвы, а, во-вторых, в случае химического загрязнения снимает их токсичность. Гумус, как и другие природные органические вещества и образования, например подстилка из хвои и листьев в лесу, — это кладовая некоторых нужных растению веществ, в особенности азота. Но освобождается этот азот очень медленно. Наблюдения многих исследователей показали, что при разложении опада листьев и трав содержание в них азота уменьшается медленнее, чем содержание углерода. И отношение углерода к азоту в гумусе меньше, чем в спаде. Следовательно, азот гумуса малодоступен. Однако это свойство может быть и полезным: гумус не дает возможности азоту потеряться из почвы, выноситься с водой (правда, в черноземах опасность выноса питательных веществ из профиля почвы мала: для этого с осадками в черноземы поступает недостаточно воды).

Существует еще одна гипотеза высокого плодородия гумуса. Она связана с биогеоценологическим принципом, сформулированным академиком В. Н. Сукачевым. Это так называемая микробиологическая теория.

Известно, что растение тесно связано в своей жизни с микроорганизмами. Микробы живут на листьях растений, на их корнях. Они фиксируют из воздуха азот, разрушают органические вещества и освобождают из них питательные элементы. Микроорганизмы могут выделять в почву ферменты и тем активизировать почвенные процессы. И может быть, плодородие высокогумусных почв (главным образом черноземов) — не в самом гумусе, не в законсервированных в нем соединениях азота и даже не в благоприятных физических свойствах, создаваемых гумусом. И то, и другое, и третье играет важную роль в жизни растений и биогеоценозов. Но может быть, самая главная роль гумуса — это создание благоприятного режима, благоприятных условий для жизни микроорганизмов. А уже микробы помогают растению, снабжая его и азотом, и другими питательными элементами, и, возможно, микроэлементами. Кстати, микроэлементы обычно заключены в плохо растворимых минералах и характер их освобождения еще не изучен. Если учесть, что в процессе эволюции живого вещества нашей планеты микроорганизмы появились значительно раньше, чем растения, то ясно, что именно последние должны были «согласовывать» свое существование с микроорганизмами, как «согласовывает» с ними свое существование человек.

Не природа гумуса (она важна, но не в плане плодородия), а скорее само количество и тот микробиоценоз — совокупность микроорганизмов, который создается благодаря этому гумусу — вот, согласно изложенной гипотезе, причина плодородия гумуса. И в этом, быть может, самое главное участие гумуса в создании почвенного плодородия.

Таким образом, чернозем как наиболее гумусная почва обладает множеством благоприятных для растения свойств, которые многие ученые рассматривают как свойства идеальной почвы. Правда, нельзя сбрасывать со счетов и другие свойства почв. Практика показывает, что выпаханные черноземы, отнюдь не потерявшие запасы гумуса, часто становятся менее плодородными из-за их распыления, разрушения структуры, ухудшения физических свойств. Конечно, в оценке роли почвы в питании растений необходимо также учитывать вид растений. Все сказанное о плодородии черноземов в первую очередь относится к хлебным злакам и корнеплодам. В то же время, например, чайный куст требует кислых почв, как и некоторые другие растения. Но во всех почвах гумус оказывает благоприятное воздействие как на свойства самих почв, так и на урожай растений.

Для каждой почвы в каждых климатических условиях существует определенный предел содержания гумуса. Он может не достигаться из-за разных причин, например из-за молодости почвы, эрозии, неправильного использования территории и т. д. Однако в гумусе скрывается один из важных элементов плодородия (пусть пока до конца не расшифрованный), и повышение его содержания неминуемо увеличивает урожай растений. Гумус — резерв для повышения плодородия почв, эффективности их использования. Только увеличение плодородия почв позволит решать такие важные для сельского хозяйства вопросы, как увеличение валового сбора зерна, овощей и пр. Создание высокогумусных, буферных к неблагоприятным воздействиям почв — одна из основных научных и практических задач.

* * *

Но безусловно, не только гумус и химические свойства определяют плодородие почв.

Однажды на семинаре по агрохимии в Тимирязевской академии Д. Н. Прянишников, основатель советской агрохимической школы, начертил кривую роста урожая сельскохозяйственных культур за сто лет и рядом кривую производства минеральных удобрений. Обе кривые совпали, что, по мнению Д. Н. Прянишникова, свидетельствовало об успехах агрохимии и роли минеральных удобрений. Но в этот момент к доске подошел профессор А. Г. Дояренко и начертил третью кривую — потребления мыла, которая также совпала с кривой урожайности. Все рассмеялись, и громче всех Д. Н. Прянишников.

Если осмыслить совпадение всех этих графиков, то напрашиваются несколько важных выводов. Безусловно, Д. Н. Прянишников был прав — применение минеральных удобрений резко повысило урожаи. Этот вывод подтверждался прямыми опытами с удобрениями. Но прав был и А. Г. Дояренко: корреляция, совпадение изменений двух величин не доказывает причинно-следственной их связи. Вполне понятно, что общее развитие производительных сил как в промышленности, так и в сельском хозяйстве вызывает общий подъем производительности труда, увеличение выхода продукции. Недаром наиболее высокие урожаи отмечаются в наиболее развитых странах. В этом плане, скажем, рост производства мыла отражает общий прогресс в народном хозяйстве страны, в том числе и в сельском хозяйстве. А общий прогресс включает не только увеличение производства и применения минеральных удобрений, но и улучшение обработки почв, селекцию новых, более урожайных сортов растений и т. д.

Следует также отметить, что А. Г. Дояренко обращал внимание и на другие сугубо почвенные проблемы, связанные с подъемом урожая. Чтобы эти проблемы были понятнее, нам придется вернуться в XIX век. Как уже говорилось, в середине XIX века усилиями Буссенго и Либиха была создана агрохимия, и земледелие получило в свои руки действенное средство для повышения урожая. В 1832 году был пущен первый завод по производству суперфосфата. Но уже П. А. Костычев обнаружил, что часто в почве содержится еще очень много питательных веществ, а урожаи на этой почве падают. И одна из причин этого падения — резкое ухудшение физических свойств почвы.

Одновременно в Германии М. Вольни начал детальное изучение физических свойств почвы: их плотности, порозности, влагопроводности, теплопроводности и т. д. Правда, исследования М. Вольни вел на почвах с нарушенным сложением, что вызвало ироническую реплику В. Р. Вильямса о «порошковедении». Но во-первых, ряд физических свойств почв, например плотность твердой фазы ее, поглощение воды из воздуха при относительной его влажности не свыше девяноста шести — девяноста восьми процентов и ряд других, не зависят от сложения почвы. И во-вторых, сам В. Р. Вильяме большое внимание уделял именно физическим свойствам почвы, справедливо считая, что структура — одно из самых важных свойств почвы, определяющее ее плодородие, урожай растений на ней.

Идея П. А. Костычева — В. Р. Вильямса о важности физического состояния почв для урожая нашла поддержку и у А. Г. Дояренко. Он одним из первых показал, что структура почвы воплощается в структуре ее перового пространства, в структуре ее пор. А следовательно, структура влияет на движение воды в почве, доступность ее растениям, на саму возможность контакта корня растения и почвы.

Влияние структуры почвы на растения хорошо демонстрировал опыт А. И. Ахромейки, проведенный еще в 30-х годах. А. И. Ахромейко взял почву, целиком состоящую из агрегатов — комочков размером один — три миллиметра. Часть образца растер и посеял в оба варианта растения. В растертой почве появилось меньше всходов, чем в комковатой. Оставив одинаковое количество растений в каждом варианте, А. И. Ахромейко получил урожай и убедился, что на распыленной почве он оказался выше. Этот опыт заставил академика В. Р. Вильямса отметить, что комковатая почва в первую очередь способствует лучшему прорастанию растений. Очень часто оказывается достаточным сделать комковатым самый верхний, сантиметровый, слой почвы, чтобы заметно повысить урожай растений.

Не менее важны и другие физические свойства почвы; например, механический состав. Песок, супесь, суглинок, глина обладают разным плодородием в одинаковых условиях. В них по-разному корень контактирует с почвой, неодинакова доступность воды при прочих равных условиях, в природе на них образуются разные биогеоценозы и т. д. Механический состав определяет многие другие свойства почвы, такие, как водопроницаемость, плотность, твердость. Недаром Н. А. Качинский, посвятивший всю жизнь изучению механического состава почв, говорил, что почвенное плодородие — это в первую очередь благоприятный водный и тепловой режимы, которые, естественно, в значительной степени зависят от физических свойств почвы, в частности от механического состава.

Водонепроницаемые горизонты почвы могут резко ухудшить состояние растений, привести к застою влаги, отравлению корней без доступа кислорода. Не менее опасна для растений провальная водопроницаемость, когда вода уходит в глубокие слои почвы, теряясь для растений.

Высокая плотность почвы затрудняет проникновение корней в нее. Это явление особенно четко проявляется на слитых почвах, развитых у нас в Предкавказье и Молдавии, в Индии, африканских странах. В слитых почвах корни осваивают лишь небольшой объем, поэтому они не могут использовать весь запас питательных веществ. Удобрения на этих почвах очень эффективны.

Растениям вредна и низкая плотность, так как в этом случае почва в летний период уплотняется, что может привести к разрыву корней.

Важность физических свойств почвы для получения высоких урожаев послужила толчком к возникновению агрофизики. Само название первым применил М. Вольни. А в 30-е годы нашего века по предложению академика А. Ф. Иоффе был создан Агрофизический институт в Ленинграде. Многие важные исследования современной агрофизики связаны с этим институтом, в частности работы по влиянию полимеров на создание комковатой структуры почв, изучение доступности воды растениям и др.

Одновременно была создана другая школа физиков почв — в Московском университете. Эта школа связана с именем Н. А. Качинского. Он разработал систему анализов физических свойств почв, дал им агрономическую оценку.

В Почвенном институте им. В. В. Докучаева проблемами физики почв долгое время занимался профессор А. А. Роде. Он разработал основы учения о почвенной влаге, построил классификацию почвенной влаги, ее доступности для растений. Благодаря А. А. Роде была составлена детальная методика исследования почвенной влаги, подытожившая большой многолетний опыт советских и зарубежных ученых и практиков. Именно детальное изучение водных свойств почв позволило затем приступить к анализу типов водного режима.

К физическим свойствам почв традиционно относят тепловой режим, а также такие признаки, как набухание при увлажнении и усадка при высыхании.

Ясно, что физические свойства определяют систему обработки почв, конструктивные особенности почвообрабатывающих орудий и другой сельскохозяйственной техники. Традиционно этими вопросами занимаются агрономы, особенно известна школа академика В. П. Горячкина из Тимирязевской академии. В. П. Горячкин разработал технологию почв, систему изучения физических свойств почв и воспитал множество ученых и практиков, успешно работающих в области земледелия.

Такое внимание к физическим свойствам почв не случайно. Жизнь растений, проникновение корней в почву, существование микроорганизмов и почвенных животных связаны с физическими свойствами почв.

Не менее важны физические свойства для инженерных сооружений: дорог, водохранилищ, гидростанций и пр. Проектирование и строительство этих и аналогичных объектов требуют знания физических свойств почв.

Изучением физических свойств почв и грунтов занимается наука «грунтоведение», которая выделилась из почвоведения в 20—30-х годах. Грунтоведов, изучающих механику грунтов и почв, интересует их твердость, возможная усадка под действием нагрузки, тиксотропность (способность почв при давлении и колебаниях выделять, а затем снова поглощать воду). Это явление часто можно видеть на морском берегу, на песчаных пляжах.

Однако поскольку почва остается главным средством производства продуктов питания, то и мелиорация, и агрономия с большим вниманием изучают физические свойства почв.

Таким образом, при оценке плодородия почв сейчас широко используют их физические свойства. Знание их необходимо для проведения обработки почв, мелиорации их, планирования любого вида их использования.

Почвенный покров земли

«Почвоведение изучает почвы как естественные тела,

совокупность которых образует особый мир — педосферу,

т. е. поверхностную часть земной коры».

Л. И. Прасолов

С высоты птичьего полета поверхность Земли выглядит как бы одетой в плащ, сшитый из разных лоскутов. Посевы зерновых и других культур, естественные угодья, реки, водоемы, горы, ледники, города и поселки чередуются на поверхности суши. Горные массивы разрывают этот плащ, а водоемы и реки сверху кажутся налитыми на него. И всюду, где есть растения, под ними залегают почвы. Почвенный покров как бы одевает Землю.

Если смотреть на Землю из космоса, то можно увидеть: почвенный покров начинается на севере чуть южнее вечных льдов Арктики и кончается у островов, примыкающих к северным границам Антарктиды. Сверху хорошо видно, как тундра к югу сменяется лесотундрой, а лесотундра — тайгой. На смену тайге приходят лиственные леса, а за ними следуют степи. Южнее степей распространены пустыни, во влажных субтропиках их замещают субтропические леса. Каждой из этих зон свойствен свой почвенный покров со всеми его разновидностями: в тундре — болотные и полигональные почвы, в тайге — подзолистые, подбуры, таежно-мерзлотные, южнее — дерново-подзолистые, бурые лесные, серые лесные, им на смену приходят черноземы, каштановые почвы, в тропиках — красноцветные ферраллитные почвы, латериты. Ниже мы вернемся к описаниям этих почв. Сейчас же важно отметить, что даже из космоса можно установить, что почвенный покров земного шара закономерно изменяется от полюсов к экватору, от берега моря в глубь материка, от положения на склоне гор (южный или северный, западный или восточный склоны).

Известно, что суша занимает сто сорок девять миллионов квадратных километров, которые омываются Мировым океаном площадью триста шестьдесят один миллион квадратных километров. Берег моря — это естественная граница сухопутных почв. И на берегу одно биокосное тело — почва как бы замещается другим — морским.

В современном почвоведении имеется понятие субаквальной, или подводной, почвы. Действительно, около берегов ручьев, озер, рек, прудов и т. п. — там, где течение замедленно, со дна тянутся к водной поверхности растения. Это лотос и камыш, рогоз, тростник, кувшинки и др. В таких местах обычно дно илистое, обогащенное растительными остатками, то есть «гумусированное». Можно ли считать эти донные образования почвой? Что их роднит с почвой? Конечно, гумусированность и плодородие, то есть способность давать урожай растений.

Донные образования — динамичные тела, у них есть определенная цикличность жизни. Их строение и свойства (плотность, содержание таких элементов, как калий, фосфор, азот) могут меняться в течение года. Им присуща слоистость всей толщи, то есть, как и наземные почвы, их можно разделить на горизонты. Отличие донных отложений от наземной почвы в том, что они могут быть не очень связаны с геологической породой, выстилающей ложе водоема. Материал, составляющий отложения, в основном отлагается сверху, приносится водой.

Часть субаквальных почв по своему месту в биогеоценозах резко отличается от наземных. Если сухопутные почвы играют роль регулятора в жизни биогеоценоза и являются наиболее консервативным его элементом, то субаквальные почвы могут ускорять зарастание водоема и приводить к смене, например, озера болотом. Превращение озера в болото, а болота — в заросший лесом торфяник — частый природный процесс, в котором субаквальная почва как бы осуществляет положительную обратную связь: усиливает воздействие факторов, приводящих к исчезновению исходного биогеоценоза. Это свойство субаквальных почв следует иметь в виду при проектировании искусственных водохранилищ. Накопившийся опыт показывает, что сухопутные почвы, залитые водой при строительстве водохранилищ, могут сохранять свое высокое плодородие и способствовать зарастанию водоема.

Имеется целая группа почв — наземных, сухопутных, образование которых похоже на образование донных отложений. Это пойменные почвы. Они тоже нарастают сверху, когда река, разливаясь, откладывает в пойме взвешенные в воде песок и ил. Часть своей жизни пойменные почвы проводят под водой, и их можно считать переходными от сухопутных к субаквальным почвам.

Есть еще одна группа уже искусственных почв, находящихся длительное время в орошаемом земледелии, образование которых также связано с водой. Часть этих почв — староорошаемые, оазисные — напоминает своим образованием пойменные почвы. Они сформировались в результате выпадения ирригационных наносов, частиц глины, принесенной с поливной водой. Другая группа искусственных почв — почвы рисовников. Все лето они залиты водой. Часто в этой воде даже разводят рыбу, что совсем сближает эти обрабатываемые участки с водоемами. На дне рисовников образуются специфические рисовые почвы.

В морях и океанах донные отложения достигают большой мощности. Известно, что в океане выделяют приливные зоны, континентальный шельф, материковый склон и абиссальную (глубоководную) впадину. Водоросли в приливной зоне морей и океанов хорошо развиты. Они могут образовывать сплошные заросли, но, конечно, не на пляжных отмелях, где они уничтожаются прибоем и многочисленными купальщиками.

В глубоководных частях океана хлорофилльных растений нет, но животные и микроорганизмы там есть, в том числе и те, которые живут на дне. На дно непрерывным дождем сыплются органические остатки, и донные отложения очень богаты органическим веществом. Отличие донных отложений абиссали от наземных почв в том, что они лишены непосредственного контакта с солнечным светом, имеют постоянную высокую влажность и образуются в основном под воздействием животных и микроорганизмов, без активного участия растений. Конечно, отмерший фитопланктон (растительные организмы) тоже падает на дно, но его роль в этом случае пассивная, не такая, как у наземных растений.

В глубоководной части морей и океанов мы имеем почву чисто «животного» происхождения. Здесь живут только животные, и дно океана в значительной степени переработано ими.

По определению В. И. Вернадского, дно океана, как и сам океан, тоже компонент биосферы. В толще дна идут типичные почвообразовательные процессы: образование горизонтов, гумусонакопление, образование марганцовисто-железистых ортштейнов-конкреций. Очевидно, дно океана, как и дно озер, рек и других водоемов, — один из видов образований на границе земной коры (литосферы) и гидросферы.

Всего можно выделить четыре группы пограничных образований. Первая группа — безжизненные геологические породы. Это горы, скальные обнажения, вулканические пеплы, пески, каменистые осыпи и т. п. Они образуются на территориях, лишенных живых организмов. С такими образованиями — реголитами встретились космонавты на Луне.

Вторая группа — почвы. К третьей группе следует отнести поверхность литосферы на мелководных участках рек, озер, морей. Здесь растут морские и пресноводные водоросли, частично укоренившиеся в дне водоема. Но роль животных в накоплении донного материала здесь уже сравнима с растениями. Переходными между второй и третьей группой можно считать пойменные почвы.

И наконец, поверхностные образования литосферы, скрытые от нас мощным покровом гидросферы, на которой развиваются субаквальные почвы животного происхождения. Изучение их пока еще только началось.

Итак, если включить субаквальные почвы в общую систему почв, то почвенный покров планеты превращается в глобальное образование (подсчитано, что его площадь около четырехсот миллионов квадратных километров) . Почвенный плащ одевает материки, выстилает дно океанов. Но, как уже говорилось выше, на этом сплошном плаще выделяются почвенно-климатические зоны, в которых в свою очередь можно выделить отдельные разновидности почв, свойственные данной почве.

Зона связана со способностью почв отражать воздействие окружающих условий. Эти условия длительное время не изменяются, однако в почве накапливаются следы их воздействия. Окружающий мир молод, почва же несет на себе следы всех прожитых ландшафтом эпох. Разные условия приводят к образованию разных почв. С действием факторов почвообразования на почву связана также сенсорность (чувствительность) почв (и горных пород, из которых данная почва образовалась). Сенсорность показывает, как быстро и как значительно изменяется почва под воздействием природных условий. Например, чернозем на огородном участке, хорошо ухоженный, удобренный, почти не отличается от естественного чернозема. В то же время дерново-подзолистая почва зоны смешанных лесов с белесым, обедненным питательными элементами подзолистым слоем на глубине десяти — двадцати сантиметров очень сильно изменяется при ведении на ней огородного хозяйства. В течение ста лет эта почва до пятидесяти — шестидесяти сантиметров прокрашивается гумусом, белесый горизонт исчезает, она обогащается питательными веществами и становится похожей на чернозем. Очевидно, что в этом случае сенсорность почв подзолистого ряда выше, чем у чернозема.

Влияет на изменчивость почв и их буферная способность, о которой уже говорилось ранее. В зависимости от способности противостоять изменениям среды почвы могут отличаться одна от другой даже в мало различающихся условиях.

Отзывчивость почв на окружающие условия приводит к формированию очень сложного почвенного покрова в пределах нашей планеты. В тундре формируются тундровые торфяно-глеевые почвы, верхний горизонт которых представлен моховым торфом, а под ним залегает вязкий синеватый глеевый горизонт. Синеватость связана с тем, что при избыточном увлажнении почв и недостатке кислорода образуется минерал голубоватого цвета (вивианит). Встречаются в тундре луговые почвы — под злаками и другими цветковыми растениями. Эти почвы прокрашены гумусом, но в нижней части профиля тоже оглеены.

В лесотундре и северной тайге тундровые почвы сменяются подбурами. Верхний горизонт этих почв представлен подстилкой, сверху плохо разложившейся, книзу превратившейся в вязкую массу органических коллоидов. В подстилке много минеральных зерен, отмытых от железа, гумуса. Под подстилкой идет бурый горизонт, в который вмываются гумус и частично железо.

Подзолистые почвы северной тайги характеризуются тем, что под подстилкой сразу залегает осветленный подзолистый (под цвет золы) горизонт. Снизу он граничит с иллювиальным горизонтом, в который вмываются железо, гумус, илистые частицы.

Дерново-подзолистые почвы встречаются в южной тайге, они очень похожи на подзолистые, но сразу под подстилкой у них образуется гумусовый горизонт мощностью более пяти сантиметров.

Южнее, в зоне широколиственных лесов, дерново-подзолистые почвы сменяются серыми лесными, которые отличаются большей мощностью гумусового горизонта: от пятнадцати до сорока сантиметров, специфической ореховатой структурой и постепенным исчезновением при движении с севера на юг подзолистого горизонта.

Серые лесные почвы сменяются черноземами, южнее черноземов идут каштановые почвы. Для последних характерны более бурая окраска гумусового горизонта, каштановый цвет горизонта, залегающего под гумусовым, кристаллы гипса на глубине ста сантиметров и глубже.

Если наблюдать смену почв далее на юг, скажем, по меридиану Москвы, то на кавказском побережье сначала будут бурые лесные почвы, богатые гумусом и окрашенные в яркие бурые тона. Еще южнее мы встретимся о субтропическими желтоземами и красноземами: почвами, богатыми железом и алюминием, глинистыми, очень плодородными. В долинах Армении и южнее распространены субтропические сухие почвы — серо-коричневые, коричневые, иногда встречаются серо-бурые.

В Тропической Африке основные почвы — ферраллитные, богатые железом и алюминием. При вырубке леса эти почвы могут очень быстро одеться железисто-марганцовистым панцирем и превратиться в латериты.

В южном полушарии идет обратная смена почв, но здесь нет таких равнин, как на материке Евразии, и смена почв выражена менее четко.

Приведенная схема дает лишь общее представление о чередовании почв. В действительности существует множество других почв, связанных с мерзлотой, с особенностями материнских пород, водного режима, влияния муссонов, вулканизма. Но и нарисованная картина показывает сложность строения почвенного покрова мира.

Перечисленные выше почвы значительно различаются между собой, однако между ними нет резкой границы. Естественно, что проводимые на карте границы в некоторой степени условны, обобщены, так как в натуре это территории почвенного покрова с промежуточными почвами, ширина которых может достигать нескольких километров. И все же однородные по почвам участки можно выделить на поверхности Земли. Пусть границы их расплывчаты, но различия между почвами разных участков реальны.

Нахождение границ между почвами — очень сложная проблема. Поверхность земли одновременно является и поверхностью верхнего горизонта почвы. Но иногда трудно провести границу между лесной подстилкой или же слоем торфа и почвой. Бывают случаи, что подстилка так перегнивает, так перемешивается с почвой, что образуется слой, промежуточный по свойствам между минеральными горизонтами почвы и подстилкой. Еще более трудно провести границу между почвой и материнской породой, не затронутой почвообразованием. Обычно считают, что нижняя граница почвы проходит на глубине двух метров и до этой глубины копают почвенные разрезы. Здесь уже не заметны следы почвообразования. Но исследования показывают, что почвообразование прослеживается и на глубине четырех метров и глубже. Постепенность перехода биокосных тел друг в друга, расплывчатость их границ — характерное их свойство, связанное с двойственностью их происхождения.

Сложное строение почвенного покрова суши заставляет внимательно изучать закономерности распространения и чередования почв. Можно выделить контуры, состоящие из одной почвы, можно выделить почвенную комбинацию, в которую входит несколько почв: это зависит от характера их строения, структуры, композиции почвенного покрова. И оценка почвы как природного тела требует хотя бы краткого рассмотрения уровней ее организации.

Очевидно, что любое природное тело, в том числе и почва, состоит из молекул разных веществ, обладающих определенными комплексами свойств. Из таких молекул состоят кристаллы разных минералов, гумусовые вещества, простые соли: сода, гипс, карбонаты. Это молекулярный уровень организации почвы. Молекулы разных веществ образуют первичные почвенные частицы, которые являются элементами почвы, определяющими принадлежность почв к глинам, суглинкам или пескам. В зависимости от распределения этих первичных частиц по размеру и преобладания частиц этого или иного размера почвы подразделяются по гранулометрическому, или, как говорят часто почвоведы, по механическому, составу. Если в почве первичных частиц, диаметр которых меньше одной сотой доли миллиметра, содержится до двадцати процентов, то почвы относят к пескам и супесям, двадцать — сорок процентов — к суглинкам, больше сорока процентов — к глинам. Это, конечно, грубая схема, но она отражает роль организации почвы на уровне первичных частиц при определении ее свойств. Отдельные молекулы не обладают такими свойствами, как пластичность, влагоемкость, только их совокупность приводит к появлению этих свойств.

Другим уровнем организации следует признать агрегатный состав почв. Первичные частицы образуют агрегаты разной формы и разного порядка: непосредственное объединение частиц, объединение агрегатов низшего порядка в более высокие — второго, третьего, четвертого и т. п. порядков. Агрегаты управляют такими свойствами почв, как содержание капиллярной воды, спелость при обработке почв, липкость к почвообрабатывающим орудиям и т. д.

Следующий уровень организации — морфонный.

Морфоны — это однородные по своим свойствам участки почвенной массы. Например, трещины в почве, ржавые, белесые или гумусированные пятна, участки, перерытые животными. Морфоны объединяются в горизонты — это уже более высокий уровень организации почв. Часть встречающихся в почвах горизонтов описывалась и упоминалась в предыдущих главах. Горизонты определяют особенности и глубину распространения корней в почве, движение в ней воды.

Вертикальная совокупность почвенных горизонтов создает почвенный профиль — следующий уровень организации почвы. Почвенные профили, составленные из соответствующих горизонтов, служат основой, эталонами классификации почв. Именно почвенные профили описываются почвоведами при натурных исследованиях.

В пространстве однотипные профили могут чередоваться друг с другом, но можно наблюдать смену профилей одного типа другими, относящимися к иным типам. При этом в соседнем профиле могут исчезать определенные морфоны и даже горизонты. Поэтому целесообразно выделить еще один уровень организации почвы — объем, объединяющий определенную совокупность профилей. Если объем почвы состоит из одинаковых профилей — это педон, или почвенный индивид, относящийся к одной классификационной категории почв. Если же объем состоит из разных профилей, закономерно сменяющих друг друга, то такой объем почвы называют тессерой. Совокупность педонов и тессер формирует элементарный почвенный ареал — единицу картографического выдела почвенного покрова. Совокупность почвенных ареалов составляет уже непосредственно почвенный покров — высшую форму организации почв.

И лесовода и земледельца в первую очередь интересуют закономерности строения почвенного покрова той территории, на которой они ведут хозяйство. Составление почвенных карт — основа познания территории. Поэтому далеко не безразлично, где и как проходят границы между элементарными почвенными ареалами.

Выявленные работами многих почвоведов закономерности строения почвенного покрова позволили оценить одно фундаментальное свойство биокосных тел, в том числе и почвы: для них характерно сочетание непрерывности и дискретности, то есть прерывистости.

Непрерывность почвенного покрова проявляется в смене самых разных почв в пространстве, постепенном переходе одних почв в другие и формировании единого почвенного покрова планеты. Дискретность выражается в том, что в пределах единого почвенного покрова мы всегда можем выделить объемы почв, резко различающиеся по самым разнообразным свойствам.

Разные почвы — это реальность, с которой должен считаться человек, а единство почвенного покрова заставляет нас помнить, что повреждение его в одном месте может сказаться и на соседнем.

Пыль веков на поверхности почвы

А с неба сыпалась земля

На ослепленные поля.

Ю. Кузнецов

С неба сыпалась земля на ослепленные поля

В воздухе содержится много пыли — твердых частиц, обломков минералов, солей — размером в несколько сотых долей миллиметра. Подсчитано, что на один гектар поверхности поступает с осадками от двадцати до двухсот килограммов минеральных частиц, содержащих калий, кальций, магний и многие другие вещества. Около крупных городов, рудников, шахт, заводов, особенно цементных, пыли еще больше, иногда до нескольких тонн на гектар, оседающих в течение года. Пыль оседает на почве, листьях деревьев и других растений, что в конечном итоге все равно приводит к поступлению пыли в почву.

Двести, а тем более двадцать килограммов пыли, в течение года поступающих на поверхность одного гектара, совершенно незаметны. Толщина этого слоя составляет от двух до двадцати микрометров (микрометр — миллионная часть метра). Ясно, что при нормальных условиях потребуется миллион лет, чтобы мощность отложений пыли на поверхности почвы достигла от двух до двадцати метров. А за тысячу лет слой почвы нарастает сверху в результате выпадения пыли от двух до двадцати миллиметров. Но это в нормальных условиях, когда вблизи данного участка почва защищена от развевания растениями, когда перенос пыли ветрами не превышает указанных величин. Однако в истории человечества описаны случаи погребения целых городов под мощными отложениями пыли. Археологи сумели раскопать множество городов, некогда полных жизни, а затем в силу разного рода причин оставленных жителями и оказавшихся погребенными под слоями пыли.

Немецкий археолог Шлиман поверил в истинность описаний Гомера о существовании Трои и ее гибели после разгрома ахейцами. Он рассчитал то место, где она должна была находиться, исходя из указаний Гомера и других античных авторов. И в 1869 году он нашел и раскопал этот город. Холм на малоазиатском берегу Средиземного моря оказался погребенным под пылью веков городом.

Пыль веков на поверхности почвы

Знаменитые города Междуречья — Ниневия, Ур и другие — до раскопок археологов были холмами. Их тоже замела пыль веков. Города древнего Кушанского царства, древние оросительные системы Средней Азии и многие другие сооружения человеческих рук были погребены пылью в течение тысячелетий.

Масштабы переноса пыли, судя по наблюдениям, могут достигать значительных размеров. В 1959 году серия пыльных бурь прошла на юге СССР: в Ростовской области, на Кубани. И вот спустя десять лет, при обследовании почв в этом районе в двадцатилетних лесных полосах вместо южных черноземов, отмеченных на карте, обнаружили обыкновенные черноземы (так называется эта почва по принятой в нашей стране почвенной классификации). Мощность гумусового горизонта оказалась не сорок сантиметров, как у южного чернозема, а семьдесят. Однако после внимательного изучения профиля удалось по чуть заметной разнице в сложении почвы и следах погребенных листьев и трав на глубине тридцати сантиметров установить истину: лесополоса задержала пыль, увлекаемую ветром, и она отложилась сравнительно мощным слоем. Затем пыль уплотнилась и слилась с погребенной почвой. Вот так и получился из южного обыкновенный чернозем.

Весной 1969 года в тех же районах снова разыгралась пыльная буря. Пыль собиралась у лесополос, заносила скотные дворы. На Кубани около лесных полос и в них самих были наметены «сугробы» пыли — валы высотой до двух и шириной до десяти метров. И такой вал тянулся на всю длину лесополосы.

Высота тучи черной пыли иногда достигает нескольких километров. Пыль переносится на двести — четыреста километров. Знаменитый пыльный ураган 1934 года, пронесшийся над равнинами США, достигал в высоту трех километров. Несколько суток желтая пелена окутывала большую территорию.

Пыльные бури в какой-то мере связаны с деятельностью человека. Но есть много и естественных источников пыли.

Память человечества хранит даты нескольких катастрофических извержений вулканов, выбросивших в воздух огромное количество пепла. Пеплы состоят из частичек различных минералов: вулканического стекла, магнетита, оливина, полевых шпатов и т. д. Известно, что при извержении Везувия были засыпаны древние города Геркуланум и Помпеи. Трагическое извержение вулкана Кракатау в 1883 году засыпало селения на Яве и Суматре, где погибло сорок тысяч человек (после этого извержения целый год из-за пыли в атмосфере во всем мире отмечались удивительно красивые закаты). При взрыве вулкана Безымянного на Камчатке в 1956 году в атмосферу было выброшено два кубических километра пепла. Через несколько дней этот пепел уже отмечался над Англией.

Вся Камчатка и значительная часть побережья Охотского моря подвержены периодическим пеплопадам. Это легко прослеживается по пепловым слоям, из которых состоит большинство камчатских почв.

Было обнаружено, что в Магаданской области многие почвы имеют особый белесый горизонт. Раньше исследователи описывали его как подзолистый горизонт, то есть как горизонт, из которого в процессе почвообразования было вымыто железо и другие соединения. Но при детальном изучении физических свойств почв обнаружили, что эти горизонты обладают низкой плотностью и высокой порозностью, что характерно для пеплов Камчатки. И действительно, слои оказались пеплами, занесенными в Магаданскую область с Камчатки. Они состоят из пористого вулканического стекла и полевого шпата — андезита, чем и объясняется их высокая порозность (в два раза больше, чем у типичных подзолистых горизонтов).

В районах, непосредственно примыкающих к вулканам, под мощным слоем пепла погребены развитые здесь почвы.

В связи с периодическим выпадением пеплов интересна история пихтовой рощи, произрастающей на восточном побережье Камчатки, около реки Семячик. Эту рощу еще в XVIII веке описал первый исследователь Камчатки — С. П. Крашенинников. Он отметил, что пихта на полуострове растет лишь в одном месте, имеющем небольшую площадь, и местные жители ее не рубят. Пихтовая роща у них считается священной. По записанному Крашенинниковым преданию, роща выросла «на костях и телах» ительменов, погибших во время похода и похороненных в этом месте.

В начале нашего века растительность Камчатки изучал академик В. Л. Комаров. Он в пихтовой роще не был, но по гербарным сборам установил, что это особый вид пихты, которую он назвал «грациозной». Комаров выдвинул гипотезу, что роща — реликт третичного периода. Эта гипотеза, казалось, подтверждалась спорово-пыльцевым анализом торфяников, в которых была обнаружена пыльца пихты, свидетельствующая, что раньше на Камчатке была широко распространена пихта.

В наше время изучение почв в пихтовой роще и окружающих ее лесах из каменной березы показало, что во всех биогеоценозах наблюдается четкая слоистость профиля: пепловые отложения перемежаются в пределах первого метра очень часто. Следовательно, пихта и береза растут на молодых отложениях. Пыльцевой анализ погребенных пепловых слоев показал, что уже на десяти сантиметрах нет следов пыльцы пихты, там встречается только пыльца березы, как и под березняками. Очевидно, тысячу — две тысячи лет назад пихтовой рощи еще не было. Отсюда следует, что она не может быть реликтом третичного периода. Если связать воедино условия произрастания рощи и легенду о ее происхождении, то можно выдвинуть другую гипотезу: роща была посажена людьми и не представляет собой остатка бывших пихтовых лесов. Очевидно, ительмены в одном из морских набегов на южные острова (а может быть, и побережье Канады) привезли семена (шишки) пихты. В пользу этой гипотезы свидетельствует также отсутствие в языке ительменов названия пихты. Есть названия березы, ели, лиственницы, но пихты нет. Таким образом, расшифровка состава почвенных слоев и, в частности, обнаружение слоев пепла позволили по-новому поставить вопрос о происхождении пихтовой рощи.

Пески пустыни, морские и речные дюны, речные отложения — все это также является источником пыли в атмосфере и, следовательно, в почве. Лес, кустарники, даже отдельно стоящие деревья задерживают пыль, постепенно накапливая ее около себя. Пылесобирательная деятельность биогеоценозов даже без катастрофических пыльных бурь может достигать значительных размеров. Пыль задерживается на листьях, коре, ветвях, стеблях и с ними попадает в почву. Попадает она в почву и через животных.

Почвоведов интересуют процессы преобразования в почве минералов. На основании этих преобразований можно оценить, какие почвообразующие процессы и с какой скоростью идут в почве. Но если из воздуха все время поступают порции новых минералов, то, не учитывая их, можно прийти к ошибочным выводам. Например, многие почвоведы считают, что когда известняки выходят на поверхность, то под влиянием климата и растений они постепенно растворяются. И над известняками образуется слой минеральной почвы, часто содержащий мелкие зерна кварца, полевых шпатов и другие минералы. Считается, что они в виде примесей присутствуют в известняках. Но вполне вероятно, что эти минералы принесены ветром.

Чехословацкий ученый Р. Шали обнаружил в горных лесах Словакии некоторые почвенные участки, отличные по минералогическому составу от тех пород, на которых они залегают. Почвенный материал оказался явно принесенным откуда-то со стороны, причем не водными потоками, а ветром.

В Альпах почвоведы обнаружили на голой вершине сосну восьмидесятилетнего возраста, около которой образовалась почва мощностью несколько дециметров. Минералогический и химический анализ ее показали, что она тождественна рыхлым отложениям и почвам противоположного склона ущелья, а не подстилающим данную почву скалам. Водного переноса материала через ущелье не могло быть. Видимо, был только один переносчик — ветер.

С точки зрения эоловой (ветровой) гипотезы следует пересмотреть и данные по первичному почвообразованию на скалах под лишайниками. Многие исследователи считают, что лишайники постепенно разрушают камни, превращая их в мелкозем. При этом примечательно, что максимальное количество мелкозема накапливается в углублениях и трещинах. Но возможно, что далеко не всегда накопившийся под лишайниками мелкозем — следствие почвообразования. Лишайники могут поселиться и на уже запыленной поверхности камня. Они сами могут задерживать и накапливать пыль. Такое явление хорошо прослеживается на Камчатке. На скалах, образованных излившейся лавой одного из давно потухших вулканов, можно наблюдать пятна лишайников. Изучение мелкозема под ними показало, что его происхождение не связано с выветриванием скал — это вулканический пепел, отложенный на скалах в результате извержения других вулканов.

Часто можно видеть молодое деревце, растущее в расщелине между кирпичами, заполненной пылеватым материалом. Около стволика накапливается пыль и создается первичная почва. Конечно, этот мелкозем не является продуктом разрушения кирпичей.

Исследования показывают, что лес, например, задерживает пыль больше, чем луг. Особенно много пыли скапливается на лесной опушке.

Важно оценить, как быстро нарастает почва сверху в связи с поступлениями пыли из атмосферы и как препятствует этому процессу эрозия почв, снос поверхностных горизонтов водой и снова тем же ветром.

Возможно, что изучение скорости этих двух процессов поможет установить возраст наших почв и определить скорость почвообразования. Но во всех случаях уяснение роли «пыли веков» в жизни биогеоценоза представляет большой интерес для биогеоценологов — почвоведов, географов и многих специалистов смежных и даже далеких от них наук.

Возраст почв

Мы знаем: время растяжимо.

Оно зависит от того,

Какого рода содержимым

Вы наполняете его.

С. Я. Маршак

Мы знаем: время растяжимо. Оно зависит от того, какого рода содержимым вы наполняете его

Исходя из знаний об образовании почвы можно предположить, что ее возраст зависит от времени, когда лежащая под ней материнская порода оказалась на дневной поверхности. Кроме того, должна влиять степень устойчивости этой породы к выветриванию, то есть ее стойкость к разрушающему действию воды, растений, смены температур. На граните скорость почвообразования одна, на базальте — другая, на рыхлых отложениях (лёссе, морене) — третья. Скорость и возраст почвообразования зависят также от климата: в тропиках, особенно во влажных, почвообразование идет круглый год, в тундре — всего каких-то два месяца.

О возрасте почвы можно судить по степени выраженности почвенного профиля. Чем четче и полнее выражены все генетические горизонты, тем старше почва. Но на этом пути почвоведа подстерегают трудности. Дело в том, что развитие любой почвы в неизменных климатических условиях идет до определенного предела. Так, в черноземах накопление гумуса не превышает двадцати процентов, в подзолах вынос илистых частиц из подзолистого горизонта никогда не идет до конца: всегда остается не меньше четырех процентов ила. Предельность развития почв приводит к тому, что внешне одинаковые по развитию почвы могут иметь разный возраст.

В. В. Докучаев, одним из первых поставивший вопрос о возрасте почв, указал, что время — один из пяти факторов почвообразования. Он отличал возраст подпочвы (материнской породы) и возраст почвы. Возраст почвы, по Докучаеву, следует исчислять с того момента, когда геологическая порода (все равно какого возраста) выйдет на дневную поверхность и на ней поселятся растения. Только тогда образуются наземные почвы. Если продолжить эту мысль В. В. Докучаева, то субаквальные почвы образуются вместе с образованием донных отложений.

Возраст почв

Время выхода на дневную поверхность пород в разных регионах мира резко отличается. В тропиках несколько миллионов лет одни и те же породы находятся на поверхности. Почти не меняются там и климатические условия. Поэтому возможно, что ферраллитные почвы тропиков имеют возраст уже несколько миллионов лет. В то же время в других районах, например на Русской равнине, выход пород на дневную поверхность происходил неодновременно. Еще В. В. Докучаев писал, что черноземы Украины старше, чем почвы Прикаспия и подзолы северной тайги. Прикаспийская низменность и примыкающие к ней районы позже, чем Украина, вышли на дневную поверхность. Эта низменность долго находилась под волнами Хвалынского моря, включавшего тогда и Каспийское, и Азовское моря. По мере отступания моря обнажались донные отложения, на которых начинался процесс почвообразования.

В северной тайге начало почвообразования связано с отступанием ледника, окончанием периода оледенения. Известно, что после таяния ледника воды размывали морены, принесенные ледником, откладывали пески и суглинки на Средне-Русской равнине. И на этих суглинках и песках стали образовываться почвы.

По обнажениям на берегах рек часто встречаются погребенные почвенные слои. Так, например, под Новосибирском, на Алтае, в европейской части СССР описаны на глубине около четырех метров три перегнойных горизонта погребенных почв.

В четвертичном периоде, начавшемся около полутора миллионов лет назад и продолжающемся поныне, в слоях эоплейстоцена, находят две группы погребенных почв. Их связывают с двумя оледенениями.

На смену эоплейстоцену пришел плейстоцен также с периодом похолодания и наступлением ледника. Во время наступления ледника и его таяния образовалась основная масса лёсса, которая погребла почвы. Отступление ледника, потепление климата способствовали развитию растительного покрова и новому образованию почв. На смену межледниковые пришло новое оледенение, известное у нас как Днепровское. Эпоха Днепровского оледенения и стадия его — Московское длились весь средний плейстоцен. После отступления ледника Московского оледенения наступило Микулинское межледниковье, и потепление климата вновь способствовало формированию почвенного покрова.

Наступившее тридцать семь тысяч лет назад Валдайское оледенение тоже пережило несколько стадий. Двадцать девять — двадцать пять тысяч лет назад ледник сначала отступил (это время называют Брянским интер-стадиалом — теплой фазой между двумя стадиями наступления ледника). Десять — одиннадцать тысяч лет назад ледник отступил в свои современные границы, и начался период голоцена. Двенадцать — десять тысяч лет назад начался предбореальный период. Через тысячу лет его сменил бореальный. Еще почти через тысячу лет наступил теплый атлантический период с господством широколиственных лесов на наших средних широтах, в теперешней южной тайге. Затем наступило похолодание, четыре с половиной — пять тысяч лет назад в наши леса проникла ель и стала основной лесообразующей породой. Наступил суббореальный период. Он две — две с половиной тысячи лет назад сменился субатлантическим, более теплым, чем предыдущий, периодом.

Такая сложная геологическая история средней полосы европейской части нашей страны способствовала неоднократному формированию почв, их погребению лёссами и другими отложениями, образовавшимися в ледниковый период и при таянии ледника.

Существует гипотеза, говорящая о том, что лёсс в ряде регионов мира образовался в межледниковый период в результате размыва и выравнивания поверхности. Вершины и верхние части склонов водоразделов, холмов размывались, а материал размыва отлагался в долинах и балках. Поэтому считают, что погребенные почвы сохранились именно по берегам рек. На водоразделе они размывались и смывались, а в нижних частях склонов погребались и консервировались. Многие факты подтверждают эту гипотезу.

Исследователи выделяют на Приобском плато погребенные почвы возрастом шесть, девять, четырнадцать и двадцать шесть тысяч лет. Особенно внимательно были изучены почвы Брянского интерстадиала и установлено, что почвы, развивавшиеся в то время, относятся к лесотундре и имеют возраст двадцать пять — двадцать девять тысяч лет.

Итак, за последние сто тысяч лет почвенный покров территории СССР, в особенности ее степной и лесной зон, нарушался неоднократно и погребался новыми отложениями. Поэтому сегодняшний почвенный покров явно намного моложе, чем последний ярус погребенных почв.

Если ледниковый период окончился десять — двенадцать тысяч лет назад и наступила эпоха голоцена, четвертичного периода, в которую мы сейчас живем, то, может быть, возраст наших почв одинаков с возрастом голоцена и достигает десяти тысяч лет. А. А. Роде, анализируя подзолообразовательный процесс на территории Ленинградской, Московской и Калининской областей, решил по различию в содержании железа в гумусовом и подзолистом горизонтах и в материнской породе рассчитать время перераспределения, выноса этого элемента из почвы. Получилось, что для такой дифференциации почвы по содержанию железа требуется десять тысяч лет. Казалось бы, все сходится. Но тогда на сцену выступают данные палеоботаники, которые свидетельствуют о смене растительности в течение голоцена. А если изменялся растительный покров, то должны были меняться и почвы. В. О. Таргульян считает, что наши подзолистые и дерново-подзолистые почвы сформировались в основном уже шесть тысяч лет назад. Уже тогда в них выделялись аккумулятивный, подзолистый, иллювиальный горизонты. С тех пор отмечалось лишь изменение ряда свойств этих горизонтов под влиянием смены растительности и климата. Вывод В. О. Таргульяна близок к идеям некоторых других ученых. Они считают, что подзолистые почвы нашей лесной зоны сформировались на так называемых двучленных наносах — отложениях моренного и покровного суглинков, перекрытых сверху более легкими породами. Обедненность гумусового и подзолистого горизонтов в этих почвах илом связывают не с современными почвенными процессами, а с исходной двучленностью отложений.

Наиболее четко эту гипотезу сформулировал И. А. Соколов. Он полагает, что при таянии ледника всегда образуются двучленные отложения, причем сверху — более легкие по механическому составу (более бедные глинистыми частицами), на которых развиваются современные почвы.

Все перечисленные варианты гипотез приводят к одному: современная дифференциация подзолистых почв на верхнюю облегченную и нижнюю утяжеленную толщи унаследована от прошлого. Последние три-четыре тысячи лет дифференциации почв такого размаха не наблюдалось. Если принять эту гипотезу, то сразу возникает вопрос: как считать возраст почв нашей зоны — от начала формирования двучленности или от начала суббореального периода? Ясно одно, что почвы и их горизонты разновозрастны по своему формированию. Разные свойства почв, включая и разные горизонты, могли образоваться в разные периоды голоцена. Иными словами, просто ответить, что возраст данной почвы соответствует возрасту голоцена, нельзя. С началом голоцена связано начало формирования современного почвенного покрова, но установление возраста каждой конкретной почвы — это особая задача.

Возраст погребенных почв устанавливается более или менее точно. По возрасту тех отложений, которые подстилают и перекрывают погребенную почву, можно рассчитать интервал в возрасте погребенной почвы.

Непосредственно возраст органического вещества почв, как погребенных (но не свыше шестидесяти тысяч лет), так и современных (не моложе семидесяти — ста лет), можно определить радиоуглеродным методом.

Известно, что в атмосфере содержится три сотых процента углекислого газа, который постоянно потребляется растениями. В верхних слоях атмосферы под влиянием космических лучей идут ядерные реакции, и из азота образуется изотоп углерода С14. Углерод окисляется до С14O2. Таким образом, атмосферный углекислый газ всегда содержит определенный процент изотопа углерода. Растение поглощает радиоактивный изотоп вместе с углекислым газом, строит из него свое тело, а отмирая, привносит его в почву, где С14 входит в состав гумуса, как и обычный С12. Но, как и любой радиоактивный элемент, изотоп углерода распадается и постепенно снова превращается в азот. Остается один С12. И вот по количеству радиоактивного изотопа углерода в органическом соединении можно установить его возраст — сколько времени прошло с тех пор, как углерод этого соединения покинул атмосферу. Метод этот кажется очень простым и многообещающим, особенно при установлении возраста почвенного гумуса. По этому пути пошли многие исследователи и получили интересные и неожиданные результаты.

Основное количество гумуса содержится в верхних слоях почвы. Гумус состоит из разных групп соединений: гуминовых кислот, фульвокислот, гумина. Оказалось, что разные группы этих веществ имеют разный возраст. Например, гуминовые кислоты черноземов (слой в десять сантиметров) образовались шестьсот шестьдесят — тысяча шестьсот восемьдесят лет, гумин — тысячу сто десять — две тысячи сто двадцать лет назад. Это для курских, воронежских, тамбовских черноземов. Возраст же гумуса австралийских тропических почв (красноземов) — сто один — шестьсот лет в поверхностном слое, пятьсот семьдесят — тысяча лет — на глубине тридцати — пятидесяти сантиметров и четыре тысячи — в более глубоких слоях почвы. Растет с глубиной возраст гумуса и у черноземов. В наших черноземах на глубине десяти — двадцати сантиметров возраст гумуса — тысяча двадцать лет, на глубине пятидесяти — шестидесяти сантиметров — две тысячи шестьсот восемьдесят лет, на глубине ста десяти — ста двадцати сантиметров — четыре тысячи семьсот двадцать лет, а на глубине двухсот сорока — двухсот пятидесяти сантиметров — даже двенадцать тысяч четыреста семьдесят лет.

Это различие можно объяснить тем, что верхний слой почвы постоянно сносится (эрозия) или что в него приносится пыль, и в этом случае гумусонакопление идет заново. Пыль веков, попадая в почву, омолаживает ее. Этим можно объяснить более юный возраст гумусового горизонта.

Есть еще одно обстоятельство, влияющее на изменение действительного возраста. Обнаружено, что новые порции органического вещества, поступая в почву, «обновляют» старый гумус. Они присоединяются к старым молекулам, замещают в них целые «блоки». И таким образом гумус по содержанию С14 как бы молодеет.

Но существует и противоположный процесс. Гумус может казаться старше, чем на самом деле. Представьте такую картину: гумус разрушается после какого-то длительного этапа «хранения» в почве, в воздух выделяется углекислый газ, который по сравнению с атмосферным беднее радиоактивным изотопом углерода. Выделившийся углекислый газ сразу перехватывается и ассимилируется растениями, он не успевает обогатиться радиоактивным углеродом, не успевает равномерно перемешаться с атмосферным углекислым газом. Содержание изотопа в растениях будет меньше нормы. Тем более меньше нормы оно будет в новом гумусе, образовавшемся из этих растений. Получится (по определению на приборах), что гумус старше, чем в действительности. Так, например, на Камчатке в ряде мест растения усваивают углекислый газ, выделяющийся из земной коры. Поэтому возраст растительных остатков здесь получается завышенным. Аналогичная ошибка происходит и при определении возраста трав около шоссейных дорог. По радиоуглеродному методу возраст трав здесь иногда измеряется чуть ли не миллионами лет. Но это не возраст трав — фактически это возраст бензина, на котором работают моторы проезжающих но шоссе автомобилей. Выделяющийся при сгорании бензина углекислый газ поглощается придорожными растениями, а так как он беден изотопом углерода, то получается очень большой возраст.

Итак, радиоуглеродный метод позволяет нам с учетом всевозможных ошибок оценить возраст гумусовых горизонтов почвы. Но он мало говорит о возрасте самой почвы. В лучшем случае, даже если все исследования проведены точно, мы узнаем возраст лишь одного горизонта. А их по крайней мере три: гумусовый, переходный, материнская порода. Правда, в некоторых почвах имеются карбонатные образования: лёссовые куколки, журавчики, белоглазка, псевдомицелий и т. д. Эти образования тоже содержат углерод, и к ним иногда можно применить радиоуглеродный метод. Анализ таких карбонатных включений в Новой Зеландии, в так называемых серо-коричневых почвах, показал, что на глубине тридцати — сорока сантиметров карбонаты по С14 имеют возраст две с половиной тысячи лет, на глубине шестидесяти — семидесяти сантиметров — шесть — девять тысяч лет, а на глубине один метр — уже двадцать восемь тысяч лет.

Все приведенные данные и по гумусу, и по карбонатным включениям показывают, что почва — образование разновозрастное, что на разной глубине одинаковые элементы почвенного профиля имеют разный возраст. Не во всех почвах есть карбонаты, по которым можно было бы хотя бы ориентировочно назвать возраст почвенных горизонтов. На некарбонатных почвах возраст пытаются определить другими методами, например по оценке скорости выноса разных соединений из почвы, скорости разрушения минералов почвенных горизонтов. Этот метод пригоден и на карбонатных почвах, особенно если карбонаты диффузно распределены в нижних слоях почвы.

В почву и на поверхность почвы поступают растительные остатки. Сквозь растительный опад и почву просачиваются осадки, растворяющие некоторые почвенные соединения. По мере их движения в почве часть растворов поглощается и на определенной глубине промачивания почвы уже не наблюдается. Замедление движения раствора и повышение концентрации растворенных веществ приводят к выпадению их в осадок. Постепенно на границе среднемноголетнего промачивания почвы накапливаются принесенные из верхних горизонтов растворимые вещества. На этой глубине они выпадают в осадок. Если учесть, что разные вещества, растворенные в одном растворителе и находящиеся в одном растворе, движутся с разной скоростью, то можно ожидать на разных глубинах скопления разных веществ. Так, в почвах сухих степей можно на глубине сорока — пятидесяти сантиметров встретить карбонатный горизонт, на глубине ста — ста тридцати сантиметров — гипсовый, а на глубине ста пятидесяти — двухсот сантиметров — слой растворимых солей (поваренной соли, сернокислого натрия и др.).

Еще Докучаев связывал образование карбонатных скоплений в черноземах с выщелачиванием кальция из верхних горизонтов. И действительно, прослеживается связь между количеством выпадающих осадков и глубиной залегания растворимых соединений, в частности карбонатов: чем больше осадков, тем глубже залегают карбонаты. Но конечно, связь эта не такая простая. На нее влияет механический состав почвы, ее водопроницаемость и изменение водопроницаемости в процессе почвообразования. Влияет на указанную зависимость обработка почвы, ее использование в сельском хозяйстве. Поэтому всегда трудно выбрать точку нулевого отсчета для определения возраста почвы, «нуль-момент».

Не менее трудно найти в толще почвы слой ненарушенной материнской породы. Обычно почвообразовательные процессы захватывают толщу почвы до четырех метров. А на глубине один-два метра очень часто заметна смена почвообразующих пород. Эта смена может быть контрастной, резкой, а может быть и постепенной, малозаметной. Но в любом случае она затрудняет все наши расчеты по скорости выноса веществ из верхних горизонтов почв.

Однако найденная связь между осадками и выносом солей широко используется мелиораторами для прогноза рассоления почв. Его применяли голландцы для расчетов скорости формирования отмытой от солей почвы определенной мощности после осушения морского дна. Но это уже обратная задача: по скорости выщелачивания прогнозировать мощность отмытой за определенный срок почвы.

Есть еще два «агента», которые сильно влияют на целостность почв, а следовательно, затрудняют и оценку ее возраста. Это животные и растения. Черви, личинки жуков, мух и мушек, обитая в почве, перемешивают ее. За ними идут их враги: кроты, землеройки, усиливающие перемешивание почвы. Поэтому в перерытых почвах отсчет возраста уже иной, чем в ненарушенных. Взрослые деревья, достигая своего предельного возраста, если их не срубят, падают на землю. Очень часто при этом они выворачивают с корнем почву, перемешивая объемы до пяти кубических метров. Образуется вывал, который постепенно снова превращается в почву. Он зарастает мхами, травой, деревьями. В нем образуется сначала гумусовый, а затем и другие почвенные горизонты, хотя очень часто сохраняются следы перемешивания. Для формирования почв в этом случае иногда требуется двести — пятьсот лет. Но как считать возраст этих почв? Если в лесу отдельное дерево живет не более двухсот лет (а иногда до четырехсот — пятисот), то раз в двести лет в лесу происходит смена поколений деревьев с нарушением почвенного покрова. Верхние горизонты перемешиваются, а нижние сохраняются. Следовательно, и в этом случае почвенные горизонты разновозрастны (как горизонты они формируются в разное время). Если к тому же учесть, что в каждом лесу имеется набор профилей — профили, вполне сформировавшиеся, с ясно выраженными горизонтами, и «молодые», то следует предположить, что за какое-то время перемешанные почвы снова превращаются в обычные.

Существуют опыты по установлению скорости почвообразования, скопилось много наблюдений за восстановлением нарушенных почв. Но и здесь факты разноречивы. Особенности первичного формирования почв заставляют строго отнестись к разного рода наблюдениям о скорости почвообразования и возможном возрасте вновь образующихся почв.

В. В. Докучаев в 1870 году обследовал стены Староладожской крепости, сложенные из известняков в 1116 году. На этих стенах под дерном толщиной два с половиной сантиметра залегал буровато-серый слой почвы мощностью десять — пятнадцать сантиметров. Почва залегала на тонких известковых плитках, переходящих в более грубые плиты. Среди известковых плит встречались гранитные. Таким образом, можно было бы считать, что почва на плитах сформировалась несколько более чем за восемьсот лет. Однако уверенности в этом выводе нет. Во-первых, в образовании почвы могла участвовать пыль. Во-вторых, условия для поселения растений на этих стенах были неблагоприятными, поэтому образование дерна могло длиться очень долгое время. В-третьих, в первые сто — триста лет крепость поддерживалась в хорошем состоянии. Так что считать, что пятнадцатисантиметровый слой почвы сформировался за восемьсот лет, — не очень строгий вывод. Почвенный слой начал образовываться далеко не сразу после постройки стен, и, может быть, для включения механизма почвообразования потребовалось двести — триста лет, а для самого почвообразования тоже двести — триста лет.

Такая неясность со скоростью почвообразования, следовательно, с возрастом как всего почвенного профиля так и отдельных его горизонтов потребовала изучения строго датированных участков с «нулевой точкой почвообразования». К таким участкам относятся выемки и насыпи у железных дорог, каналов, старые курганы, отвалы рудников и шахт.

О скорости почвообразования мы судим по изменению определенных свойств исходной породы, в частности по накоплению гумуса и формированию гумусового горизонта. В начале своего развития какое-то свойство нарастает очень незаметно. Почва как бы сопротивляется появлению этого свойства. Затем в определенный момент сопротивление материала сломлено: скорость развития свойства становится очень большой. А потом, достигнув какого-то уровня развития, обычно восьмидесяти — девяностопроцентного от предельного (характерного для сформированных почв), скорость изменения свойства снова резко замедляется.

Например, старая залежь на ферраллитных почвах была оставлена для облесения. Исходное после прекращения пахоты содержание гумуса составляло около двух процентов от веса почвы. Через пять лет содержание гумуса возросло до трех процентов, через семь лет — до пяти, через тринадцать — до пяти с половиной процентов. Ясно, что, если мы будем измерять скорость изменения свойства в разные периоды, мы получим разные ее величины. Ошибочная оценка скорости приведет к ошибке в оценке возраста почвы.

Сложности ожидают исследователя и при оценке скорости изменения свойства почвы, уже сформировавшейся полностью, но условия существования которой вдруг резко изменились. Например, вырубили лес. Остались лесная подстилка, листья, сучья. На следующий год после вырубки вся оставшаяся органическая масса начинает бурно разлагаться. В почве возрастает содержание гумуса. Но вот избыток органических остатков разложился, на вырубке поселяются травы, запас гумуса начинает немного снижаться, затем он снова поднимается, когда в почву начинает поступать заметное количество корней трав. Однако постепенно избыток гумуса исчезает, и содержание его в слое до двадцати сантиметров может стать даже меньше, чем оно было в «исходном» лесу. Если начертить кривую содержания гумуса в почве в течение всех этих изменений, то она будет напоминать известную кривую Селье (канадского врача), характеризующую нашу реакцию на всякие стрессы. Конечно, кривая — это только схема, и при этом грубая. Но она заставляет нас оценивать, в какой период мы ведем наблюдение за изменением свойства. Если в этом не сориентироваться, то можно сделать прямо противоположный вывод даже о направлении почвообразования.

Следует отметить, что одинаковые свойства почвы могут иметь разное происхождение. Они могут наследоваться от материнской породы, могут возникать под действием современного биогеоценоза, могут быть унаследованы от прошлого биогеоценоза. Расшифровка всех этих связей часто бывает трудной, поскольку ряд свойств может одновременно отражать действие всех трех факторов.

Например, часть гумуса почвы может унаследоваться от почвообразующих пород. Такими породами могут быть глинистые угольные сланцы, шунгиты, озерные отложения. Часть гумуса — «реликт» прошлых циклов почвообразования, когда данная почва входила в состав другого, теперь исчезнувшего биогеоценоза. Часть гумуса образуется в результате воздействия современного биогеоценоза. Очевидно, именно поэтому разные фракции гумуса имеют разный возраст.

Существуют фактические данные по скорости изменения свойств почв. Так, через тридцать лет после отложения пепла в результате извержения вулкана в Индонезии накопилось два процента гумуса в слое до пятнадцати сантиметров. На Аляске за тысячу лет на морене сформировался настоящий подзол с подзолистым горизонтом мощностью пять — десять сантиметров. Иногда для формирования гумусового горизонта достаточно пятьсот и даже двадцать лет. Так, на курганах вятичей в Московской области образовался гумусовый горизонт мощностью семь — двенадцать сантиметров и с содержанием гумуса пять — семь процентов за пятьсот — шестьсот лет. Одновременно обозначился подзолистый горизонт мощностью до двадцати сантиметров. Выбросы крота на поверхность почвы уже через двадцать лет невозможно отличить от окружающей почвы. На ветровалах, в западинах и на буграх формируются почвы, неотличимые от окружающих за двести лет. Таких примеров можно привести много. Болотные почвы образуются значительно быстрее. В выемках около железных дорог в лесной зоне образуются болотные почвы за какие-то двадцать — тридцать лет.

Все приведенные рассуждения наводят на мысль, что следует различать скорость почвообразования, скорость образования отдельных свойств почв и их горизонтов, профиля в целом, почвенного покрова определенной территории.

Таким образом, выясняется одна важная черта почв, заставляющая смотреть на всю проблему почвообразования и определения возраста почв более строго, чем это было до недавнего времени, еще каких-то двадцать — тридцать лет назад. Очевидно, нельзя говорить о возрасте почвы вообще. Следует четко различать понятия: возраст почвенного покрова данной территории, возраст данного почвенного профиля, возраст отдельных горизонтов и возраст разных свойств и составных частей данной почвы.

Если снова вернуться к началу отступления ледника на территории Московской области, то можно наметить следующую схему: двенадцать — десять тысяч лет назад на наносах ледника стал формироваться почвенный покров.

Вначале он состоял из первичных почв, болотных, дерновых, возможно, тундровых. Затем на этих почвах поселились деревья и стали формироваться подзолистые и дерново-подзолистые почвы. Потом на части территории появились серые лесные почвы. Таким образом, почвенный покров Московской области имеет возраст двенадцать — десять тысяч лет. Современный почвенный покров, представленный современным набором почв, насчитывает всего четыре тысячи лет. Современные почвенные профили имеют возраст всего тысячу лет, и даже меньше. Есть совсем молодые почвенные профили, насчитывающие всего сто лет и менее.

Если посмотреть на почвенный покров нашей планеты с точки зрения его возраста, то современный покров очень разновозрастен. Есть участки почвенного покрова, насчитывающие миллионы лет (ферраллитные тропические почвы), но есть участки, насчитывающие всего несколько лет (пойменные почвы). Возраст отдельных почвенных горизонтов современного почвенного покрова может быть равен его возрасту, быть старше или моложе. Но возраст почвенного профиля в целом всегда моложе почвенного покрова, так как верхние горизонты почвы непрерывно изменяются в естественных условиях.

Пока не удалось в гумусовых горизонтах найти гумус старше двенадцати тысяч лет, что свидетельствует как о скорости круговорота углерода в почве, так и о скорости формирования гумусового горизонта почвенного покрова.

Решение вопросов скорости почвообразования очень актуально, особенно в связи с необходимостью восстанавливать почвы на территориях, нарушенных техногенной деятельностью.

Не менее важно знать характер изменения свойств почв и скорость этих изменений при интенсификации сельского хозяйства.

Вода в почве

Облекая мир в праздничный наряд,

Облака земле красоту дарят...

...Зелень трав темней, чем глаза газели,

Сладостен ручья вкус и аромат...

...Там, где был пустырь выжженный и голый,

Как павлин, земля восхищает взгляд...

Дакики

Там, где был пустырь выжженный и голый, как павлин, земля восхищает взгляд

В начале книги был подробно описан опыт Ван Гельмонта — голландского алхимика, которого его современники считали чернокнижником и колдуном, как, впрочем, и А. Левенгука, открывшего царство микробов. Ван Гельмонт не обратил внимания на потерю почвой семидесяти граммов своего веса. Зато учел то количество воды, которое пошло на полив посаженной ивы, и сделал вывод о необходимости воды растению. Он считал, что главное в питании растений — вода.

О необходимости полива растения знали еще древние земледельцы Шумера и Египта, но от этого знания до точного расчета дозы полива — достаточно большое расстояние.

Количество воды, потребляемое растениями, значительно превышает поступление таких важных для жизни питательных элементов, как азот, калий, фосфор. Например, пшеница на широте Москвы с одного гектара почвы забирает не больше двухсот килограммов азота, калия, фосфора в год, и в то же время она потребляет тысячу тонн воды. В сухих степях Заволжья потребность пшеницы в воде возрастает еще больше: она поглощает две тысячи тонн воды с гектара. Потребление воды могло здесь быть и больше, но просто в каштановых почвах две тысячи тонн — это весь запас доступной растениям воды. Если учесть, что в сухих степях на каштановые почвы поступает в год двести — четыреста миллиметров осадков, что соответствует четырем — двум тысячам тонн воды на гектар, то станет ясной вся напряженность водного режима растений в этой зоне. Дело в том, что часть этих осадков выпадает зимой и может теряться во время весеннего стока талой воды, другая часть в виде снега сдувается в овраги и тоже теряется для растений. Некоторая доля осадков, иногда весьма значительная — до четверти годовой нормы, может выпадать в виде ливня и тоже стекать по поверхности почвы в овраги и балки. А небольшие дожди в летние месяцы смачивают лишь самую верхнюю, миллиметровую корку почвы и испаряются в воздух, не используясь растениями. Поэтому зона сухих степей для получения высоких и устойчивых урожаев требует орошения, полива.

Вода в почве

Самые простые расчеты показывают, что для орошения тысячи гектаров в течение лета необходимо не меньше двух миллионов тонн воды. Если учесть, что часть поливной воды испаряется, не попадая в растения, часть фильтруется в глубокие слои почвы и тоже пропадает для растений, то эту цифру надо увеличить. Проблема полива больших площадей включает такие вопросы, как методы полива, строительство инженерных сооружений, распределяющих воду, подающих ее к полю, расчеты норм полива и т. п. Всем этим занимается наука мелиорация и составная часть ее — мелиоративное почвоведение.

Почва впитывает воду, удерживает ее. Это свойство почвы называют влагоемкостью. Глины удерживают до шестидесяти процентов воды от веса почвы, суглинки — тридцать — сорок процентов, супеси — двадцать процентов, пески — до десяти процентов. Следовательно, при поливе почва может удержать лишь строго определенное количество воды. Проектируя полив, необходимо прежде всего установить, какой мощности слой почвы надо поливать. Отсюда следуют другие задачи, стоящие перед почвоведами. Они должны знать водопроницаемость почвы, скорость впитывания воды, ее влагоемкость, плотность и т. д.

Важным свойством почвы следует признать так называемую влажность завядания. Это то количество воды в почве, которое растение не может взять и она остается «мертвым балластом». Влажность завядания определяется свойствами почвы и видом растений. Разные растения могут иссушать почву до неодинаковых остаточных запасов воды. Это определяется сосущей силой растения. Если сосущая сила растения больше, чем водоудерживающая способность почвы, то растение отберет у почвы воду, если меньше — оно погибнет от недостатка воды. То есть, чтобы взять из почвы воду, растение должно совершить работу. Если энергетические ресурсы растений позволяют, то они смогут взять необходимую воду, если нет — вода останется в почве.

Выяснилось, что большинство сельскохозяйственных растений не может брать воду из почвы, если необходимо затратить работу больше полутора килоджоулей на килограмм воды. Деревья наиболее работоспособны: они перестают потреблять воду лишь тогда, когда необходимо тратить больше двух с половиной килоджоулей на килограмм воды.

Ясно, что, чем больше тратится энергии на получение воды из почвы, тем меньше урожай фитомассы растений. Оптимальная трата энергии растениями — сто джоулей на килограмм воды — отмечается тогда, когда почва увлажнена до полевой влагоемкости, до такого количества воды в ней, которое остается после отекания избытка. Сразу после полива влажность почвы близка к этому состоянию. Если учесть, что за летние месяцы растения расходуют ежедневно в среднем до тридцати тонн воды, то на потребление этого количества воды им требуется выполнить работу от трех тысяч килоджоулей до тридцати тысяч, что равносильно работе небольшой сельской электростанции.

При поливе необходимо учитывать не только полевую влагоемкость почвы, не только ее исходную предполивную влажность, но и величину влажности завядания, скорость движения в почве, потери воды на испарение непосредственно из почвы и т. д.

Необходимость специальных знаний при орошении не только следствие сложных взаимодействий почвы и воды. Организация полива существенно зависит от размеров орошаемых участков. Чтобы полить одну-две грядки шириной семьдесят сантиметров, длиной два-три метра и общей площадью полтора — два квадратных метра, достаточно взять четыре ведра воды. При этом лейка позволяет равномерно распределять воду по поверхности. Но если поливная площадь измеряется гектарами и сотнями гектаров, то необходимы уже совершенно иные подходы.

Полив больших площадей — сложная гидротехническая, мелиоративная проблема. Воду на поле можно подавать напуском по полосам, можно предварительно нарезать борозды и пускать поливную воду по ним, можно использовать дождевальные установки. Полив напуском - теоретически самый дешевый способ. Но в конечном счете он обходится дороже, поскольку тратится больше воды и почва поливается неравномерно. В начале поля она увлажняется глубже, избыточнее, чем в конце, где воды может и не хватить. Аналогичная ситуация создается и при поливе по бороздам. Полив этими методами должен учитывать уклон местности, скорость впитывания воды, глубину грунтовых вод. Участок для полива должен быть выровнен, или, как говорят мелиораторы, спланирован, чтобы поверхность почвы увлажнялась равномерно и не оставались бугры, не политые водой. Все сказанное относится к поливу по бороздам.

Перечисленные способы полива трудоемки и требуют большой доли ручного труда. Кроме того, эти способы приводят к потере воды на отток в грунтовые воды, на испарение. Часть подаваемой воды (и иногда очень большая) при поливе по полосам расходуется зря.

Сейчас на нашей планете в той или иной степени орошается около ста миллионов гектаров. При норме одного полива в шестьсот тонн на всю эту площадь надо израсходовать шестьдесят миллиардов кубических метров воды. Для примера эту цифру можно сопоставить с запасами воды в озере Чад, которые приблизительно равны шестидесяти миллиардам кубометров. При таких больших расходах воды на полив небольшие ошибки в расчете поливной нормы, перерасход воды сразу скажутся на водном бюджете стран.

Так что экономный полив — это насущная необходимость. Следует учесть, что, пока воду гонят по магистральным и распределительным каналам, она тоже впитывается в почву и частично испаряется. На все это теряется достаточно большое количество воды, поэтому во всем мире разрабатываются другие методы орошения. Был предложен способ подземного орошения. Он основан на свойстве керамических труб пропускать воду сквозь поры своих стенок. По керамическим трубам вода подается в поле. Но, чтобы заложить эти трубы в почву, надо разрыть поле, вырыть на нем канавы, уложить туда трубы и снова закопать. Да и сами трубы стоят недешево. Они могут раскалываться и заиливаться. В первую очередь, конечно, этот вид орошения используется под дорогостоящие технические культуры, например под плантации роз.

Для орошения больших площадей нужны другие методы. Среди них хорошо себя зарекомендовал метод дождевания. Поле принимает «душ». Вода разбрызгивается над почвой. Увлажняется не только почва, но и приземный слой воздуха. Но и этот метод имеет недостатки. Главный из них — небольшая производительность одного агрегата. Норма четыреста — шестьсот кубометров воды на гектар равносильна дождю, образующему водный слой в сорок — шестьдесят миллиметров. Обычно дождевальная установка за один раз, или, как говорят мелиораторы, с одной позиции, может полить от одного ара до двадцати аров земли. Интенсивность полива дождеванием не должна превышать полутора-двух миллиметров в минуту. При большей интенсивности происходит разрушение почвенной поверхности, ее заиление, и вода не попадает в почву, а стекает с нее. При этом может даже разрушаться поверхность почвы, могут образовываться промоины. Такое явление называется ирригационной эрозией.

При норме сорок — шестьдесят миллиметров полив двадцати аров займет двадцать — тридцать минут, а одного гектара — в пять раз больше — полтора-два с половиной часа. На сто гектаров потребуется уже сто пятьдесят — двести пятьдесят часов, или пятнадцать — тридцать суток при длительности полива десять часов в сутки.

Для успешного орошения можно увеличить количество дождевальных установок, можно также разработать машины с более широким захватом площади полива с одной позиции. Но, для того чтобы дождевальная установка поливала, она должна брать откуда-то воду: из канала, проведенного вдоль поля, из труб, проложенных по полю, и т. д. А это означает повышение стоимости орошения.

Полив по полосам и дождевание имеют один общий недостаток: орошается вся поверхность почвы. А растения высевают и высаживают рядами, расстояние между которыми часто значительное. В зависимости от культуры участки, не занятые растениями, могут занимать двадцать — пятьдесят процентов площади поля. Конечно, корни растений охватывают всю толщу почвы, включая и не засаженную ее часть. Но все-таки с этой не затененной растениями поверхности вода очень быстро испаряется.

Полив по бороздам не имеет этого недостатка: он орошает лишь часть территории, но вода подается именно на ту часть поля (борозду), которая свободна от растений. Вода в этом случае все равно быстро поступает к корням, но, вероятно, лишний расход воды, не приносящий прибавки урожая, здесь есть.

В последние двадцать лет усиленно разрабатывается метод капельного орошения. Он основан на следующем принципе. Вдоль ряда растений кладут гибкую трубку из синтетического материала. Через определенное расстояние, соответствующее расстояниям между растениями в ряду, на трубке делают отверстия, в которые вставляют специальные клапаны. Регулируя клапаны, можно изменить скорость подачи воды в почву. Вода подается прямо около растения, и оно тут же использует эту воду, которая почти не тратится на испарение. В трубку вода подается под напором. Очевидно, в этом случае достигается самое продуктивное использование воды.

Для орошения воду часто берут из артезианских колодцев, но более обычные источники: реки, озера, пруды, водохранилища. Водохранилища обычно устраивают на близлежащих территориях, и дном им служат затопленные почвы. Эти почвы богаты гумусом, азотом, фосфором, и это богатство приводит к тому, что в водохранилище поселяются водоросли, которые там интенсивно разрастаются. Водорослями могут зарастать каналы, через которые вода подается на поля. Для борьбы с водорослями используют рыб: белого амура, толстолобика. Но это дело требует уже участия рыбоводов.

В районах массового орошения возникает одна грозная опасность — вторичное засоление почв. Орошая, мы часто даем избыток воды. Кроме того, водопроницаемость почв не одинакова на всех участках поля: в некоторых местах вода фильтруется плохо, в других — слишком хорошо. По таким естественным дренажам вода может проникать в глубь почвы, достигая уровня грунтовых вод или слоя с низкой водопроницаемостью. В последнем случае может образоваться горизонт грунтовых вод. В сухих районах, где главным образом и применяется орошение, почвы и грунтовые воды обычно содержат растворимые соли натрия, хлорид, сульфат, а также соли других катионов. Соли растворяются в поливной воде, а потом при испарении воды накапливаются в поверхностных слоях почвы. В результате количество и качество урожая снижаются.

При широких масштабах орошения вторичное засоление часто занимает большие площади, достигая угрожающих размеров. За пятьдесят — сто лет орошения без соблюдения профилактических мер может засолиться участок площадью сто гектаров.

С засолением борются с помощью дренажа: закладывают канавы-коллекторы, которые собирают воду, просочившуюся сквозь почву. Периодически почву промывают, дают избыток воды, чтобы вымыть растворимые соли. Профилактика засоления обходится дорого, но еще дороже расселять уже засоленные почвы. Поэтому предупреждению вторичного засоления уделяется очень большое внимание.

Невольно возникает вопрос: почему в местах древнего земледелия — в Междуречье, Египте, Средней Азии — земледельцы тысячелетия поливали свои поля и на них не было никакого засоления? Вопрос этот решается просто. Дело, конечно, не в каких-то секретах древних земледельцев и не в возможных ошибках сегодняшнего орошения.

В Древнем Египте, Шумере и других странах с развитым орошением поливали в основном прибрежную полосу земли. Египтяне поливали фактически долину Нила. Воду черпали прямо из Нила либо «журавлем», который до сих пор встречается во многих деревнях, либо «чигирем» колесом с сосудами-лопастями. Если земельный участок был непосредственно на берегу реки, то земледелец черпал воду ведром и по мелким канавкам отводил ее под растения.

Воды Нила, Сырдарьи и других южных рек очень богаты взвесями — реки несут громадное количество ила. В кубометре воды из Амударьи содержится до четырех килограммов ила. Когда этой водой орошают почву, то содержащийся в воде ил оседает на поверхности почвы и почва как бы растет кверху. Такие почвы широко распространены в староорошаемых районах Средней Азии. Откладывающийся ил плодороден и отмыт от солей. Почва от этого ила только улучшается. В почвенной классификации эти почвы выделены отдельно под названием староорошаемых. В некоторых местах они за счет ирригационных наносов наросли больше чем на метр. Почвы долин весной часто затапливались, и это тоже способствовало рассолению.

В наше время орошение охватило громадные площади. Оно давно покинуло долины рек и вышло на водоразделы, где устраивают водохранилища, из которых берут воду для орошения. Почвы водоразделов исходно богаче солями. Они естественным путем были отмыты лишь на глубину среднемноголетнего промачивания осадками. При орошении на эти участки поступает вода значительно более бедная ирригационными наносами. Кроме того, в этих случаях ил становится врагом гидротехнических сооружений. «Заиляются» водохранилища, каналы. Попадая с водой в распылители дождевальных установок, он закупоривает их. Так что в современных условиях изменились как объекты орошения, так и его масштабы. Когда изменилась техника полива, изменились и требования к поливной воде. И в этом случае качество воды более способствует процессам засоления, чем это было, скажем, в Древнем Египте и Вавилоне. Поэтому процессы вторичного засоления орошаемых почв в условиях современного сельского хозяйства стали более вероятными, чем в условиях полива пойменных почв долины Нила. Угроза засоления требует разработки специальных приемов контроля за состоянием почв при длительном орошении.

География поливов расширяется. Орошение продвинулось уже далеко на север. Поливают в летние месяцы даже дерново-подзолистые почвы. Но в этом случае орошение должно обязательно сопровождаться внесением удобрений. Только тогда получают урожаи, оправдывающие затраты на орошение. Орошение черноземов вызвало к жизни проблему борьбы с образованием в почве соды, которая, подщелачивая почву, ухудшает ее физические и химические свойства, снижает плодородие чернозема.

Существуют сейчас утеплительные поливы, когда поливают пастбища теплой водой в зимние месяцы для увеличения продуктивности пастбищ.

Особая проблема — орошение почв сточными водами. Она требует решения, поскольку сточных вод становится все больше и очистка их — важное дело народного хозяйства.

Орошение вторгается и в пустыни. Красно-бурые почвы пустыни, сероземы, светло-каштановые почвы испытывают постоянную нехватку воды. Но расширение здесь площади орошения требует постройки каналов и обходится очень дорого. Поэтому так важен поиск новых решений, позволяющих облегчить и ускорить полив, удешевить его.

Наряду с проблемой орошения в сельском хозяйстве существует и проблема осушения почв. При избытке влаги почвы заболачиваются, требуют специальной осушительной мелиорации. Она не менее дорога, чем орошение. Полный комплекс осушительных работ связан с устройством канав для отвода воды. Глубина канав зависит от мощности осушаемого слоя. Расстояние между канавами определяется влагопроводностью почв, их водоотдачей, и часто на тяжелых почвах, которые больше всего нуждаются в осушении, необходимо рыть канавы на расстоянии двадцати и менее метров. Открытые канавы, или открытый дренаж, затрудняют обработку почв и уборку урожая. Поэтому часто устраивают закрытый дренаж: гончарные или пластмассовые трубы закапывают в почву на нужной глубине, и они отводят избыток воды. Используют также «кротовый дренаж» (свое название он получил от того, что рыхлитель движется в почве и образует тоннели почти как крот).

При составлении проекта осушения необходимо учитывать длительность переувлажнения почв, частоту такого состояния в течение многолетнего цикла, когда сумма осадков может варьировать очень сильно. Надо помнить, что почву можно пересушить и избыточное осушение может привести к непоправимым последствиям: усилению почвенной эрозии и сносу плодородного верхнего слоя.

В настоящее время все большее распространение получают проекты двухстороннего действия: система во влажные годы работает как осушительная, а в сухие — как поливная. Обычно это система подземных труб, играющих роль то дренажей, то оросителей.

Мелиорация почв — одно из главных средств для выполнения задач интенсификации сельского хозяйства. Мелиорация улучшает почву, повышает ее плодородие. В разработке проекта мелиорации необходимо учитывать тип водного режима мелиорируемой почвы.

Водный режим — это особенность поведения, передвижения воды в почве. Если осадков выпадает больше, чем испаряется воды, и избыток воды проходит сквозь почву в грунтовые воды — водный режим почв называют промывным. Он характерен для подзолистых и дерново-подзолистых почв, красноземов и других почв.

Если такая промывка случается лишь в отдельные влажные годы, как это бывает на серых лесных почвах, то такой режим называют периодически промывным. В черноземах, каштановых почвах, сероземах и многих других существует непромывной тип водного режима: вода смачивает лишь верхнюю толщу почвы (до глубины двух метров и меньше).

Есть так называемый выпотной тип водного режима, когда воды подходят к поверхности почвы. Этот тип характерен для луговых и болотных почв, солончаков.

В районах с многолетней мерзлотой устанавливается особый, мерзлотный, тип водного режима. Мерзлые слои почвы часто играют роль конденсатора воды. Они малопроницаемы, поэтому вода задерживается в корнеобитаемом слое и используется растениями даже в таких районах, где осадков мало (например, в Якутии).

Предварительная оценка типа водного режима — обязательное условие для разработки генеральной линии мелиорации. Но конечно, для проекта мелиорации конкретной почвы следует установить не только тип водного режима, но и количественные его показатели: динамику влажности почвы в течение года.

Физические свойства почв очень сильно влияют на количественные показатели водного режима: от механического состава зависит водоудерживающая способность почв, их водопроницаемость, что составляет одну из главных статей баланса воды в почве. Поэтому так дороги мелиоративные работы, но значение их в повышении продуктивности почв огромно.

Географические открытия почв

Мир иной — цветы иные!

Новый цвет — и новый запах!..

...На здоровой щедрой почве

И растения здоровы...

Г. Гейне

В книге В. В. Докучаева «Русский чернозем» было «запатентовано» открытие почвы как особого природного тела. Но открытие конкретных почв, отличающихся строением профиля, составом и свойствами, произошло совсем иначе. Часть почв была известна до Докучаева, но они не рассматривались как особые тела природы. Другие почвы были открыты уже благодаря использованию методов и идей Докучаева.

Одно из важнейших открытий Докучаева — открытие зональности почв. При этом географичность почвы как природного тела следует из установленной связи ее образования с климатом и растительностью.

Явление зональности почв было открыто В. В. Докучаевым в значительной степени исходя из логических соображений. Экспериментальным толчком к этому открытию послужили его исследования черноземов. Определив содержание гумуса в тысячах образцах почв, В. В. Докучаев установил, что схематично всю черноземную зону России можно разделить на полосы черноземов с разным содержанием гумуса. Внутри полосы содержание гумуса было однородно. Полосы тянулись с юго-запада на северо-восток, повторяя направление растительных зон, например зоны широколиственных лесов. Этот факт в сочетании с теорией образования почв послужил основой для открытия явления зональности почв.

В 1898 году Докучаев открыл также явление горной зональности почв. Приехав на Кавказ, он поднялся в горы, как всегда сопровождая свои экскурсии изучением почвенных разрезов. И вот самым быстрым в конце XIX века способом — по телеграфу — в Петербург было послано сообщение об открытии новой закономерности в распределении почв. В вышедшей в 1899 году книге В. В. Докучаев изложил свои взгляды на горизонтальную и вертикальную зональности почв.

Открытие явления зональности послужило толчком для исследования и открытия новых почв. Но, как часто бывает в истории, географическое открытие некоторых почв опередило открытие В. В. Докучаевым самой почвы.

Люди сначала открывали почвы, как Колумб Америку, не подозревая, что они открывают новый мир. Еще древние славяне оценили необыкновенную «хлебную силу» черноземов и серых лесных почв. Уже в XVI веке сведения о них как самых плодородных почвах заносят в «Писцовые книги». Правда, под черноземами понимали любую «черную», богатую перегноем почву. О черноземах писал М. В. Ломоносов в своем рассуждении о «слоях земных». Существовало несколько гипотез происхождения чернозема: известный ученый П. С. Паллас считал, что будто бы чернозем образовался при высыхании болот, геолог Р. Мурчисон — что это размытая ледниковыми водами и переотложенная ими черная юрская глина. Академик Ф. И. Рупрехт первый воскресил гипотезу М. В. Ломоносова, связав происхождение чернозема с наземной растительностью, в основном с травами, что, однако, не помешало ему отнести к черноземам луговые пойменные почвы.

Как уже говорилось, окончательно отделил черноземы от всех других почв, подробно их описал и дал им полную характеристику В. В. Докучаев.

В 1883 году Докучаев открыл почвы сухих степей, названные им каштановыми. Они отличались от черноземов буровато-серым цветом верхнего горизонта и ярким каштановым цветом подстилающего слоя, идущего после гумусового. Исследования показали, что для этих почв характерны меньшее содержание гумуса в верхнем горизонте и меньшая мощность этого горизонта. Каштановые почвы отличаются от черноземов формой карбонатов, их содержанием, глубиной залегания, физическими свойствами.

Работая в Смоленской губернии, Докучаев открыл подзолистые почвы, широко распространенные в средней полосе на территории тогдашних Московской, Тверской, Смоленской, Петербургской губерний. Эти почвы обладают белесым горизонтом под лесной подстилкой, и крестьяне называли их «беляк», «луда», «подзол». О происхождении подзолов ученые также спорили, считая их то геологическим образованием, то скоплением фитолитарий (так называются состоящие из кремния образования, попадающие в почву из растений). И только Докучаев установил, что подзолы — особый вид почв. С тех пор термин «подзол» прочно вошел в научную литературу.

Первое научное описание подзолов В. В. Докучаев сделал в 1873 году, но отчет об этой экспедиции где-то затерялся, и лишь после открытия чернозема, работая в Нижегородской экспедиции, он вернулся к подзолу и дал вторичное описание типичного строения этих почв. Название «подзол» вошло во все языки мира.

В. В. Докучаев первый определил, что подзолистые почвы распространены и приурочены к хвойным лесам; пихтовым, еловым, сосновым.

В начале XX века были предприняты работы Переселенческого управления по выявлению земель, пригодных для освоения. Изучением почв руководил ученик В. В. Докучаева К. Д. Глинка, в будущем академик и президент Международного общества почвоведов. Экспедиции работали в Туркестане, Сибири, на Алтае, Дальнем Востоке, Камчатке. Экспедиционные отряды были малочисленны, а расстояния огромны, поэтому картографическая съемка почвенного покрова велась схематично, в мелком масштабе. В результате исследований на составленных экспедициями картах подзолы охватили почти всю таежную зону России и растянулись широкой полосой от Прибалтики до Дальнего Востока. Хотя подзол был открыт достаточно давно, жизнь этого открытия оказалась значительно более сложной, чем черноземов. Когда почвоведы попали в северные районы (тундру, лесотундру, северную окраину тайги), вместо подзолистых почв они нашли почвы, не имеющие подзолистого белесого горизонта. Они не знали, то ли подзол еще не образовался, то ли в этом климате и на этих породах, часто щебнистых, он не образуется. Почву назвали «скрытоподзолистой», и под этим именем северные почвы существовали в науке более пятидесяти лет. В 60-е годы нашего века обратили внимание, что некоторые почвы имеют осветленный горизонт, но назвать его подзолистым трудно: по химическим свойствам он не выделяется или выделяется плохо.

Многолетние детальные исследования целой плеяды почвоведов обнаружили в Восточной Сибири, на Дальнем Востоке, Урале и Алтае под хвойными лесами почвы без видимого подзолистого горизонта. И в настоящее время многие исследователи считают, что в группу подзолистых почв отнесены почвы самого разного происхождения, в том числе на двучленных отложениях (суглинках, перекрытых сверху более легкими отложениями, супесями, легкими суглинками).

Изучением подзолов занималось множество исследователей. Классической считается работа А. А. Роде, в которой изложена стройная гипотеза образования подзола (эта теория была принята почвоведами всего мира). Суть ее состоит в следующем. Любую почву составляют минералы, такие, как кварц, полевые шпаты, роговые обманки. Их называют первичными минералами, унаследованными непосредственно от тех пород, на которых образовались почвы. Из этих минералов состоит огромное количество пород на Земле, даже рыхлые отложения, а также реголит Луны. Разрушаясь, первичные минералы превращаются во вторичные. Размеры кристаллов у них значительно меньше, и эти минералы составляют так называемую глинистую и илистую фракции почвы. Ко вторичным минералам относят гидрослюды, монтмориллонит, каолинит и ряд других. Размеры глинистых частиц обычно не превышают двух тысячных долей миллиметра. А. А. Роде считает, что эти вторичные минералы под воздействием корней растений и растворов, содержащих органические кислоты (щавелевую, яблочную, янтарную и другие), и соединения, относящиеся к другим классам, разрушаются, а продукты их разрушения частично удаляются из почвы водой. Почва как бы промывается. В результате в почве образуется осветленный, часто белесый, подзолистый горизонт. До сороковых годов гипотеза Роде не вызывала существенных возражений. Но вот французский почвовед Ф. Дюшофур выделил почвы, в которых осветленный горизонт образуется не в результате разрушения минералов. Они не разрушаются, а просто выносятся водой из верхних горизонтов в нижние. Эти почвы были названы псевдоподзолистыми: они только по внешнему виду напоминают подзолистые, но химический состав ила во всех горизонтах у них одинаков, в то время как в подзолистых он резко различен в элювиальном и иллювиальном горизонтах. Псевдоподзолистая (лёссивированная, выщелоченная от ила) почва была открыта в 1948 году. Следует отметить, что академик Е. Д. Глинка еще раньше описал процесс выноса ила, но подобные почвы он от подзолистых не отделял. К псевдоподзолистым относят также почвы со светлым горизонтом, из которого ил не выносится, но в котором под влиянием избыточного увлажнения происходит осветление минеральной части. Потеря окраски связана с тем, что железо смывается с минеральных зерен и сегрегируется в ортштейны, образует конкреции, обогащенные железом и марганцем. Такая сегрегация не проявляется при анализе горизонта в целом. Немецкие ученые назвали эти почвы псевдоглеевыми, но академик Герасимов считает, что правильнее называть их псевдоподзолистыми. Глеевый процесс в этих почвах не отличается принципиально от настоящего глеевого процесса, а подзолообразования в них нет.

Было установлено, что без переувлажнения верхнего горизонта подзолистый процесс не идет. Глеевый же процесс всегда сопровождает процесс оподзоливания, но сам глеевый процесс может идти и без подзолистого.

Сейчас почвоведы заняты поисками различий между всеми почвами, входящими в сборную группу подзолистых почв.

Выше уже говорилось, что при исследовании почв севера обнаружили, что некоторые кислые почвы не имеют осветленного горизонта. Но, считая оподзоливание ведущим процессом на всей северной части Евразии и Америки, исследователи назвали эти почвы скрыто-подзолистыми.

В 50-х годах нашего столетия начался период нового открытия почв Сибири и Дальнего Востока. Подъем целины, строительство гидростанций, дорог, промышленных объектов потребовали знания почв и почвенных ресурсов. И вот тогда было установлено, что скрыто-подзолистые почвы — это особый тип почв. Их назвали подбурами. У них нет осветленного горизонта, но есть горизонт, куда вмываются, иллювиируются, по словам почвоведов, соединения железа, органическое вещество. Процесс переноса алюминия, железа и органического вещества в отличие от подзолистого назвали альфагумусовым, по первым слогам латинских названий вымываемых элементов.

Интересна история открытия охристых почв. В 1911 году почвовед Переселенческого управления Э. Безайс выделил на Камчатке дерново-подзолистые и серые лесные почвы. На Камчатке распространены лиственничники, ельники, березняки. В то же время на европейской территории серые лесные почвы встречаются лишь под широколиственными лесами. Поэтому выделение серых лесных почв на Камчатке у К. Д. Глинки, руководителя экспедиции, в которой участвовал Безайс, вызвало сомнение. В своей книге «Почвы России и прилегающих стран», вышедшей в 1923 году, он на Камчатке выделил подзолистые почвы. Ошибка Безайса была обусловлена двумя причинами: одной субъективной и другой — объективной. Безайс попал в долину реки Камчатки через Усть-Камчатск, с восточного побережья полуострова. Обычная погода на побережье в этом районе — холодная и дождливая даже в июле — августе. Однако долина реки Камчатки попадает в область местного антициклона, где осадки выпадают редко и где много солнечных дней. Поэтому, по собственному признанию Безайса, ему показалось, что он попал в Италию: очевидно, теплая погода настроила исследователя на более «южное» восприятие природы. Ему показалось, что в долине почвы должны относиться к более южным вариантам. Вторая причина связана с тем, что постоянная деятельность вулканов здесь все время как бы омолаживает почвы. Они нарастают, в них много погребенных гумусовых горизонтов, часто хорошо выражен только верхний гумусовый горизонт. Поэтому Безайс отнес распространенные здесь коричнево-охристые пепловые почвы с высоким содержанием гумуса к серым лесным. За короткий срок пребывания на Камчатке Безайсу не удалось разобраться в почвах.

Он счел подзолистыми почвами те, в которых на глубине десяти — двадцати сантиметров наблюдалась белесая прослойка. Однако эта прослойка была не почвенного происхождения. Ее образовал пепел белесого цвета, выпавший при извержениях камчатских вулканов. Затем сверху этот белесый пепел был погребен под темным пеплом, выброшенным Ключевской сопкой или Толбачиком. В результате такого переслоения пеплов профиль напоминает подзолистую почву. Но вскоре, в 20-х годах, А. А. Красюк высказал предположение, что камчатские почвы имеют особое происхождение, связанное с влиянием современного вулканизма. Они были названы охристыми. В 60-х годах эта гипотеза была подтверждена, и охристые почвы заняли свое место на почвенной карте страны.

С проблемой подзолистых почв связано также открытие солодей. Так называют почвы, имеющие гумусовый горизонт, под которым залегает белесый, пластинчатый, осолоделый горизонт, обогащенный конкрециями — ортштейнами. Под белесым горизонтом расположен иллювиальный горизонт, в который вмываются вынесенные из осолоделого слоя железо и ил. Ниже под этим горизонтом может залегать слой, обогащенный карбонатными образованиями. Как видно из приведенного описания, по внешнему виду почва похожа на подзолистую, но отличается тем, что в горизонте под иллювиальным содержит карбонаты. Правда, подзолистые почвы могут развиваться также на карбонатных отложениях.

Впервые солоди описал в нашей стране — в Воронежской области под осиновыми колками В. И. Попов. Эти почвы были названы вначале западинными подзолистыми. Аналогичные почвы затем были описаны под березовыми колками в Сибири. Но дальнейшие исследования показали, что точно такие же почвы образуются в степях под травяной растительностью в западинах. Образуются солоди на солонцах и в природе, особенно в зоне каштановых почв широко распространены осолоделые солонцы. Возникло противоречие: с одной стороны, подзолистая почва, с другой — развивается по солонцу. Противоречие было разрешено И. С. Кауричевым. Он доказал, что для солодей и подзолистых почв характерен временный застой воды, приводящий к преобладанию в этот период восстановительных процессов, переводу железа в растворимое состояние и последующему его выносу. Это общее условие сближает осолоделые и оподзоленные почвы. Но сам процесс разрушения почвенных минералов в обеих почвах отличается, как это показал академик К. К. Гедройц. В солодях разрушение минералов связано с воздействием натрия, в подзолистых почвах — водорода. Поскольку соли натрия щелочные, то после их воздействия на почву в ней образуется заметное количество растворимой кремнекислоты, чем солодь отличается от подзолистых почв. В условиях хорошего дренажа разница между этими почвами в лесных колках стирается. Таким образом, потребовалось около пятидесяти лет и усилий трех поколений ученых, чтобы внести ясность в вопрос и окончательно открыть солоди.

Сравнительно просто были открыты сероземы — почвы, распространенные в жарких предгорных районах Средней Азии. В. В. Докучаев лишь наездом был в Средней Азии, в Репетеке, но и недолгого времени ему хватило, чтобы выделить почвы Средней Азии в отдельный тип лёссовых, эоловых почв, своим образованием обязанных действию ветра, приносящего в эти районы тонкую пыль. Он назвал их белоземами, очевидно, из-за светлого цвета. Как оказалось в дальнейшем, светлый цвет связан с наличием в почвах большого количества извести (карбоната кальция) и с малым содержанием перегноя. Впервые описал в полевых условиях эти почвы выдающийся ученый-почвовед С. С. Неуструев. Он показал, что сероземы — это не лёсс, а особая почва, часто развивающаяся на лёссах в условиях сухих субтропиков. Название «сероземы» привилось, особенно после того, как в свет вышла книга А. Н. Розанова «Сероземы» — образец монографического описания почвы. В ней были изложены основные особенности сероземов как своеобразного типа почв.

Если история географического открытия сероземов сравнительно проста, то, наоборот, очень запутана история открытия бурых лесных почв. К этим почвам относят бурые по цвету, не дифференцированные на заметные горизонты (кроме гумусного) почвы обычно тяжелого механического состава, богатые гумусом и железом. Именно так описали эти почвы два их исследователя: русский почвовед Р. В. Ризположенский и немецкий — Э. Раманн. И с этого момента начинаются разночтения в понимании бурых почв. Ризположенский описал бурые почвы на Урале, часть из них образовалась на красноцветных пермских отложениях. В дальнейшем Е. Н. Иванова описала там же кислые неоподзоленные почвы, которые сейчас также называются бурыми. В то же время Э. Раманн описал бурые недифференцированные почвы на территории Венгрии и в других районах.

Затем бурые лесные почвы были выделены под буковыми лесами в Карпатах, Альпах, на Кавказе, под дубовыми лесами в Крыму. Получилось, что часть бурых почв развивается в зоне тайги, а часть — в зоне широколиственных лесов, на переходе к субтропическим почвам.

Сейчас бурые почвы выделены на Алтае, в Саянах, на Дальнем Востоке. Все исследованные и описанные бурые почвы объединяет одно свойство: бурая окраска профиля и недифференцированность почвы по горизонтам. Считалось до недавнего времени, что бурые почвы — суглинистого механического состава и в них все время идет образование ила («внутрипочвенное выветривание») . Но в 60-х годах под Москвой и в соседних областях были описаны под названием «бурые» супесчаные почвы под смешанными лесами и сосняками.

Итак, следует признать, что с бурыми почвами еще далеко не все ясно. Несколько вопросов требуют разрешения в связи с проблемой буроземов: могут ли одни и те же буроземы образовываться под столь разными растительными формациями, как широколиственные леса и тайга, следует ли рассматривать супесчаные почвы как вариант буроземов и некоторые другие. Исследования буроземов развернулись сейчас полным ходом в разных странах мира. Они показывают, что некоторые ученые относят к бурозему бывшие дерново-подзолистые почвы> окультуренные в результате сельскохозяйственного использования. Надо полагать, что в ближайшее время многие связанные с буроземами вопросы будут решены.

На нашей планете множество различных типов почв. Некоторые из них исследованы детально, изучение других только началось. История открытия каждой почвы связана с многолетней работой в экспедициях, в лабораториях, с участием больших коллективов ученых.

Нельзя не остановиться на засоленных почвах. Они широко распространены в сухом и жарком климате. В этих почвах в верхних горизонтах накапливаются соли, грунтовые воды также обычно содержат много растворимых солей. Существуют и приморские солончаки (так называемые марши, польдеры). На засоленных почвах урожаи невелики, и часто их совсем не удается получить. В естественных условиях солончаки заняты солянками, но иногда даже солянки не могут на них расти.

Есть почвы, которые долгое время относили к засоленным. Это солонцы. Их отличительная черта — структурный солонцовый горизонт, который распадается на почвенные призмы, столбчатые отдельности, иногда сверху белесые, осолоделые.

Первым провел различия между солончаками и солонцами академик Н. А. Димо. Химические различия между этими почвами обнаружил академик К. К. Гедройц. Исследуя способность почв задерживать химические вещества, он установил, что если солончаки богаты растворимыми солями, то солонцы содержат в основном поглощенный натрий, который создает в почвах щелочную реакцию. Он «ответствен» за неблагоприятные физические свойства солонцов. Возможны случаи, когда солончак при промывке его от избытка солей превращается в солонец. Отнесение солонцов к засоленным почвам не совсем верно. Солонцы часто не засолены или засолены не более чем другие почвы, например каштановые, которые не считаются засоленными. Есть засоленные солонцы, но они так и называются — солонцы солончаковатые. Бывают случаи, когда во влажный год с равномерным выпадением осадков солонцы дают неплохие урожаи.

Были обнаружены солонцы, отрицательные свойства которых обусловлены поглощенным магнием.

Географическое открытие солонцов продолжается и с ними еще связано много загадок, например когда они возникли и могут ли возникнуть сейчас при распашке целинных земель, как долго мелиорированные солонцы сохраняют свое увеличенное плодородие и ряд других. Наиболее полное исследование засоленных почв провел советский ученый В. А. Ковда.

Подтип черноземо-южных почв был сначала упомянут исследователем степных и полупустынных почв академиком Н. А. Димо, который выделил под этим названием черноземы, переходные к каштановым почвам. Но детальное описание южных черноземов было сделано в начале нашего века Б. Б. Полыновым при исследовании почв на территории нынешней Ростовской области.

В 50-е годы были фактически заново открыты почвы пустынь. В этом главная заслуга принадлежит Е. В. Лобовой, сумевшей в трудных условиях пустынного климата и бездорожья выделить, описать и исследовать несколько типов пустынных почв, в том числе серо-бурые и красно-бурые.

Если определять время открытия почв по тому, когда их названия попали в научную литературу, то, пожалуй, одними из первых были тропические почвы — латериты. Так называл их английский ученый Ф. Буханан еще в начале XIX века. Это название произошло от латинского слова латер — «кирпич».

В. В. Докучаев первым определил приуроченность латеритов к тропикам, за пределами которых эти почвы встречаются только в ископаемом виде.

Исследование тропических почв в широких масштабах началось уже в нашем веке. Большой вклад в это дело внесли немецкий ученый П. Фагелер, американский — Г. Гаррасовиц, австралийский — Д. Прескотт, бельгийский — Р. Дюдаль, голландский — Ван Барен, французский — Г. Обер и многие другие.

В последние годы в порядке помощи развивающимся странам в изучении тропических почв участвуют советские почвоведы. В СССР С. В. Зонн выпустил учебник по тропическому почвоведению.

В настоящее время в тропиках выделяют латериты с конкреционным панцирем на поверхности, обогащенным окислами железа и марганца, и латеритные почвы как сборный термин для красноцветных почв. Последние сейчас называют ферраллитными, а в случае преобладания в их составе железа — ферритными почвами.

Одно время считали, что почвы субтропиков аналогичны почвам тропиков. Но детальные исследования показали, что субтропические почвы своеобразны. Одна из главных почв этой зоны — краснозем — была выделена известным ботаником, основателем Батумского ботанического сада А. Н. Красновым. Он заметил сходство батумских красноземов с почвами Китая и Цейлона, на которых растут чай и цитрусовые растения. Поэтому А. Н. Краснов использовал красноземы именно для этих ценных культур. После А. Н. Краснова красноземы описал В. В. Докучаев, а затем в уголок Аджарии вблизи Чаквы началось паломничество почвоведов.

Интересная история произошла с другой почвой субтропиков — желтоземом. Впервые это название употребил немецкий геолог Ф. Рихтгофен, описывая почвы на лёссе в Китае. И даже академик К. Д. Глинка одно время считал, что желтоземы, описанные Рихтгофеном, и желтоземы субтропиков Кавказа одинаковы. В учебнике почвоведения 1916 года, написанном П. С. Коссовичем, желтоземы упоминаются, как и белоземы (теперешние сероземы), в списке почв пустынного типа почвообразования.

Исследования К. Д. Глинки способствовали отделению субтропических желтоземов от лёссовых почв.

Географическое открытие пойменных почв тоже произошло сравнительно недавно. Пойменные почвы были известны давно, их плодородие высоко ценили в древней Халдее и Египте. Это наиболее старые культурные почвы. Многие из них обрабатываются уже десять тысяч лет. В. В. Докучаев считал эти почвы интразональными, то есть не связанными с какой-либо зоной, а как бы секущими ее. Закономерности строения почвенного покрова пойм установил академик В. Р. Вильяме. Он выделил в пойме песчаные, слоистые и зернистые почвы, названные так по характеру отлагаемых водой наносов. Песчаные наносы связаны с самыми быстрыми скоростями движения воды. Это песчаные пляжи у самой воды, прирусловые валы. Сразу за прирусловыми валами и за пляжем идут слоистые наносы, где песчаные и глинистые слои перемежаются. В центре поймы отлагаются глинистые наносы, на них формируются зернистые, хорошо оструктуренные почвы. На основе идей Вильямса была построена развернутая классификация пойменных почв. Когда стали более подробно изучать поймы рек, текущих в меридиональном направлении, таких, как Волга, Дон, Обь, Енисей, то выяснилось, что картина почвенного покрова пойм значительно сложнее и хорошо прослеживаются зональность пойм и зависимость пойменных почв от климата.

В начале 60-х годов Г. В. Добровольский создал новую классификацию пойменных почв, построенную на сугубо почвенных свойствах. Для части пойменных почв характерен контрастный режим увлажнения. Река залила пойму, и в центре ее в почвах идет болотный процесс.

Но вот река отступила, вода спала и в подтопленных почвах может идти луговой процесс и образуются высокогумусные оглеенные почвы. А в жаркий меженный период часть почв поймы пересыхает, и на них идет чистый дерновый процесс, или гумусонакопление. Эти три процесса в пойменных почвах были выделены и показано, что в разных зонах в результате взаимодействия трех процессов могут образовываться специфические для поймы каждой климатической зоны почвы.

Очевидно, именно сложность, богатство видов, изменчивость почвы как объекта исследования придают почвоведению ту многогранность методов, подходов, гипотез, которая привлекает и увлекает исследователей.

Часто какое-нибудь явление замечает один исследователь, объясняет второй, находит ему применение третий, а определяет его место в общей мировой системе — четвертый. Найти явлению место в мире — значит классифицировать его. А эта задача отнюдь не самая легкая. Недаром человечество чтит классификаторов, создавших «вечные» системы: К. Линнея, Д. И. Менделеева и др.

В. В. Докучаев выработал основные принципы почвенной классификации. Выделение им почв основано на своеобразии почвенного профиля, типе его строения. Используя этот принцип, В. В. Докучаев показал связь типа профиля с природными условиями. На основании докучаевских идей П. С. Коссович, а затем К. Д. Глинка выделили типы почвообразования, которые объединили ряд типов почв В. В. Докучаева.

Докучаевский метод стал использоваться во всем мире, и по существу все имеющиеся сейчас в мире национальные и международные классификации почв опираются на принципы классификации Докучаева и классифицируют докучаевские почвенные типы.

В настоящее время требуют решения вопросы, связанные с иерархией почвенных таксономических единиц и с названиями почв. Открытие многих новых почв значительно усложнило докучаевскую классификацию даже в расширенном ее варианте, разработанном сначала Л. И. Прасоловым, а затем Е. Н. Ивановой, Н. Н. Розовым, В. М. Фридландом. Усложнение было связано с трудностью подбора названий для новых почв.

Сейчас используются самые разные принципы в наименовании почв: цветовые (серо-бурые, серо-коричневые), по процессам (псевдоподзолистые, дерново-лесные), по условиям залегания (таежно-мерзлотные) и т. д. В результате, например, под названием «бурые» сейчас описаны: бурые почвы полупустыни, бурые лесные, или буроземы Раманна, бурые кислые неоподзоленные, буропески и пр. Сейчас под одним названием в разных регионах можно встретить разные почвы, а под разными названиями — одну и ту же. Именно большое количество синонимов и омонимов в почвенных названиях и заставило почвоведов ряда стран взяться за создание новых классификаций.

В Советском Союзе принята классификация, разработанная Почвенным институтом им. В. В. Докучаева. Она используется многими почвоведами как основа. Ее дополняют (детализируют) с помощью систематического списка дополнительно выделенных почв. А систематика хотя и позволяет отличать почвы одну от другой, но обычно строится в специальных целях, для выполнения определенных задач. Не случайно на повестку дня поставлена задача создания «базовой» классификации, на основе которой можно будет строить все прикладные классификации.

Животные и почва

Чтоб видеть воочью:

Во славу природы

Раскиданы звери,

Распахнуты воды.

Э. Багрицкий

Чтоб видеть воочью: во славу природы раскиданы звери, распахнуты воды

За год до выхода в свет книги Докучаева «Русский чернозем» был опубликован труд Ч. Дарвина «Образование почвенного слоя дождевыми червями». Выдающийся натуралист, столь требовательный к фактам, в этой книге доказывал, что весь верхний гумусовый слой садовых и огородных почв Англии создан дождевыми червями, прошел через их кишечник, оструктурен ими. Поэтому, считал Дарвин, этот слой следует называть не растительной, а животной почвой.

Проблема была поставлена, и В. В. Докучаеву пришлось подробно остановиться на ней в книге «Русский чернозем». И если еще в 1879 году в работе «Картография русских почв» Докучаев определял почву как «продукт совокупной деятельности материнских горных пород, климата, растительности и рельефа местности», то в «Русском черноземе» в факторы почвообразования были включены и уже никогда не исключались животные организмы.

Докучаев приводит примеры энергичной деятельности животных. «Каждому известно, — пишет он, — что весьма многие животные: суслики, хомяки, ящерицы, мириады насекомых и червей и пр. кишмя кишат как на поверхности наших степей, так и в их почве». Он подтверждает вывод Дарвина о большом участии дождевых червей в жизни почвы и приводит данные, что на гектаре садовой земли можно насчитать до ста тридцати трех тысяч дождевых червей общим весом около четырехсот килограммов. Но Докучаев не счел возможным вводить понятие «животные почвы». Роль растений в почвообразовании неизмеримо выше. И название «растительно-наземные почвы», по Докучаеву, лучше соответствует действительности. Можно говорить о животно-растительных почвах, но мнение Дарвина об исключительной роли червей в создании гумусового горизонта почв, а тем более черноземов Докучаев считал ошибочным.

Животные и почва

Действительно, связь растений с наземными почвами повсеместна. Именно растения определяют поступление в почву органического вещества. Несмотря на большое количество особей самых разнообразных животных в почве и в биогеоценозе в целом, их масса составляет всего один процент от массы растений этого же биогеоценоза. Растения усваивают солнечную энергию, животные лишь трансформируют, преобразуют ее, теряя и тратя на себя при этом значительную часть энергии.

По составу растительного покрова почвовед сразу может предсказать, какую почву он встретит в данном месте. И взгляд на животных, как на обязательный, но в какой-то мере второстепенный фактор почвообразования невольно утвердился у почвоведов. В большинстве монографий, посвященных описанию и исследованию отдельных типов почв, представители животного мира обсуждались лишь формально и не выявлялась их конкретная роль в почвообразовании. Еще в начале нашего века Г. Н. Высоцкий и Н. А. Димо поставили вопрос о роли животных и получили первые результаты. Однако эти наблюдения не дали необходимого мощного толчка. К тому же исследователи привыкли, что наземный биогеоценоз в первую очередь определяется совокупностью растений и невольно все изменения в почве связываются с изменением в растительном покрове. Но ведь почва — это центральное звено биогеоценоза, скрепляющее два «царства» — растений и животных в единый биогеоценоз. Поэтому многие свойства почвы только формально связаны с растениями. На самом деле эта связь происходит через животный мир биогеоценоза. Например, растительный опад, поступающий на поверхность почвы, становится средой обитания для тысячи разных животных, начиная от мышей и землероек до червей, личинок насекомых, самих насекомых, множества других членистоногих. Даже некоторые виды лягушек и жаб связаны в своей жизни с подстилкой. Все эти животные разрушают растительный материал, поедают опад, затаскивают его в почву, превращают опад сначала в подстилку, а затем в гумус. Часть растительного вещества попадает в почву: отмершие корни, подземные стебли. Часть вмывается в почву с дождевыми и талыми водами. Но основная масса подстилки и опада перерабатывается животными и микроорганизмами.

В 60-х годах нашего века ученые всего мира взялись за планомерное изучение биосферы. Была разработана Международная биологическая программа. Началось детальное изучение наземных биогеоценозов. Исследовали состав растительного покрова, его массу, ее ежегодный прирост, отмирание и разложение растительных остатков. Учитывали количество разных химических элементов, поступающих в растения и возвращающихся в почву с спадом (биологический круговорот). В деталях изучали, какую часть биомассы биогеоценоза составляют корни, листья, стебли. Но даже при такой детальности исследований почти не было материалов по изучению роли животных в этом круговороте. Однако исследования по Международной программе резко изменили подход исследователей к роли животных в жизни биогеоценоза и в почвообразовании. Именно в эти годы началась успешная работа советской школы почвенных зоологов, основанной академиком М. С. Гиляровым и завоевавшей мировое признание. В 70-х годах пришли к количественному измерению воздействия животных на биогеоценоз и почву.

Сразу выявилась неоднозначность влияния одного и того же животного в разных условиях. Например, если травоядные животные пасутся в биогеоценозах, для которых свойственна достаточная освещенность и благоприятная влажность почв, то, обкусывая при еде верхушки стеблей, животные способствуют более интенсивному кущению растений. Каждый новый стебель в этом случае вырастает в полноценное растение, и общая биомасса биогеоценоза увеличивается. В биогеоценозе с хорошей освещенностью и недостаточной влажностью почвы запасы фитомассы при пастьбе животных в конечном счете не меняются, и лишь при плохой освещенности и недостатке влаги в почве запасы фитомассы заметно снижаются.

Зная поведение фитоценоза при пастьбе животных в разных условиях, можно предсказать поведение гумуса в почве: в первом случае содержание гумуса может увеличиться, во втором — остаться без изменения, в третьем — уменьшиться.

Роль животных в почвообразовании еще больше, чем у растений, связана с их биогеоценологической деятельностью.

Академик С. С. Шварц считал, что эволюция организмов неразрывно связана с ролью их в биогеоценозе и с эволюцией самого биогеоценоза. Экосистема, биогеоценоз определяют устойчивость вида животных к разным неблагоприятным воздействиям, изменчивость их, и даже сама проблема происхождения жизни связана именно с первичной экосистемой: условия возникновения жизни были экологическим компонентом первой экосистемы.

Связь животных с почвой и участие их в почвообразовании могут быть различными. Животные живут в самой почве, на ее поверхности, над поверхностью почвы. Часть из них меняет образ жизни в зависимости от сезона, от стадий своего развития, от наличия корма. Другие ведут лишь один образ жизни. Ясно, что оценивать роль всех этих животных следует исходя из конкретных условий их обитания.

К животным, живущим в почве, в первую очередь относятся безпозвоночные, насекомые, дождевые черви и пр. Наибольшее количество данных накоплено о деятельности дождевых червей. Уже упоминалась отмеченная Дарвином роль червей в переработке почвы, Десятисантимстровый слой садовой почвы, развитой на карбонатной породе, по Дарвину, в течение десяти лет весь проходит через кишечник червей, обогащаясь гумусом, микроорганизмами, ферментами. Черви затаскивают в почву растительные остатки. Черви делают глубокие ходы в глубь почвы, по которым проникает вода и идут корни растений. Черви оструктуривают почву, создают мелкозернистую, обогащенную гумусом массу, которая устойчива к разрушающему действию воды. Обнаружено, что у некоторых почв как например, под байрачными лесами (леса, расположенные в балках), верхний слой чернозема целиком состоит из копролитов — комочков почвы, прошедших через пищевой тракт дождевого червя. Копролитовая структура гумусового горизонта этой почвы отличает ее от соответствующего горизонта обычного чернозема. Дождевые черви — главная причина роющей деятельности кротов, которые в поисках пищи (а черви — их главная еда) прокладывают свои ходы в почвенной толще.

Жужелицы — широко распространенные жуки, обитающие в верхнем слое почвы и на ее поверхности, как показали детальные исследования, накапливают в своем теле свинец. Если учесть, что жужелицы — хищники, то очевидна сложная трофическая связь, приводящая к такому накоплению.

Личинки двукрылых (различных мух и мушек, комариков и пр.) часто обитают в верхних почвенных слоях и участвуют в разложении подстилки. Они, так же как и черви, улучшают гумусовое состояние почвы, повышают выход гуминовых кислот, увеличивают содержание азота, аммонийных соединений, общую гумусированность. Под их влиянием нарастает мощность гумусового горизонта в начальный период его образования.

Безусловно, беспозвоночным животным сопутствует определенная микрофлора, которая усиливает ферментативную активность почв. Все беспозвоночные и их личинки прокладывают ходы, разрыхляя и перемешивая почву.

В почве обитают также некоторые виды млекопитающих. Это сурки, суслики, мыши, кроты, землеройки, хомяки и многие другие.

Их воздействие на почву весьма заметно. Кроты перемешивают почву, выбрасывают на поверхность материал из нижних горизонтов. Масса таких выбросов может составлять шестьдесят тонн на гектар. Аналогично кротам ведут себя слепыши, живущие во влажных, гидроморфных почвах степей, в лугово-черноземных, лугово-каштановых почвах по балкам. Они также выбрасывают почву на поверхность и перемешивают верхние горизонты, но в отличие от кротов они питаются растениями.

В Северной Америке живут гоферы, семейство мешетчатых крыс. Они в основном питаются орехами, кореньями, которые затаскивают в свои норы на глубину полутора метров. На поверхность почвы гоферы, как кроты, выбрасывают материал из более глубоких горизонтов. Гоферы способствуют углублению почвенной толщи, более глубокому проникновению корней растений.

Роль сурков и сусликов в почвообразовании может достигать больших масштабов и быть двойственной. Живя в степях, они роют глубокие норы и выбрасывают на поверхность почвы материал, частично обогащенный карбонатом кальция и разными растворимыми солями. По данным зоологов и почвоведов, выбросы сусликов на поверхность способствуют увеличению содержания солей в верхних слоях окружающей нору территории. Это ухудшает почву, снижает ее плодородие. Но поскольку суслики долго живут на одном месте и устраивают в почве целую систему нор, ходов, то, после того как этот участок забрасывается сусликами, он начинает оседать, образуется западина, в которую стекает вода, и в конечном счете может образоваться большая впадина с более плодородными, чем окружающие, почвами, часто темноцветными.

Особое место в почвообразовании занимают мышевидные грызуны, лемминги, полевки и пр. Они устраивают норы, тропы на поверхности почвы от норы до норы, тоннели и в подстилке и в верхних слоях почвы. У этих животных есть «туалеты», где почва изо дня в день обогащается азотом и подщелачивается. Мыши способствуют более быстрому измельчению подстилки, перемешиванию почвы и растительных остатков. В тундровых почвах главную роль играют лемминги, в лесных — мыши и кроты, в степных — слепыши, суслики, сурки.

Словом, все живущие в почве животные так или иначе разрыхляют, перемешивают ее, обогащают органическим веществом, азотом.

Лисицы, барсуки, волки, соболи и другие наземные животные устраивают в почве убежища — норы. Бывают целые колонии животных-норников, существующих на одном месте в течение нескольких столетий, а иногда и тысячелетий. Так, было установлено, что нора барсука около Архангельска возникла на границе раннего и среднего голоцена, то есть восемь тысяч лет назад. Под Москвой возраст норы барсука превышал три тысячи лет. Таким образом поселения животных-норников могут быть основаны ранее даже таких древних городов, как Рим.

За долгий период существования нор можно предположить самые разные влияния животных на почву. Например, изменение состава растений около нор. Зачищая норы, животные многократно погребали почвенные гумусовые горизонты, поэтому раскопка нор позволяет проследить историю биогеоценоза в течение значительного отрезка времени.

Многие не роющие нор животные оказывают как прямое, так и косвенное влияние на почву. Например, кабаны. Они перекапывают верхний слой, перемешивают подстилку и гумусовый горизонт, примешивают к гумусовому материалу субстрат более глубокого горизонта: подзолистого или с меньшим содержанием гумуса. Через год эти порой зарастают травой и становятся незаметными. Но свою биогеоценотическую роль они играют: по пороям происходит осеменение растений, обновление их популяций, возобновление деревьев.

Кабаны устраивают ночлег в укромных местах, в болотцах, в небольших лесных ручьях, в густых травах. При этом они уплотняют почву, способствуют возобновлению деревьев и оказывают всякие «мелкие услуги» лесным растениям, удобряя их, помогая в борьбе с конкурентами.

В почвах, перерытых кабанами, обычно в первый год уменьшается содержание органического вещества в слое до пяти сантиметров и увеличивается в слое пять — десять сантиметров. Кабаны создают в лесах особую экологическую нишу для деревьев, трав, животных. Иногда под влиянием кабана образуется более гумусированная, более рыхлая почва, иногда более оголенная. Случайное их распределение в пределах биогеоценоза не снимает их важной роли в его жизни. Кабаны могут служить причиной появления новой парцеллы на данном месте, а следовательно, новой почвы.

Другие крупные животные (лоси, олени) в меньшей степени влияют на почву, почти не нарушая ее. Но они часто объедают осину, обгрызая ее кору, скусывают верхушки у молодых сосен и елей. Эти действия сначала могут повлиять на растительный покров, а затем и на почвенный.

Некоторые исследователи тропических районов считают, что такие животные, как слоны, участвуют в многолетнем цикле, способствуя превращению тропического леса в саванну — сначала они уничтожают кустарники, подлесок, а затем и сами деревья. Из саванны слоны уходят, когда им не хватает пищи. После пожара, часто случающегося в саванне, она снова зарастает лесом. Ясно, что в этом цикле меняются и сами почвы и ряд их свойств (кислотность, содержание гумуса и т. п.).

Совершенно неожиданное влияние оказывают на почву тигры и медведи.

Тигры в нашей стране встречаются в основном в Уссурийском крае и приамурской тайге. Одна деталь поведения тигра имеет прямое отношение к почве. Тигр бродит на определенной территории по своим излюбленным тропам, часто проходя расстояния в несколько десятков километров. Время от времени он, как кошка, скребет лапой почву у самой тропы. При этом, конечно, сдираются трава, подстилка, обнажается разрытый когтями верхний слой почвы. Через определенное время соскреб, как называют это место зоологи, зарастает, и почва на нем, как и на порое кабана, обогащается органическим веществом и может также служить новой экологической нишей для возобновления растений.

Свои наблюдательные пункты и места отдыха тигры в Сихотэ-Алине устраивают на площадках, расположенных в высоких скалах, обычно с хорошим обзором. На этих площадках создается совершенно специфический комплекс растений, и почвы на них обычно малоразвиты и слегка уплотнены.

Не менее интересна роль медведя в процессах почвообразования. Медведь не роет берлоги, он находит для нее лишь подходящее место под вывалом дерева, под корнями и т. д. В этом смысле он не влияет на почву. Роль его в почвообразовании косвенная. Медведи прокладывают серию троп вдоль берегов рек, заросших высокой травой и кустарниками и трудно проходимых. Эти тропы используют затем другие животные, в том числе травоядные, для поиска пищи. Постепенно благодаря выпасу меняется растительность прибрежной части, иногда она зарастает лесом. А со сменой биогеоценоза, как всегда, происходит смена почв: дерновые сменяются лесными, дерново-подзолистыми или иными, аналогичными первым.

Медведи разрывают муравейники, что, конечно, вредно для леса: уничтожаются враги всяких лесных вредителей. Но этот вред не так уж велик, поскольку в естественном лесу муравейников достаточно. Часто муравейники возобновляются на том же месте, а иногда рыхлая подстилка из хвои и веток долго остается безжизненной, не зарастая травой после гибели лесного муравейника.

Охотясь за гоферами, медведи раскапывают их ходы и норы, что сопровождается разрыхлением почвы, увеличением впитывания воды, усилением гумусообразования. Скусывая верхушки ягодных побегов, медведи способствуют разрастанию ягодников и сохранению соответствующих им почв. Роль медведя в поддержании ягодников, очевидно, значительно важнее, чем это кажется на первый взгляд. Некоторые семена, пройдя через желудочный тракт медведя, теряют свою всхожесть, однако другие, наоборот, становятся более всхожими. Таким образом, медведи регулируют напочвенный покров, что соответственно передается и почвенному.

Медведи, как и волки, нужны для регулирования поголовья травоядных животных. Словом, роль медведя в биогеоценозе достаточно велика.

Птицы, насекомые, некоторые млекопитающие, например белки, куницы и т. п., составляющие большую часть биогеоценоза, обитают над почвой. Часть этих животных постоянно ведет древесный образ жизни, почти не спускаясь на землю. Но некоторые, как, например, белки, спускаются и устраивают в почве кладовки для своих запасов (орехов, семян). Весной нетронутые запасы прорастают и способствуют рассеянию растений. Аналогичную работу выполняет кедровка. На Камчатке кедровка собирает кедровые орехи в кедровом стланике, который растет в горах на высоте восемьсот — девятьсот метров над уровнем моря. Конечно, кедровка ест и семена трав, и рябину, но орехи для нее основной корм. На зиму кедровка устраивает запасы, закапывая в почву кедровые орешки, при этом очень часто эти запасники она делает в долине реки Камчатки, а не в горах, очевидно, из-за глубокого снежного покрова. Но если запасы окажутся нетронутыми, то весной они прорастают, и среди лиственничного леса образуется куртина кедрового стланика. Под стлаником в свою очередь формируется торфянисто-грубогумусная почва.

Особо следует отметить роль насекомых в биогеоценозе. Они опыляют растения, служат пищей другим животным, являясь звеном трофической цепи, разлагают органические субстраты: опад, подстилку, упавшие стволы деревьев. Насекомые ускоряют круговорот веществ в биогеоценозах. О личинках насекомых, живущих в почве, уже говорилось. Но и те, что живут над землей, могут оказать существенное влияние на почву. Часть насекомых — это так называемые фитофаги. Они питаются зеленой листвой растений. Есть ксилофаги, питающиеся древесиной.

Интересна деятельность листовертки дубовой, широко распространенной в наших лиственных лесах. Бабочка листовертки откладывает летом яички, из которых весной появляются гусеницы. Гусеницы питаются дубовыми листьями, свертывая их в трубочку (с этим связано название насекомых). В июне гусеницы окукливаются и затем из куколок вылетают бабочки. В начале июня распускаются листья дуба, и бывают годы, когда вся листва на дубах оказывается съеденной листоверткой. Дубовые леса стоят голые, как осенью. Но срабатывает природный механизм, и уже в июле дубы снова одеты листвой, при этом листья второго поколения обычно бывают более крупными, больше первого в два-три раза. Возможно, это результат того, что деревья получают удобрения в виде экскрементов листоверток. Исследования показывают, что общая масса листвы лишь процентов на десять меньше, чем масса листвы в нетронутых листоверткой лесах. Экскременты листовертки обогащают почву доступными формами азота, ферментами и гумусовыми веществами. Общее количество углерода, поступающего в конечном счете в почву, остается тем же. И хотя во время самой активной деятельности гусениц листовертки лес производит гнетущее впечатление — деревья стоят голые и слышен постоянный шорох — гусеницы поедают листья, в конечном счете листовертка ускоряет круговорот вещества в биогеоценозе.

Особое место в лесных, тундровых, болотных и пойменных биогеоценозах занимают комары. Они тоже опыляют растения, служат пищей для птиц и других насекомых, в частности стрекоз. Они концентрируют в себе некоторые микроэлементы, например молибден, и обогащают ими почву, чем стимулируют поглощение азота из атмосферы.

Многие другие не названные здесь животные влияют на почву и биогеоценоз в целом. В пустынях и полупустынях, например, муравьи выносят на поверхность несколько тонн почвенного материала из нижних горизонтов.

Специфична жизнь термитов. Они обитают в глубоких слоях почвы почти всю жизнь, питаются грубой клетчаткой, строят специальные пирамиды и тоннели.

Осы и шмели, роя норы, меняют свойства почв, влияют на впитывание воды почвой, на ее плотность.

Многообразие связей животных и почв требует исследований, и на этом пути ученых ждут интересные открытия. Очень важно знать обратную сторону связи: как почвы влияют на животных. Раньше этими вопросами занимались экологи и зоологи, изучающие условия жизни животных. Но многие вопросы были бы яснее, если бы ими занимались и почвоведы.

Биогеоценотический подход требует изучения всех многообразных связей в биогеоценозах, поэтому так важна почвенная зоология, вскрывающая роль почвы в природной системе.

Биогеоценотический метод позволяет подойти к еще одной важной проблеме современной науки — происхождению жизни. Существуют три научные гипотезы о происхождении жизни. Одна из них связана с почвой. Наиболее распространена и признана гипотеза Н. Н. Худякова — А. И. Опарина. Н. Н. Худяков, профессор микробиологии и физиологии растений Тимирязевской академии, в 20-х годах высказал и развил мысль о возникновении жизни в «первичном бульоне», образовавшемся в теплом океане нашей планеты. Последователи этой гипотезы считают, что жизнь зародилась именно в океане: в воде или же в морской пене (откуда появилась Афродита), где были самые благоприятные условия для синтеза жизни. Водная гипотеза была развита А. И. Опариным и получила широкую известность.

В последние годы вулканолог Е. К. Мархинин выдвинул вулканическую гипотезу происхождения жизни. Он установил, что при извержении вулканов в газовом облаке образуются разные аминокислоты, синтезируются другие органические вещества. В газовом вулканическом облаке заключены громадные запасы энергии, которая может способствовать синтезу веществ типа нуклеиновых кислот.

Но еще раньше, в 30-х годах, академики Н. Г. Холодный и затем В. Р. Вильямс высказали гипотезу о зарождении жизни в почве, точнее — в рыхлом субстрате, продукте выветривания горных пород. Вильяме назвал его рухляком выветривания. В пользу этого предположения можно сказать, что жизнь как система самовоспроизводящихся единиц, которые строят себя из материала, поступающего в ограниченном количестве всего надежнее могла бы образовываться на почвенной частице, почвенной матрице, как сейчас на ней формируются полимеры гумусовых веществ. Если эта гипотеза справедлива, то можно считать, что жизнь и почва на нашей планете возникли одновременно.

Почвенные процессы, эволюция почв и деятельность человека

Пробороненные просторы

Так гладко улеглись вдали,

Как будто выровняли горы

Или равнину подмели.

Б. Л. Пастернак

Пробороненные просторы так гладко улеглись вдали

Почва — это сложное образование, состоящее из минералов в форме кристаллов и коллоидов, обломков различных горных пород, водных растворов, газов. Среди минералов есть устойчивые к химическому выветриванию и химическим реакциям, например кварц, и неустойчивые, быстро разрушающиеся и превращающиеся в простые окислы, растворимые соли (к таким относится, например, оливин).

В почву постоянно поступает органическое вещество, в составе которого можно обнаружить кислоты, такие, как яблочная, щавелевая, янтарная, лимонная, и другие, аминокислоты, сахара и т. д. — словом, разнообразные органические соединения. Эти вещества вступают в реакции с минералами, переводят элементы в растворимую форму. Часть органических веществ превращается в гумус, при этом, как предполагают некоторые ученые, почвенные минералы могут играть роль матрицы, шаблона, по которому образуются гумусовые вещества строго определенного типа. Идет как бы репродукция гумусовых веществ.

На состояние многих минералов и органических веществ влияет содержание в почве кислорода. Недостаток кислорода в летние месяцы приводит к восстановлению соединений железа, марганца, азота (эти элементы принимают на свои «атомные орбиты» электроны и тем самым меняют свою валентность). Недостаток кислорода в эти месяцы обычно связан с переувлажнением почвы при избытке осадков. Высокие летние температуры уменьшают растворимость кислорода в воде и увеличивают потребление его микроорганизмами. Но восстановление элементов в почве может происходить также под влиянием органических веществ, фильтрующихся и попадающих в почву.

Почвенные процессы, эволюция почв и деятельность человека

Любое передвижение воды, расход ее на испарение или, наоборот, приток с орошением, дождями, из грунтовых вод меняет концентрацию почвенных растворов, сдвигает равновесие между растворенными и нерастворенными формами соединений. В результате изменения влажности в почве либо растворяются, либо выпадают в осадок самые разные вещества. Кроме того, вещества приносятся или уносятся из почвы. Таким образом, во всех случаях наблюдается определенная динамика веществ.

В качестве примера можно привести изменение содержания растворимых солей в грунтовых водах при поливе. Так, полив луговых слабозасоленных почв привел к тому, что в грунтовой воде, уровень которой поднялся, содержалось больше солей, чем до полива. Это было связано с тем, что поднявшаяся вода растворила соли, содержащиеся в верхней части почвы. Этому же способствовала фильтрующаяся через почву поливная вода.

Все почвенные реакции, как и любые химические реакции, связаны с температурой воздуха, а следовательно, и почвы. Повышение температуры ускоряет реакции, увеличивает растворимость твердых соединений, уменьшает растворимость газов и т. д. Повышение температуры в интервале двадцать — тридцать градусов усиливает активность микроорганизмов. Положительные температуры — непременное условие жизни растений. Только когда температуры устойчиво превысят пять — десять градусов, большинство растений начинают вегетировать, поглощать в большом количестве углекислый газ, выделять кислород, образовывать зеленую массу. Приблизительно при пяти градусах начинается активная жизнь в почве, увеличивается растворимость питательных веществ. Одновременно начинается усиленное потребление питательных веществ растениями.

Таким образом, почвообразование включает множество процессов, химических реакций всех типов, вплоть до радиоактивного распада веществ. Но известно, что такие необходимые для осуществления большинства реакций условия, как влажность (поступление воды) и температура, для многих почв изменяются как в течение года, так и по годам. Часть условий, например температура и в меньшей степени влажность, меняются циклически. Так, в течение годового цикла меняется влажность почв от избытка весной, сразу же после снеготаяния, до недостатка летом, в жаркие месяцы, от иссушения в сухой период до переувлажнения во влажный.

Для многих почв характерна циклическая смена нагревания и охлаждения, циклично и поступление в почвы и на их поверхность органического вещества. Например, в средней полосе максимум опада поступает осенью. Второй максимум отмечается в марте — апреле при таянии снега. В дубово-хвойных лесах Гималайских гор максимум поступления опада приходится на апрель — май — начало дождевого сезона.

Цикличность в поступлении опада сопряжена с наличием у растений периода покоя, связанного с низкими температурами или с засушливым периодом. К этим паузам в развитии биогеоценоза и приурочено увеличение поступления органического вещества в почву.

Кроме годичного цикла есть суточные циклы. Для них также характерны чередования в изменении температуры, колебании влажности верхнего слоя почвы, а также активности микроорганизмов. Так, в черноземах Алтая влажность пахотного слоя в летние месяцы в утренние часы обычно выше, чем в вечерние. Это увеличение влажности связано с конденсацией водяных паров в верхних слоях почвы при их остывании.

Кроме суточного и годового циклов есть и многолетние, связанные с активностью солнца, с чередованием климатических периодов и т. д. Смена периодов приводит к смене скорости и даже к изменению типа почвообразования.

Многие почвенные процессы, зависящие от циклических процессов, происходящих в природе, сами не цикличны, точнее, необратимы, например, разрушение минералов (полевых шпатов, слюд и пр.), которые не могут вновь синтезироваться. Для образования им необходимы высокие давления и температуры глубинных слоев планеты. Поступление в почву, образование и разложение в ней органических веществ хоть и циклично, но также необратимо. Органическое вещество окисляется, и в процессе его окисления образуются специфические и не специфические для почвы соединения. Постепенно они тоже окисляются. Но поступление новых веществ из опада и подстилки как бы восстанавливает убыль этих соединений.

Всю совокупность процессов в почве можно свести к определенным микропроцессам (как их назвал профессор А. А. Роде), например, к процессам разрушения первичных минералов, унаследованных от материнской породы, к процессам образования вторичных минералов в почве, синтезу гумусовых веществ, окислению гумусовых веществ, передвижению воды, процессам адсорбции и десорбции веществ на поверхности почвенных частиц, к реакциям обмена и замещения элементов в разных соединениях почвы и др. Сами по себе эти процессы не несут никакой почвенной специфики. Они могут проходить и в других природных образованиях и условиях, в том числе в океане, реках, атмосфере, то есть во всех биокосных «телах». Всюду, где косная материя контактирует с живой, будут идти перечисленные процессы.

Эта общность процессов послужила основой для одной важной в теоретическом плане дискуссии. Как известно, В. В. Докучаев среди процессов почвообразования главным считал формирование профиля, типичного для каждой почвы со всеми свойственными ей горизонтами. Именно в формировании профиля В. В. Докучаев и Н. М. Сибирцев видели суть почвообразования. Другая школа почвоведов, основоположником которой был П. А. Костычев, рассматривала почву как среду обитания растений. Костычев определял почву как слой породы, в котором распространены корни растений. Р. В. Ризположенский усилил это определение, назвав почвой «границу между живой организованной и неживой материей». В этом определении — характерная черта биокосных тел. Ризположенский даже выделил твердые, жидкие и газообразные почвы, что опять-таки соответствовало биокосным телам и экосистемам. Н. М. Сибирцев выступил против такого отождествления биокосных тел с почвой. Только в твердом биокосном теле — почве идут процессы собственно почвообразования, формирования специфического профиля с гумуси-рованным верхним слоем. Поэтому почвы не могут быть жидкими и газообразными. Среда для выращивания растений может быть разной, но почвы только твердыми.

В дальнейшем определение почвы Докучаева было принято во всем мире, и взгляды Докучаева успешно разрабатывали его ученики, что в конечном счете привело к созданию учения о биосфере и биогеоценологии. Как часто бывает в науке, казалось бы, непримиримый оппонент Докучаева П. А. Костычев стал основателем школы почвоведов, существенно дополнивших, а затем и влившихся в «докучаевское» почвоведение. Почвоведы этой школы начали разрабатывать теорию почвенных процессов.

В лесопарке Тимирязевской сельскохозяйственной академии растут две лиственницы, около которых стоит мемориальная доска, напоминающая посетителям, что эти лиственницы посажены академиком Д. Н. Прянишниковым и его другом профессором П. С. Коссовичем. После окончания академии Коссович стал профессором в Лесном институте в Петербурге, на кафедре, которую организовал П. А. Костычев. Рассматривая образование почв как длительный процесс преобразования материнской породы, П. С. Коссович выделил шесть типов почвообразования: пустынный, сухостепной, степной, лесо-луговой, тундровый и тропический-субтропический. Для каждого типа почвообразования характерна своя группа типов почв, включающая несколько почв, образующихся в сходных климатических условиях. Например, для пустынного почвообразования характерно формирование примитивных пустынных почв, песчаных пустынных, сероземов, такыров — солонцеватых глинистых почв и др. Для сухостепного почвообразования типичны каштановые и бурые степные почвы, для степного — черноземы, лугово-черноземные почвы, солонцы, для лесного — бурые лесные, серые лесные, дерново-подзолистые, подзолистые и пр. П. С. Коссович считал, что природные процессы, идущие в этих почвах, отражают условия почвообразования. Сами процессы, по Коссовичу, складываются из уже известных нам простых процессов: гумусообразования, выщелачивания, разрушения почвенных минералов и выноса продуктов разрушения. Естественно, что условия формирования почв (климат и физические свойства породы) влияют на почвообразование. Как теперь принято говорить, в названиях типов почвообразования, предложенных П. С. Коссовичем, были закодированы почвенные процессы, специфические для каждой климатической зоны.

Ученик П. С. Коссовича и его преемник по кафедре академик К. К. Гедройц раскрыл сущность некоторой части почвообразовательных процессов. Он показал, что почвы содержат кальций, магний, натрий и другие катионы в поглощенном состоянии. При определенных условиях эти катионы меняются друг на друга. Все дело именно в этих условиях. Так, например, в северных широтах в почвах содержится много воды, органических кислот, и водород этих кислот поступает в почву, вытесняя кальций. Последний выщелачивается из почвы, и она становится кислой. В южных почвах избыток в почвенных растворах натрия может привести к вытеснению кальция натрием и превращению каштановой почвы или солончака в солонец. Учитывая все эти процессы, Гедройц разделил почвы мира на группы по преобладанию в них кальция, натрия, водорода в обменном состоянии.

Преемник и ученик К. К. Гедройца профессор А. А. Роде разработал уже целое учение о почвенных процессах. Он выделил, как уже отмечалось, микро- и макропроцессы. К первым он отнес процессы гумификации, выщелачивания, разрушения первичных и вторичных минералов, ко вторым — соответственно образование почвенных горизонтов (процессы оглеения, оподзоливания и пр.).

Академик И. П. Герасимов макропроцессы назвал элементарными почвенными процессами и к ним отнес помимо других процессы торфообразования, выщелачивания, гумусонакопления, оглеения, оподзоливания и другие.

Выделить процессы теоретически можно, но практически эта задача очень сложна. Обычно почвовед описывает почву и на основании присутствия в профиле того или иного горизонта выделяет главный процесс. Как видно из названия самих процессов, все они диагностируются по почвенным горизонтам. Получается подобие логического круга: выделяют специфический горизонт, по нему определяют процесс и считают, что горизонт образовался в результате выделенного процесса. Но уже сейчас ясно, что один и тот же признак почвы, а также один и тот же горизонт могут быть связаны с разными процессами. Например, осветленный горизонт может быть унаследован от материнской породы: двучленные отложения с более светлым облегченным слоем сверху. Но осветленный горизонт может быть связан и с воздействием переувлажнения: вода, застаиваясь, переводит бурые окислы железа в светлую закись. Причина осветления может быть и другой — из слоя почвы выщелочены соединения железа. Все три причины могут действовать и одновременно.

К сожалению, наблюдения за почвенными процессами непосредственно начались не так давно, не более ста лет назад. Поэтому все выводы о самих процессах и их последствиях построены либо на гипотезах, либо на модельных опытах. Академик С. И. Коржинский заметил, что около корней деревьев в серых лесных почвах субстрат светлее, оподзоленнее. И он сделал вывод об оподзоливающем влиянии деревьев на почву. Эта точка зрения была подтверждена экспериментально П. А. Костычевым, показавшим, что если на чернозем положить опад дубовых листьев, а затем пропускать сквозь них воду, то почва светлеет, оподзоливается. Но и количество воды и масса опада были намного больше тех реальных величин, с которыми мы встречаемся в природе (к тому же опыты проводили при комнатной температуре). В природе такое переувлажнение бывает главным образом весной при низких температурах. Поэтому считать опыт Костычева абсолютно доказательным нельзя. Кроме того, накопились данные об образовании черноземов непосредственно под лесом.

В 90-х годах прошлого века начались широкие работы по разведению лесов в степи. В Каменной степи, в других местах черноземной зоны В. В. Докучаев посадил лесные полосы. Через пятьдесят лет исследователи не смогли найти следов оподзоливания в почвах под этими полосами.

Не простая задача — оценить, насколько процесс является циклическим. Но важность такой оценки очевидна. Если процесс цикличен, то, зная этот цикл, можно предсказать значение данного свойства почвы в любой момент цикла. Можно не беспокоиться особо об этом свойстве — оно вернется к исходному значению в конце цикла.

На основании наблюдений к цикличным относят процессы структурообразования, изменения влажности, гумусонакопления, азотфиксации и некоторые другие. Но и у этих процессов может быть остаточный эффект, который проявится через несколько сот лет. Поэтому так трудно оценить реальную эволюцию почв и почвенного покрова.

Можно предположить, основываясь на теперешнем строении почвенного покрова, что и в доисторическое время шла геологическая эрозия почв, которая сглаживала рельеф, погребала почвы склонов, но смыв почвы на водоразделе восполнялся включением в почвообразование новых слоев подпочвы.

Происходили в природе и катастрофические явления, катаклизмы — извержения вулканов, землетрясения, селевые потоки, оползни. В результате этих катастроф страдали почвы иногда на больших территориях. Например, Камчатка, Японские острова, частично Большие Зондские острова и другие территории неоднократно погребались вулканическим пеплом. Но в тех местах, где не было катастроф, почвы развивались в течение всего времени, пока данная территория представляла собой сушу, однако же и здесь постоянно происходили процессы эрозии. Например, в тропиках мощность почвы непрерывно росла, выветривание захватывало все более глубокие слои земли. Круговорот веществ в тропических биогеоценозах способствовал обогащению верхних слоев почвы питательными веществами. Поэтому вечнозеленые тропические леса беспрепятственно росли на ферраллитных почвах в течение тысячелетий.

Сбалансированный круговорот веществ в степях и лесах умеренной зоны также способствовал жизни, длительному существованию зональных биогеоценозов и сохранению почв во всей своей первозданной красоте.

С началом хозяйственной деятельности человека наметились существенные изменения в биосфере. Сведение лесов, распашка почв, регулирование стока рек, орошение, замена естественных БГЦ искусственными агроценозами преобразили облик биосферы. В период интенсивного освоения земель, когда все больше и больше строилось дорог, городов, распахивалась целина, и сформировалось понятие «борьба с природой». Раскорчевка лесов, прокладка дорог в тропических лесах с их злокачественной лихорадкой, бесчисленными болезнетворными микробами и кровососущими насекомыми — все способствовало идее «победить природу», обжить мир. С начала XX века во многих книгах красной нитью проходит мысль о независимости человека от природы.

В наш атомный век энергетические возможности практически неограниченны, и человечество уже не зависит в той степени, как раньше, от таких ресурсов, как древесина. Даже уголь и нефть в будущем рискуют потерять свое значение в жизни человека как источник энергии. Энергия позволяет человеку строить теплицы и получать гарантированные урожаи некоторых сельскохозяйственных культур круглый год. Намечается как бы независимость человека от почвы, с которой он так долго неразрывно был связан. Энергетические и технические возможности нашего времени создали такую ситуацию, когда человечество способно изменить самым кардинальным образом окружающую природу: вырубить леса, заковать десятки квадратных километров почвы в бетон и асфальт, поменять направление рек, создать новые «моря». Эти энергетические и технические средства могут помочь природе: остановить рост оврагов, засыпать их и засадить лесом, продвинуть леса в степь, остановить заболачивание территории и т. д. И эти возможности человека требуют разработки сложного комплекса мероприятий по охране природы.

Охрана природы — это прежде всего охрана человека. Благосостояние человечества еще на тысячелетия вперед будет неразрывно связано с природой. И уничтожение природы, бездумное, некомпенсированное нарушение природных связей может привести к трагедии человечества. Но охрана природы должна включать и результат совместного труда человека и природы. Например, наша среднерусская полоса — это не чисто природное образование, это итог многовекового труда русского крестьянина, сумевшего очень точно и аккуратно «вписаться» в природу и так ее изменить вокруг себя, что получились самые естественные природные образования. Совместное создание природы и человека — так называемые огородные почвы. Люди сумели так улучшить эти природные почвы, что они стали намного плодороднее всех почв лесной зоны. Староорошаемые почвы Средней Азии — тоже результат многовековой земледельческой культуры. И эти созданные природой и трудом человека ценности мы тоже должны охранять.

Деятельность человека может ускорить и замедлить природные процессы и даже направить их в другую сторону. Поэтому необходимо четко представить, что и как угрожает почве и что надо делать, чтобы улучшить почвы — одно из основных наших богатств.

Следует еще раз напомнить, что гибель почвы неуклонно приводит к гибели биогеоценоза. Голые скалы, с которых смыта почва и на которых уже не растет лес, представляют, возможно, интерес для художника или альпиниста, но это безжизненная пустыня, участок убитой биосферы.

Одна из главных опасностей, угрожающих почве, — эрозия. Различают водную эрозию, ветровую (ее называют дефляцией) и береговую.

Водная эрозия — смыв и размыв верхнего слоя почвы, разрушение ее поверхности и переотложение почвенного материала на более низких участках, в долинах рек, в озерах и морях, куда эти материалы выносятся реками. Плодородный ил Нила смывается с водоразделов тех мест, где протекает эта знаменитая река.

Смыв почвы — наиболее распространенная форма эрозии (ее называют плоскостной). Удары дождевых капель разбивают почвенные комки и нарушают связь между отдельными почвенными частицами, которые сносятся водой, смываются с участка почвы. Повторяясь из года в год, этот процесс может привести к смыву верхнего слоя почвы, что сразу значительно ухудшит условия жизни растений. Растительный покров на таких почвах становится разреженным, и это в свою очередь способствует смыву почв. В естественных биогеоценозах процесс смыва идет повсеместно: это постоянный и непрерывный процесс, свойственный любому наземному ландшафту. Но в природных условиях он идет медленно, и, как уже указывалось ранее, смыв почвы компенсируется ее приростом по глубине за счет материнской породы. Деятельность человека может ускорить этот процесс в десятки и сотни раз. Особенно ускоряет плоскостную эрозию распашка почв. В поверхностном смыве почв большое участие принимают талые воды, которые часто сносят значительное количество мелкозема — самой плодородной фракции почв. В степной зоне на вспаханных полях можно увидеть бурые и желтоватые пятна — это следы смыва верхнего слоя почвы. Да и в зоне лесов так же часто встречаются следы проявления плоскостной эрозии в виде бурых и белесых пятен на общем сером фоне почвы.

Убытки, причиняемые плоскостной эрозией, огромны, хотя, как это ни странно, на первый взгляд они не заметны. Подсчитано, что ежегодно во всем мире в реки, озера, моря и океаны выносится не менее восемнадцати миллионов тонн калия, миллион тонн фосфора, три миллиона тонн азота. Для сравнения можно сказать, что все химические заводы мира производят в год около пятидесяти миллионов тонн удобрений, из которых лишь десять миллионов составляют калий, азот, фосфор, а остальные — балластные элементы: кальций, сера, хлор. Во всем мире теряется веществ из почвы больше, чем вносится с удобрениями.

О распространении водной эрозии свидетельствуют данные обследований, проведенных в разных странах. В отдельных регионах мира в зависимости от степени освоенности территории и характера рельефа плоскостной эрозией затронуто от двадцати до ста процентов площади.

Подсчитано, что ежегодно эрозия верхнего слоя почвы в мире охватывает пятьсот тысяч гектаров. Смыв верхнего плодородного слоя почвы снижает урожайность на шестьдесят — семьдесят процентов.

Вторая форма водной эрозии — линейная эрозия. Стекая по бороздам, колеям от колес, неглубоким западинам вдоль склонов, вода сначала образует промоины, которые постепенно увеличиваются. Если промоина глубоко врезалась в почву, так, что ее нельзя выровнять распашкой, то она становится началом оврага. Овраги могут достигать в длину сотни километров. Ежегодный прирост оврагов на нашей планете — пятьдесят тысяч километров. Быстрота роста оврагов иногда бывает катастрофической. Известен случай, описанный в американской литературе, когда за одно лето стекающая после дождя с крыши фермы вода вырыла промоину, а затем, уже собрав воду с окружающей территории, эта промоина превратилась в овраг длиной в несколько километров.

Линейная эрозия в основном связана с временными потоками, которые рождаются после ливней и таяния снега. Такая же ситуация может создаться и при орошении почвы. Полив по бороздам и полосам может привести к возникновению ирригационной эрозии, особенно если вода подается с большой скоростью, превышающей стойкость почвы к размыву. Эта проблема освещалась уже в предыдущих главах. Поливать надо быстро, чтобы вовремя дать воду растениям на всех полях, но скорость полива не должна превышать разумного предела, после которого вода превращается во врага и размывает поливаемую почву.

Постоянные потоки — реки и ручьи также производят эрозионную работу. Их деятельность напоминает нам о масштабах геологических процессов. Крупные реки разрабатывают долины шириной в несколько десятков километров, роют каньоны и ущелья глубиной в тысячи метров. В их деятельности сочетаются линейная и боковая эрозии: линейная — размыв дна, по которому течет вода, переотложение материала ниже по течению, боковая приводит к размыву берегов, река как бы все время наступает на берег, смывает его, превращая часто в крутой обрыв. Смытый материал река несет вниз по течению и часто отлагает его там, где уклон местности незначителен. И получается, что такая бурная река в нижнем течении протекает уже на своих собственных наносах и русло ее выше окружающей местности, как, например, у Терека.

Морская волна, постоянно ударяясь в берег, становится причиной береговой эрозии. Прибой размывает берег. Если прибрежная часть материка сложена скалами, то море очень медленно их разрушает, шлифует, разрезает на отдельные останцы. Но если берег сложен из мягких пород, то он может размываться с очень большой скоростью. В этом случае выносится весь плодородный ил, остаются пески, песчаные морские дюны. Под действием ветра дюны начинают передвигаться и засыпать поселки, дома, дороги, посевы. Их движение может остановить посадка на них леса.

Как и многие процессы в естественных условиях, взаимодействие моря и берега приводит к своеобразному равновесию: прибрежная пляжная полоса, созданная морем,— результат этого взаимодействия и амортизатор, предохраняющий берег от дальнейшего разрушения. Пляжи охраняют берег и присущие ему почвы и растения от уничтожения. Но, как показал печальный опыт многих стран, разрушение пляжей, использование пляжного гравия в строительстве приводит к увеличению скорости и масштабов береговой эрозии.

С водой связаны и другие формы эрозии почв — обвалы и оползни. Первые часто происходят в результате подмыва берегов, обнажений. В результате часть почвы под действием силы тяжести обваливается. Часто ручеек, почти незаметный, подмывает огромный камень в верхней части склона. Потеряв равновесие, камень обваливается, катится по склону, увлекая за собой другие камни и, следовательно, почвенный слой. Под обвалами погребаются возделанные поля, населенные пункты, дороги.

Оползни происходят тогда, когда почва залегает на слое глины. Насыщаясь водой, глина становится скользкой. Почвенная толща под действием тяжести сползает вниз. Оползни часто встречаются по берегам рек, на склонах террас, в горах. Иногда оползают участки территории площадью в несколько квадратных километров.

С действием воды связаны также просадочные явления, получившие название карста. Почвы часто образуются на породах, содержащих растворимые соли, — известняках, гипсе. Вода, просачиваясь в почву, постепенно вымывает из нее соли. Образуются пустоты. До поры до времени они скрыты от глаза, но вот разрыхленные нижние слои уже не выдерживают тяжести верхних, и на поверхности образуются провалы и воронки.

Под действием воды часто уплотняются органические, торфяные почвы, что также приводит к просадкам, но этот случай редкий, и здесь участвует процесс разложения органического материала и его самоуплотнение.

Но не только водная эрозия угрожает почве. Не менее опасна ветровая эрозия, или так называемая дефляция. Воздушные потоки могут перекатывать почвенные частицы и отрывать их от земли. Ветер переносит почвенные частицы обычно очень далеко: отмечались переносы на расстояние до четырехсот километров. Эти частицы обычно откладываются около каких-нибудь преград (лес, насыпь дороги, дома), что также может оказаться нежелательным. Ветер подхватывает и уносит самые мелкие, самые богатые питательными веществами частицы почвы. В результате плодородие снижается на сорок — шестьдесят процентов. Ветер «выдувает» посевы, обнажая корни растений в одном месте, и заносит посевы пылью в другом. Тысячи гектаров приходится пересеивать. Одна из главных причин расширения поля деятельности ветровой эрозии — сплошная распашка почв. Поля превращаются в пыльную чашу, поставляющую ветру распыленные частицы почв.

Особенно часто пыльные бури случаются весной. Для получения высокого урожая, для лучшей организации ухода за растениями человек давно провел отбор сельскохозяйственных культур, вывел новые сорта, которые, будучи посеяны в одно время, развиваются одинаково и созревают в одно и то же время. Это очень хорошо, поскольку только в этом случае возможны механизация и само ведение сельского хозяйства. Но эта необходимая для производства особенность может привести к беде. В весенний период распаханная почва обнажена, она еще не защищена растениями, солнце сушит ее, особенно самый верхний слой, каких-нибудь два — пять сантиметров. И если в этот момент поднимутся сильные ветры, то сухой слой почвы перенесется на какое-то расстояние. Однако создаваемое противоречие разрешимо. Во-первых, очень важно распахивать и засевать почву тогда, когда она еще влажная, в спелом состоянии. Тогда и растения будут чувствовать себя хорошо, и влажная почва не поддастся ветру. Очень важно, чтобы почва была хорошо оструктурена, тогда крупные комочки почвы ветер не поднимет. Очень помогают борьбе с ветровой эрозией меры, позволяющие снизить скорость ветра,— лесные полосы, посаженные вокруг поля, ряды-кулисы из высокостебельных растений, например кукурузы, высаженной рядами по полю. Они ослабляют силу ветра в приземном слое воздуха и задерживают пыль.

Как уже говорилось, пыль легко переносится на большие расстояния. Но все-таки, как показали проведенные в разных странах исследования, около лесной полосы, окружающей поле, задерживается почва, сдутая именно с этого поля.

Все сказанное бесспорно свидетельствует, что если человек и способствует своей деятельностью расширению площади и усилению действия пыльных бурь, то в его власти свести это явление к минимуму.

С ветром связано передвижение песков, которое уже обсуждалось в примере с приморскими дюнами. Передвижение песков в пустынях, в приморских районах, в долинах рек — широко распространенное явление. Для многих регионов мира можно насчитать несколько периодов интенсивного передвижения песков, связанных с деятельностью кочевников. Стада кочевников паслись на травяных пастбищах песчаных массивов, разбивали поверхность почв, и ветер превращал пески в подвижные барханы и дюны. Кочевники уходили, песок медленно зарастал и закреплялся до следующего нашествия.

Следует отметить еще одно воздействие ветра на почву. На морских обрывах — клифах морской бриз, часто ударяясь в стену обрыва, выбивает из нее мелкие частицы породы и переносит их на поверхность почвенного слоя, формирующегося на этом обрывистом берегу. И в этом случае почва как бы нарастает сверху. Явление это изучено пока очень мало, но уже в ряде случаев для разрешения вопросов генезиса почв с ним приходится считаться.

На бесструктурных почвах, где ее частицы не объединены в водопрочные комочки-агрегаты, и ветровая и водная эрозии идут значительно быстрее, чем на структурных почвах. Излишнее уплотнение почвы тоже может привести к эрозии: осадки стекают по поверхности, образуется поверхностный сток, и вода производит свою разрушительную работу. Эрозии способствуют крутизна склонов, особенно если последние не защищены от прямого воздействия воды. Так, со склона крутизной один — два градуса смывается до десяти — двадцати кубометров почвы с гектара, со склонов крутизной четыре — шесть градусов — до двадцати — сорока кубометров, а иногда и до девяноста кубометров почвы с гектара за один дождь. Ливни могут смыть с крутых склонов до шестисот — тысячи кубометров почвы. А содержание питательных веществ в десяти — пятнадцати кубометрах почвы достаточно для производства урожая пшеницы в тридцать центнеров с гектара, а свеклы — пятьсот центнеров.

Эрозия превращает окружающую нас территорию в пустыню. Овраги, врезаясь в поверхность земли, не только разрушают почвенный покров, они вскрывают водоносные слои, и в результате пересыхают колодцы и другие источники питьевой воды. А пресная вода уже сейчас стала дефицитом во многих районах земного шара, причем не только в засушливых. Нарушение целостности биогеоценоза приводит к нарушению круговорота влаги в природе. Связи внутри биогеоценоза и между биогеоценозами настолько разнообразны и так еще мало изучены, что в настоящее время трудно даже предсказать последствия нарушения этих связей в каком-нибудь месте. Возможно, что осушение болот где-нибудь на севере вызовет иссушение источников воды на юге. Поэтому от целостности почвенного покрова зависят не только урожаи, но и нормальный круговорот воды, следовательно, нормальная водообеспеченность территории.

Сильные нарушения в почвенном покрове часто связаны с резким изменением условий почвообразования. Например, в зоне многолетней, или, как ее совсем недавно называли, вечной, мерзлоты создался своеобразный водный режим, связанный с температурным режимом почв. Поступающее за весенний и летний периоды тепло прогревает почву до определенной глубины, и в оттаявшем слое развиваются корни растений. Мерзлая толща, подстилающая почву, насыщена водой и не пропускает талую воду вглубь. Поэтому даже в условиях небольшого количества осадков, как, например, в Якутии или на центральной Камчатке, на многолетней или длительно-сезонной мерзлоте почвы обеспечены водой, следовательно, воды хватает растениям, и там растут леса. Но, если температурный режим нарушится, например при сведении леса, сооружении водоема, даже при распашке почвы, возможны случаи быстрого оттаивания почвы и связанного с этим уплотнения бывшего мерзлотного водоносного горизонта. Образуется термокарст, провалы в почве, связанные с оттаиванием грунта. Эти нарушения приносят большой вред почве в районах многолетней мерзлоты.

В местах, где выпадает сравнительно много осадков, почве угрожает вынос питательных веществ. Этот процесс особенно развит на подзолистых почвах. Внесенные удобрения в этих почвах могут очень быстро вымыться из верхних горизонтов и попасть в грунтовые воды. Эти питательные вещества становятся бесполезными для растений, но могут стать вредными для человека и животных: накапливаясь в грунтовых водах, нитраты, соли азотной кислоты делают ее вредной для живых организмов, будь то человек или животное. Поэтому внесение удобрений, сама система удобрений требуют знания водного режима почв.

Вымытые из верхнего слоя почвы питательные вещества с грунтовыми водами выносятся в реки, а затем — в моря. И лишь отступление моря и выход донных отложений на поверхность суши снова включают эти питательные вещества в круговорот веществ. В этот большой, геологический, круговорот веществ, как назвал его академик В. Р. Вильяме, вмешивается малый, биологический, круговорот. Перехватывая различные соединения своими корнями, растения частично задерживают вынос веществ из почвы. Поэтому так называемые биогенные элементы, необходимые для жизни растений, — фосфор, азот, калий, магний и другие — накапливаются, концентрируются в гумусовых горизонтах почв.

Большое количество осадков, превышающее испарение из данных почв, и плохой отток воды из почвы с грунтовыми водами приводят к заболачиванию территории. Почва так пропитывается водой, что из нее вытесняется весь воздух и на ней могут развиваться лишь очень специфичные болотные растения. Заболачивание часто связано со сменой растительности и может охватить большие территории. В лесной зоне очень часто заболачиваются сплошные вырубки, причем восстановление леса на них может из-за этого идти очень медленно. Быстро заболачиваются в лесной зоне искусственные выемки вдоль железных дорог.

Заболачиванию в других зонах способствует неправильное орошение, неумеренная пастьба, приводящая к уплотнению почвы и застою в ней воды.

В засушливых районах почву подстерегают опасности прямо противоположного характера: накопление солей в верхних горизонтах почвы и их иссушение, или аридизация, как теперь часто говорят.

Засоление приводит к гибели растений уже при концентрации солей в количестве одного-двух процентов от веса почвы. Только солянки — немногочисленные виды растений, приспособившиеся к засолению, растут на засоленных почвах. Но значение их в жизни человека и природы невелико.

Иссушение почв в аридной зоне связано, как уже говорилось, с эрозией, с выходом на поверхность водонепроницаемых горизонтов почв, по которым вода осадков скатывается в балки и понижения. А иссушение почвы еще больше способствует развитию на них процессов эрозии.

В случае засоления и заболачивания мы имеем дело со «смертью» одного типа почв и «рождением» другого типа с худшими для сельскохозяйственного производства свойствами. Но необходимо оговориться. Возможно, что почва, которая не подходит для посева пшеницы или хлопчатника, подходит для других целей — для пастбища, сенокоса, как охотничье угодье, как основа инженерного сооружения. Задача человека — найти наиболее рациональное использование почвы, при этом учитывая не только нужды сегодняшнего, но и завтрашнего дня.

Высокие урожаи, получаемые теперь земледельцами, основаны на внесении удобрений, восполняющих потерю из почвы питательных элементов, увозимых с урожаем. Важное звено в получении урожая — правильная обработка почвы, создание у нее таких физических свойств, которые бы способствовали образованию подвижных для растений питательных веществ, сохраняли благоприятный водный режим. В любом случае состояние почвы необходимо постоянно контролировать.

В последнее время усилилось применение разных химических веществ для борьбы с насекомыми, сорняками, для подготовки растений к уборке (например, вносят вещества, чтобы ускорить сбрасывание листьев у хлопчатника для машинной уборки хлопка). К сожалению, увлечение этими средствами привело к противоположному эффекту и к неожиданным результатам. Так, неумеренное применение сернокислых и хлористых соединений калия и других аналогичных удобрений, повышая урожай растений, снижает в них содержание витаминов. Мышьяк, входящий в некоторые гербициды, стал накапливаться в садовых почвах, под которые его вносили постоянно, а затем увеличилось его содержание в плодах. Многие пестициды накапливаются в почве, и медленное их разложение препятствует их широкому использованию. Часто широкое применение инсектицидов (препаратов против насекомых) сокращает количество полезных птиц и насекомых, а вредные насекомые типа непарного шелкопряда после кратковременного угнетения размножаются еще энергичнее.

Таким образом, повышение концентраций отдельных веществ свыше допустимой нормы вызывает резкое ухудшение свойств почвы, а следовательно, ее плодородия и в ряде случаев представляет угрозу для человека. «Каждое вещество — яд или лекарство, все зависит от дозы», — говорил Парацельс, и он, безусловно, прав.

Мы уже отмечали, что почва играет роль санитара, многие болезнетворные микроорганизмы, попадая в почву, гибнут. Почва «убирает» трупы, переводя их в безвредные соединения. Все это, конечно, производит «население» почвы: микроорганизмы, простейшие, дождевые черви и другие беспозвоночные животные, грибы, главным образом микроскопические. Если вспомнить, что такие лечебные препараты, как, например, пенициллин и стрептомицин, добыты из почвенных грибов, которые очень широко распространены, то станет более понятным все значение почвы в жизни биосферы, регулирующей эту жизнь и в какой-то мере определяющей жизнь людей.

Поэтому отравление почвы нарушает тот круговорот жизни, который выработался за все время ее развития на нашей планете. Выбрасывание отходов химической и нефтяной промышленности тоже приводит к фактической смерти или длительной консервации почв. Эти отходы, не нарушая, казалось бы, сложения и морфологии почвы, убивают в ней живые организмы и тем самым убивают почву. Нередко около химических заводов и нефтяных вышек образуются безжизненные почвы, сохраняющие свое потенциальное плодородие, но лишенные эффективного плодородия. «Умирание» почвы неизбежно сопровождается отмиранием, уничтожением, гибелью биогеоценоза. Кроме того, такие почвы выпадают уже из сельскохозяйственного фонда и, несмотря на свое, может быть, очень высокое потенциальное плодородие, превращаются в техногенную пустыню.

Все сказанное свидетельствует об одном: деятельность человека достигла такого уровня, когда он способен менять и почву, и биосферу на огромных территориях. Он может нарушать привычные для данного участка биосферы природные связи, заменяя их новыми. Поэтому самое главное средство для сохранения биосферы — контроль за всеми, сегодня еще небольшими изменениями, которые завтра могут стать необратимыми или потребовать больших средств, чем сегодняшний контроль, для своего устранения.

В этом контроле мы должны опираться на те природные процессы, которые идут в почвах, учитывать характер изменения этих процессов под влиянием деятельности человека, последствия этих изменений и возможные способы регуляции их.

Принятая в 1982 г. в СССР Продовольственная программа основана на детальном научном анализе современного состояния производства сельского хозяйства в СССР. Она охватывает все стороны производства продуктов, учитывает наиболее эффективные пути развития нашего хозяйства, оценивает его перспективы.

В выполнении первой задачи этой программы — повышении валового производства продуктов питания — одно из важнейших значений отводится научному знанию почв. Учитывая новые требования, почвоведы должны провести инвентаризацию земельных ресурсов и дать прогноз их использования.

Знание особенностей почвенных процессов становится основой и природоохранных мероприятий на любом уровне их разработки.

Земельные ресурсы мира

Почвы составляют одно из главных

богатств природы и их естественные

производительные силы не меньше,

чем силы недр земли и других царств природы.

Л. И. Прасолов

Почвы составляют одно из главных богатств природы

Валовое увеличение продуктов питания — задача, стоящая сейчас перед человечеством. В настоящее время в тридцать одной стране с общим населением двести семьдесят пять миллионов человек среднее потребление продуктов питания составляет семьдесят пять — девяносто шесть процентов от нормы. Производство продуктов питания в этих странах ниже среднего мирового уровня, но в то же время прирост населения превышает средний мировой уровень. Следовательно, возрастает потребность в продуктах питания.

Для ведения сельского хозяйства в той или иной стране мира очень важно знать перспективы расширения земельного фонда для сельскохозяйственных нужд. Не менее важна проблема повышения производительности каждого гектара земли, находящегося в сельскохозяйственном пользовании. Но для решения этого вопроса следует оценить (конечно, приближенно) следующие две проблемы: сколько земли приходится сейчас в мире на одного человека и сколько должно приходиться в будущем. В свою очередь решение этих проблем требует знания потребности людей в продуктах питания и продуктивности почв, используемых в сельском хозяйстве.

Если рассмотреть всю историю мирового сельского хозяйства, то можно увидеть, как человечество все больше и больше осваивало землю, распахивало почвы, игнорируя при этом все отрицательные последствия своей сельскохозяйственной деятельности.

Земельные ресурсы мира

Постепенно земледелие проникало на все материки, за исключением, конечно, покрытой льдом Антарктиды. Если в Африке, Азии и Европе занимались сельским хозяйством на огромных площадях задолго до начала нашей эры, то в Америке земледелие возникло приблизительно на границе нашей эры, а в ряде ее мест даже позже. В Австралии сельское хозяйство появилось лишь в XVIII веке в связи с переселением туда европейцев.

Долгое время территории сельскохозяйственного освоения оставались без изменения: земледелием занимались в долинах рек и оазисах, животноводством — в степях и саваннах. Проникновению земледелия в степи мешали не только кочевники-животноводы. Орудия обработки земли были еще маломощными, и трудно было деревянной сохой и ралом разрывать и вспахивать степную дернину, например, в черноземных степях. Поэтому земледельцы, расселяясь, стали осваивать в первую очередь лесостепь, где почва была мягче и где всегда под боком были деревья — источник древесины и топлива. Даже в XX веке в России многие степи были заняты пасущимися стадами, а земледелие в основном было распространено в лесостепи и южной тайге. В XV — XVIII веках большая часть русских черноземов не пахалась. Освоение степей особенно энергично началось в начале и середине XIX века. С этим периодом связано уменьшение обрабатываемых площадей в лесной полосе России и Западной Европы. Производство зерна в степи было намного продуктивнее, чем в лесной зоне. Без удобрений, при затрате средств только на вспашку черноземы давали двести пятьдесят пудов — сорок центнеров первоклассного, ценного по мукомольным свойствам зерна пшеницы. В то же время урожаи в лесной полосе без удобрений едва достигали семи — десяти центнеров. Недаром агрохимия зародилась именно на почвах лесной зоны, и Ю. Либих говорил об удобрении именно дерново-подзолистых и бурых лесных почв (не употребляя, конечно, еще этих названий).

Развитие товарного производства зерна в степях способствовало появлению в лесной полосе развитого лесного хозяйства. Земледельцы стали высаживать леса на бывших пахотных почвах, что в свою очередь способствовало развитию лесного дела и лесоводства.

К началу XVIII века относятся первые попытки освоения тропических почв. В начале XX века в обработку уже были вовлечены тропические почвы Африки, Азии, Америки, причем большинство этих почв было занято плантациями кофейного дерева, техническими и разного рода фруктовыми культурами.

В настоящее время в земледелии используется более одиннадцати с половиной процентов суши. Одна треть распаханных почв приходится на Европу, одна пятая — на Азию, одна пятая на Америку, одна десятая — на Африку и одна двадцатая на Австралию и Океанию. Если произвести прямые (и, конечно, весьма относительные) подсчеты количества пахотной земли на одного человека в мире, то в настоящее время эта цифра будет составлять около тридцати пяти аров (0,35 гектара), правда, в эту площадь входят почвы, занятые хлопчатником и льном, а также другими техническими, непродовольственными культурами, но зато в нее не включены пастбища и сенокосы, продукция с которых идет для выращивания и откорма скота. В целом с учетом пастбищ и сенокосов подсчитано, что площадь такого участка возрастает уже до одного гектара.

Один гектар на человека. Это средняя цифра — округленная и приблизительная, однако ее можно взять за основу, чтобы теоретически проследить, достаточна ли такая площадь для жизни и получения продуктов питания. На этот вопрос можно ответить, если проанализировать (пусть не совсем точно) количество продуктов, необходимое человеку, и количество земли, которое потребуется для получения этой продукции.

В оценке рациона питания человека и необходимых ему продуктов следует учесть две стороны проблемы: во-первых, человеку нужна пища, содержащая все необходимые ему вещества: белки, жиры, углеводы, витамины и пр., во-вторых, существуют национальные кухни, национальные традиции в питании, которые очень часто преодолеваются с трудом. Характерен такой пример. В. В. Вересаев, описывая будни русско-японской войны 1904 года, рассказывает, как солдаты отказались есть непривычную для них чумизу (сорт проса). Этот отказ возмущал офицеров, которые ели новую для русских пищу. Командир полка считал, что офицеры имеют больше права роптать, так как они привыкли к более разнообразному меню, чем солдаты. Пища солдат всегда была грубой и простой, близкой к «деревенской». В. В. Вересаев парадоксально, но по существу правильно заключает, что именно те группы населения, рацион которых строго ограничен определенными видами пищи, с трудом привыкают к другим продуктам питания.

Сохранились документы, описывающие трудности, с которыми было сопряжено распространение картофеля в России, а ведь он сейчас считается у нас чуть ли не вторым хлебом. Сначала Петр I, а затем и другие правители силой внедряли картофель в России. И это насильственное внедрение сопровождалось упорным сопротивлением крестьян, даже «картофельными бунтами». Аналогично русским не принимали картофель и французские крестьяне. Но французский министр А. Тюрго поступил хитро. Он разослал всем подвластным ему откупщикам и чиновникам посевной картофель со строгим наказом не давать его крестьянам. А в тайном письме он написал, чтобы чиновники «не замечали», когда крестьяне похищают картофель. Через несколько лет картофель распространился во Франции.

То, что в разных странах набор потребляемых продуктов, а следовательно, и высеваемых культур заметно отличается, подтверждает следующее. Если посмотреть на происхождение культурных растений, можно вспомнить такие факты: картофель и кукуруза пришли к нам из Америки, рис — из Азии, пшеница и рожь наиболее широко разводились в Европе, просо — в Африке. Это еще раз подтверждает, что при оценке рационов следует делать поправку и на привычку человека к определенной пище.

Но независимо от вида пищи всем людям, конечно с учетом профессии и возраста, требуется, по подсчетам советских и зарубежных ученых, в день сто — сто шестьдесят граммов белка, столько же жиров, четыреста тридцать — четыреста пятьдесят граммов углеводов. Эти необходимые для жизни вещества человек получает с хлебом, овощами, мясом.

Сейчас в среднем для всей планеты урожайность пшеницы составляет пятнадцать центнеров с гектара, картофеля — сто пятнадцать центнеров, трав (сено для скота) — сто пятьдесят центнеров, овощей — двести центнеров.

Из этих цифр после простой арифметической операции — деления количества продуктов, необходимых человеку, на их урожайность и суммирования полученных результатов — получается, что человеку требуется для годового запаса сельскохозяйственных продуктов двадцать аров земли, для производства мяса — около пятнадцати аров. В итоге получаются те же тридцать пять аров обрабатываемой площади.

Совпадение расчетной и реальной цифр совсем не случайно. При существующих во многих странах мира современных методах ведения сельского хозяйства так и должно быть. Выращивается в среднем столько продуктов, сколько надо, чтобы прокормить все человечество, но в силу социальных причин, и в первую очередь наличия стихийного капиталистического способа производства и свойственного капиталистическому строю неравномерного распределения продукции, далеко не все люди одинаково потребляют эти произведенные для них продукты.

Не значит ли все сказанное, что не нужны дальнейшие усилия по увеличению количества земли на нужды сельского хозяйства? И надо ли искать новые земли, пригодные для сельского хозяйства?

Ответы на эти вопросы однозначны: надо. На примере мирового хозяйства четко проявляются те общие закономерности, которые свойственны промышленному обществу.

По прогнозу ООН, в 2000 году население земного шара достигнет шести миллиардов человек, а к концу XXI века будет уже около десяти миллиардов. Это значит, что увеличится потребность в сельскохозяйственных продуктах.

Для решения проблемы можно наметить два пути: во-первых, увеличить производительность почв и создавать высокоурожайные сорта растений, а во-вторых, найти такие почвы, которые можно будет использовать в сельском хозяйстве сверх существующих пахотных и обрабатываемых земель.

Прикинем возможность решения задачи вторым путем — путем увеличения обрабатываемой земельной площади.

Сколько человечество еще может освоить земель? Где расположены эти земли? Существует несколько подсчетов и расчетов такой возможности: это данные международных организаций, материалы советских (в частности, Н. Н. Розова) и зарубежных ученых. По этим данным, в полярном поясе, где распространены арктические пустыни и тундры, общая площадь земель — шесть миллионов квадратных километров. Из них используются всего около двух процентов в основном как оленьи пастбища. В этом поясе можно лишь увеличить площадь оленьих пастбищ, доведя их до трех-четырех процентов, и увеличить количество теплиц и оранжерей. Но перегрузка оленьих пастбищ может надолго превратить ягельные просторы тундры в бесплодные болота. Поэтому расширение животноводства в тундре требует очень строгого расчета и опытной проверки.

В умеренном поясе, в лесной зоне, где расположены основные промышленные районы мира, подзолистые, мерзлотно-таежные, серые лесные, бурые лесные и другие почвы занимают площадь несколько более двадцати четырех миллионов квадратных километров, или два с половиной миллиарда гектаров. В этом поясе с севера на юг от подзолистых и таежно-мерзлотных почв к серым лесным растет использование земель в сельском хозяйстве от четырех до сорока процентов.

В северной и центральной частях таежной зоны еще есть резервы для земледелия: от двух процентов в северной части и до пятнадцати — в южной части тайги. Помочь введению в строй этих резервных земельных площадей может осушение заболоченных почв. Поймы рек можно частично использовать под сельскохозяйственные культуры, частично как сенокосы и пастбища, как базу развития животноводства.

Наиболее полно в умеренном поясе используются степи, площадь которых около восемнадцати миллионов квадратных километров (почти два миллиарда гектаров). В степной полосе использование почв в сельском хозяйстве уменьшается с севера на юг от шестидесяти процентов для черноземов до трех процентов для светло-каштановых и бурых почв.

Еще меньше использование почв пустыни. Если человечество сможет оросить эти почвы, то можно будет к земельному фонду, находящемуся в обработке, приплюсовать еще один миллион квадратных километров. Без орошения эту зону можно использовать лишь как пастбища, но перегрузка пастбищами здесь — катастрофа для пустынных биогеоценозов и почв: они могут полностью разрушиться, превратиться в бесплодные пустоши. Пустыня как природная зона еще не пустошь, она живет, в ней обитают животные, в некоторых местах произрастают растения. Пустыня — естественная биосферная формация. Бесплодная пустыня — результат отрицательной деятельности человека, «разбившего» естественные почвы караванами, неумеренной пастьбой стад. Лишь орошение может вернуть эти почвы к жизни.

Заметные резервы таятся в субтропическом и тропическом поясах. В этих теплых районах можно снимать по два-три урожая в год. И резервы земель в этих поясах, пожалуй, самые большие. При общей площади влажных субтропиков более трех с половиной квадратных километров используется лишь двадцать процентов желтоземов и красноземов — плодородных почв, на которых разводят чайные и цитрусовые плантации, виноградники, выращивают ценные технические культуры. Но как правило, эти земли, еще не включенные в орбиту земледелия, расположены не очень удобно. Кроме того, красноземы и желтоземы могут быть заняты ценными лесами, поэтому их освоение следует оценить и с этой точки зрения.

Около пяти миллионов квадратных километров в субтропиках занято коричневыми почвами. Они используются в земледелии значительно меньше, всего тринадцать процентов этих почв вовлечено в сельскохозяйственное производство. Их использование ограничивает вода. Коричневые почвы плодородны, но растениям на них не хватает воды. Можно использовать эти почвы в богарном, неполивном земледелии, например, под орехоплодные культуры, занять их ореховыми лесами, что может оказаться наиболее рациональным. Но если необходимость потребует распашки этих почв, то они будут нуждаться в орошении.

Мало используются почвы субтропических пустынь, занимающих около восьми миллионов квадратных километров. Всего четыре процента этих почв вовлечены в земледелие. Но если использовать эти земли как пастбища и сейчас, хотя производительность этих пастбищ очень низкая, то настоящее земледелие на этих почвах, возделывание растений, необходимых человеку, потребует воды. Без воды эти почвы нельзя освоить.

И наконец, тропики. Они занимают почти пятьдесят миллионов квадратных километров. Из них двадцать миллионов приходится на вечнозеленые тропические леса, пятнадцать миллионов — на саванны, около десяти миллионов — на пустыни. По-настоящему в земледелии используется от двух до десяти процентов территории. И на первый взгляд резервы для земледелия в этом поясе самые значительные. Бескрайние леса Амазонии и Экваториальной Африки, казалось бы, самый надежный резерв нужных для сельского хозяйства почв. По подсчетам ученых, в тропиках можно освоить до полутора миллиардов гектаров площади. Три урожая в год на этих почвах равносильны распашке пяти миллиардов гектаров других почв. Площадь как бы утраивается. В тропиках может расти все. Даже наш северный лен, который семь тысяч лет назад возделывали в Египте. Легендарные пряности, косвенно послужившие причиной Великих географических открытий, тропические фрукты, орехи, сахарный тростник, кукуруза, просо, рис, пшеница — все это может расти в тропиках.

Тропические земли ценились давно. Дело иногда доходило до курьеза. После поражения Франции в войне с Англией в Северной Америке (см. ее описание у Ф. Купера в «Последнем из могикан») англичане требовали от французов в виде контрибуции тропический остров Гваделупу, с которым французы никак не хотели расстаться. Понадобился дипломатический такт В. Франклина, чтобы уговорить англичан вместо Гваделупы взять Канаду.

Есть ученые, которые считают, что следует распахать почвы Амазонии, занятые сейчас тропической сельвой, на пятьдесят процентов, а среднюю тайгу — на тридцать — сорок процентов. Тогда, по их расчетам, общая площадь обрабатываемых земель достигнет трех с половиной миллиардов гектаров пашни, или двадцати шести процентов от площади суши. По расчетам других ученых, максимальная площадь обрабатываемых земель достигнет более двух с половиной миллиардов гектаров, или двадцати процентов площади суши.

Распределение распаханных земель тогда будет следующим: сорок девять процентов пашни в тропиках, двадцать три процента в субтропиках, двадцать процентов в умеренном поясе, восемь процентов в лесотундре и тундре. Площадь обрабатываемых почв, по этому прогнозу, увеличится в субтропиках в полтора раза, в тропиках — в три. Сейчас пашня в тропиках составляет тридцать пять процентов от всей мировой . пашни, в субтропиках — семнадцать процентов и в умеренном поясе — двадцать шесть процентов.

Независимо от того, какая цифра оправдает себя в будущем: более двух с половиной или три с половиной миллиарда гектаров, к этой площади надо добавить площадь пастбищ, сенокосов, лесопарков, то есть всю территорию, непосредственно используемую человеком. По расчетам разных авторов, она достигнет величины четырех — шести миллиардов гектаров. Общая площадь, вовлеченная в сельскохозяйственное производство, составит семь — девять миллиардов гектаров (более половины всей удобной для сельскохозяйственной деятельности земли). Сколько же людей сможет прокормить эта земля? По меркам сегодняшнего дня, не менее семи миллиардов человек. Если удастся поднять среднюю урожайность на этих территориях до уровня урожайности развитых стран, то можно будет прокормить уже тридцать миллиардов человек. Действительно, резервы повышения плодородия почв и, следовательно, урожайности сельскохозяйственных культур в мире достаточно велики.

Повышение урожайности сельскохозяйственных культур требует повышения энерговооруженности хозяйства, развития химического производства, машиностроения и т. д. Высокая культура сельскохозяйственного производства требует соответствующего уровня развития сельскохозяйственной науки, в том числе мелиорации, почвоведения, агрохимии и т. д.

Но человечеству нужны не только пахотные почвы. Ему нужны леса как источники древесины и как зоны отдыха. Потребность в древесине растет с каждым годом, а следовательно, растет площадь лесосек. На этих землях необходимо восстанавливать леса. Освоение новых пахотных почв потребует существенного изменения ведения хозяйства в лесах земного шара. Ведь биосфера на земном шаре едина.

В последнее время в Тропической Африке широко развивается явление аридизации, наступление Сахары на юг. Это наступление идет со скоростью трех километров в год. Остановить пустыню может только вода. И задачи освоения и остановки наступления пустыни неразрывно связаны. Без орошения человечество не сможет освоить новые земли. Но для орошения пустынь необходимо воду брать из лесной зоны, то есть распределять ее между климатическими зонами.

Итак, подытоживая сказанное, можно отметить, что есть еще резервы для расширения сельскохозяйственного производства. Однако использование этих резервов должно опираться на представление, что биосфера — единая оболочка и сохранение ее — главная наша задача. Любое освоение почв и земель должно опираться на наше знание закономерностей развития биосферы.

Выше разговор шел о естественных почвах, включение которых в общемировой сельскохозяйственный фонд является первоочередной задачей. Но есть еще и другие почвы, которые могут помочь увеличить продукцию сельского хозяйства. Это искусственные почвы.

Л. Н. Толстой в беседе с В. В. Докучаевым рассказывал ему об искусственных почвах, возделываемых итальянскими крестьянами, которые даже переносят их, меняя свое местожительство. Докучаев приводил аналогичные примеры для Кавказа. В частности, почвы знаменитого аула Гуниба были именно такими — приносными. Их натаскали крестьяне на крыши своих саклей.

Образцом таких искусственных почв можно считать почвы сада, созданного Н. П. Смирновым, наблюдателем метеопоста на южном берегу Телецкого озера.

Как известно, в Сибири растут или стелющиеся формы плодовых деревьев, или дикие мелкоплодные формы. Но на южном берегу Телецкого озера растут обычные культурные сорта яблонь и даже абрикосов. Однако поверхности склонов гор, спускающихся к озеру, каменисты, почвы на них маломощны. Поэтому Н. П. Смирнов делал из лиственницы террасы, заполнял их принесенной из долины р. Чулышман почвой — верхним гумусированным слоем и сажал на этих террасах деревья. Кроме того, громадные валуны, выходящие на поверхность, он нагревал, разводя на них костер, а затем поливал водой. Растрескивавшийся камень он раскалывал ломом и сверху наносил слой почвы. И вот уже шестьдесят лет существует этот уникальный в нашей стране сад. Особенно необычен он для Сибири.

Несколько тысяч саженцев Н. П. Смирнов вырастил для соседнего колхоза.

Эти наносные почвы, как и естественные почвы окружающей территории, подчиняются действующим почвообразовательным процессам. У них намечается уже слабая дифференциация по профилю (с глубиной). Выделяются собственно гумусовый горизонт и подгумусовый. Но эти почвы сохраняют свои отличительные черты: более рыхлое сложение, высокую гумусированность всего почвенного профиля — результат человеческого труда.

Весенние заморозки, точнее, поздние заморозки часто убивают цветы абрикоса, поэтому это дерево плодоносит мало, но само оно чувствует себя хорошо.

Искусственные наносные почвы широко распространены в горных районах нашей планеты.

Помимо переносных существуют и другие искусственные почвы. К искусственным можно отнести все те почвы, которые изменены в результате длительного воздействия человека. Мы уже упоминали об огородных почвах, превратившихся в течение продолжительного использования в совершенно особые почвы. К таким же почвам относятся старопахотные, староорошаемые. Они претерпели в процессе использования самые коренные изменения. Сельскохозяйственные почвы осушаются, орошаются, углубляются, плантажируются. Например, виноградники закладывают на глубоко плантажированных почвах, которые отличаются от исходных и соседних почв. Почвы Западной Европы особенно окультурены многовековой деятельностью человека.

Но все эти почвы входят в земельный фонд нашей планеты, они учитываются статистиками и планирующими органами.

Другое дело полностью искусственные почвы парников, оранжерей, теплиц и др. Они часто представляют собой один горизонт какой-нибудь естественной почвы, преобразованный внесением удобрений, особым содержанием, иногда даже непрерывной заменой. Увеличение доли таких почв в народном хозяйстве может иметь существенное значение.

В заключение стоит остановиться на проблеме отчуждения земель под хозяйственные объекты. Города, дороги, аэродромы и массу других объектов строят на почве как основе, фундаменте для строительства. Иногда это использование почвы очень расточительно (например, при сооружении водохранилищ образуются значительные площади мелководий). Конечно, такое отчуждение земли — необходимость, однако необходимо и максимально рациональное ее использование.

Подводя итог, следует сказать, что на данном этапе человечество имеет еще не использованные земельные ресурсы, позволяющие расширять посевные площади. Еще больше неиспользованных ресурсов в повышении продуктивности земель. В этом плане важная задача — разработка теории «оптимальной почвы» и практика формирования таких почв.

Разговор о почвоведении

Земля, поросшая травой,

Какое это чудо!

И запах мяты луговой

Неведомо откуда.

А. Жигулин

Земля, поросшая травой, какое это чудо!

Бывало так, что наука начиналась с решения какой-то практической задачи, поставленной перед человеком. Сначала находились частные решения, а затем создавалась система «рецептов». И лишь после этого происходило создание научной дисциплины. Например, логичная, до сих пор поражающая своей стройностью геометрия Евклида возникла сначала как метод, способ решения таких практических задач, как межевание земельных участков, строительство сооружений, в том числе и пирамид. То же самое можно сказать о металлургии. Вначале (от первого бронзового ножа) металлургия была, скорее, искусством, чем наукой. Бронзовые и стальные клинки разных мастеров и из разных стран ценились далеко не одинаково на международном рынке. Но лишь в XIX веке металлургия и родственная ей наука — металловедение стали самостоятельными научными дисциплинами, которые теперь изучаются в вузах всего мира.

Можно привести примеры возникновения науки, научной дисциплины другим образом — на основе фундаментального научного открытия. Например, в восьмидесятых годах прошлого века немецкий ученый Г. Герц открыл радиоволны, в это же время английский ученый Крукс обнаружил катодные лучи, которые появляются при пропускании тока по проволоке в вакууме или разреженном газе. В 1895 году А. С. Попов изобрел радио, а в 1907 году американский изобретатель Ли де Форест создал электродную лампу, в которой был использован принцип катодных лучей Крукса для усиления сигнала, получаемого от радиоволн. И это открытие обусловило развитие электроники, а затем и кибернетики.

Аналогичный путь прошло и почвоведение. Сначала в течение нескольких тысячелетий существовали лишь разные системы рецептов для обработки почв и получения на них высоких урожаев.

И лишь в XIX веке почвоведение возникло как наука. Родилось оно в недрах геологии. В университетах почвоведение долго существовало в качестве научной дисциплины как часть геологии, изучающая изменение поверхностных пород Земли. Еще тридцать пять лет назад почвоведение в Московском университете изучали на геолого-почвенном факультете. «Геологический» генезис почвоведения сразу позволил В. В. Докучаеву выделить почву из совокупности других природных тел. Именно геологический подход позволил воспринять почву как особое природное образование.

Одновременно почва интересовала и ученых, непосредственно занимающихся сельским хозяйством. Но в этом случае почва изучалась как среда обитания растений. Не случайно первый курс почвоведения был создан П. А. Костычевым на базе лекций, прочитанных им

в Земледельческом (затем переименованном в Лесной) институте. Первый курс почвоведения на иностранном языке был написан Э. Раманном для лесоводов и назывался «Лесное почвоведение». В обоих курсах преобладал прикладной аспект почвоведения — разбиралась роль почвы как среды обитания растений. Это очень важный раздел почвоведения, но он далеко не исчерпывал все значение почвы в жизни природы.

Первая кафедра почвоведения также возникла в сельскохозяйственном институте — в Новоалександрийском, теперь академии в Пулавах (Польша). Там была организована кафедра почвоведения под заведованием ученика Докучаева — Н. М. Сибирцева. Профессор Сибирцев и создал первый научный курс почвоведения, где роль почвы рассматривалась всесторонне и почвы изучались и показывались как природное тело. Долгое время наряду с кафедрами почвоведения на геологических факультетах университетов существовали кафедры почвоведения в лесных и сельскохозяйственных институтах. Получалось, что почвоведение одновременно было отраслью геологии, сельского хозяйства и лесоводства.

При этом, конечно, как и любая другая наука о природе, почвоведение использовало достижения других наук, фундаментальные законы, установленные физикой и химией, достижения геологии, биологии, климатологии и др.

Возникновение и становление почвоведения как науки, по словам Б. Б. Полынова, произошло в Петербургском университете. Но, увлеченные исследованиями этого нового природного образования, почвоведы не сразу заметили, что почва относится к двум группам природных тел, ранее не изучавшихся в науке: во-первых, к биокосным телам и, во-вторых, к такой категории природных тел, для которых характерно «профильное» изменение их строения и состава. Это изменение идет обязательно под воздействием окружающей среды. Начиная от границы с окружающей средой и до какой-то глубины намечаются схожие для этих тел изменения свойств: появляются какие-то новые признаки и исчезают признаки, свойственные исходному телу. Например, для почвы это можно пояснить так: в поверхностном горизонте накапливается гумус и одновременно исчезают некоторые растворимые соединения и минералы. Поэтому почва делится на горизонты, отличающиеся по своему составу и свойствам. Кроме того, происходит изменение их структуры и состава. К указанной группе тел следует отнести коры выветривания, лунный реголит и многие другие тела.

Закономерности изменения почвы под действием окружающих условий помогают лучше понять все те процессы, которые определяются воздействием среды обитания.

Из сказанного вытекает возможная связь почвоведения с рядом других наук, изучающих изменение тел под влиянием окружающих условий. Многие достижения почвоведения окажутся полезными для тех, кто изучает коррозию, занимается охраной памятников и т. п.

Но не только зарождение почвоведения как науки и особенности почвы как особой группы образований обусловливают место почвоведения среди других наук о природе. Возникновение почвоведения усилило представления о целостности природных систем, о связи разных природных компонентов в одном целом. Докучаев заметил, что наука его времени изучала главным образом отдельные тела: минералы, горные породы, растения, животных, но не их соотношения, не ту генетическую вековечную и всегда закономерную связь, какая существует между силами, телами и явлениями, между мертвой и живой природой. Созданное им почвоведение Докучаев поставил «в центре этого нового познания природы». Сейчас мы бы сказали, что изучение почв лежит в области исследования биосферы в целом, которым занимаются такие отрасли науки, как биогеоценология, геоботаника, ландшафтоведение, биогеография и др.

В предыдущих главах обсуждалась роль биогеоценологии в изучении биосферы (напомним, что биогеоценология изучает те сообщества живых организмов и связи между ними и окружающей их средой, которые формируются в разных климатических зонах биосферы). Геоботаника изучает строение растительного покрова и его связь с условиями обитания. Более широкое поле деятельности — у ландшафтоведения. Эта область науки изучает закономерности распределения биогеоценозов на поверхности Земли, связи между всеми компонентами ландшафта.

Обычно к ландшафту относят территорию, выделяемую по ее внешним особенностям. Даже одно из определений ландшафта звучит так: ландшафт — изображение некоторого пространства, как оно видится в перспективе. Иногда к ландшафту относят обозримую поверхность Земли, иногда — территорию с характерными взаимосвязями природных и культурных форм.

Одним из основателей ландшафтоведения помимо Докучаева был другой известный почвовед, ученик Докучаева, академик Б. Б. Полынов. Б. Б. Полынов выделил понятие «элементарный ландшафт», к которому он отнес пространство, образованное однородной почвой со свойственным ей определенным растительным сообществом, однородным составом и состоянием приземного слоя атмосферы и одним климатом и микроклиматом. Это определение очень напоминает определение биогеоценоза, данное академиком В. Н. Сукачевым: биогеоценоз — совокупность на известном пространстве земной поверхности однородных природных явлений (атмосферы, горных пород, растительности, животного мира и мира микроорганизмов, почвы и гидрологических условий). Независимо от сходства этих понятий важно другое: в обоих случаях почва служит одним из важных признаков целостности этих природных систем.

Такая связь почвы с ландшафтом позволила определить ее как элемент, без которого ландшафт немыслим. Почва определяет растительный покров и сама зависит от растительного покрова, а взаимодействие этих двух элементов в условиях данного рельефа и создает лицо ландшафта.

Но почва не только элемент ландшафта. Она, как сказал один из ученых,— сердцевина ландшафта. Очевидно, в этом определении оценивается реальное положение почвы среди других элементов ландшафта. А к ним следует отнести геологическую породу, на которой формируются почвы, и грунтовую воду.

А. А. Роде называет грунтовые воды одним из факторов почвообразования. Они отражают все особенности рельефа, но не всегда. Часто они залегают несколько независимо от рельефа. Почва, залегающая между грунтовыми водами, а также материнской породой, с одной стороны, и растительным покровом — с другой, действительно сердцевина ландшафта. В этой «сердцевине» находят убежища самые разные животные, там распространены корни растений, там хранятся питательные вещества, необходимые растениям. Почва регулирует ландшафт, предохраняет его от исчезновения, помогает восстанавливаться после разных неблагоприятных воздействий.

И наконец, почва — зеркало ландшафта. Это выражение ведет свое начало от Докучаева. Он первый сказал, что почва — зеркало окружающих условий (следовательно, зеркало ландшафта). Но конечно, этот афоризм нельзя понимать буквально. Во-первых, почва — зеркало не только современного ландшафта, но и тех ландшафтов, которые были здесь раньше. Во-вторых, почва, конечно, отражает ландшафт не как зеркало. Это метафора. В последнее время ведется много споров, адекватно ли это отражение или нет. Обычно под адекватностью понимают два свойства явлений. В узком смысле адекватность — это тождество двух явлений одного класса: тождество двух деревьев, двух предметов. Например, отражение в зеркале адекватно, тождественно своему прототипу. В этом смысле нельзя говорить о почве как об адекватном отражении окружающих условий. Она, скорее, может быть адекватной, тождественной другой почве, развивающейся в таких условиях.

Но есть и другой, более широкий смысл в этом слове: соответствие. Почва соответствует данным условиям. На этом соответствии построено изучение почв в природе, и, надо сказать, оно очень хорошо помогает в исследованиях почв при их картировании и т. д.

Свойство почвы отражать воздействие окружающих условий — факторов почвообразования можно сравнить со способностью знаменитого портрета Дориана Грея из романа Оскара Уайльда: портрет отражал все, что случалось с Дорианом, в то время как сам Дориан Грей не менялся, оставался молодым. Нам кажется, что окружающие условия не меняются, климат, рельеф остаются прежними, а почва отражает в себе, «записывает» все события в жизни ландшафта и биогеоценоза и меняется в соответствии с этими событиями. Но расшифровать эти связи очень трудно.

Конечно, одно и то же свойство почвы может быть связано с разными факторами, и по одному образцу, а тем более по одному свойству нельзя судить о почве. Например, в руки исследователя попал образец по своему виду — из верхнего горизонта почвы, содержащий пять процентов гумуса. Если судить только по этому свойству, то образец может относиться и к дерновой, и к луговой, и к дерново-подзолистой почвам, а также к серой лесной, каштановой (темно-каштановой), чернозему. Но уже анализ кислотности почв поможет исключить ряд возможных вариантов. Поэтому соответствие почв и окружающих условий можно оценивать только по комплексу свойств. И в этом отношении почва действительно хороший индикатор окружающих условий.

Но, как заметил Докучаев, почва — зеркало местного настоящего и прошедшего климатов и, конечно, настоящего и бывшего здесь ранее ландшафтов. Поэтому почва обладает свойствами, связанными с историей развития ландшафта. Например, наша среднерусская полоса, где, как говорил А. П. Чехов, все пейзажи «левитановские», когда-то была тайгой. Остатки этой тайги сохранились еще в заповедниках, например в Центрально-Лесном, которому в 1981 году исполнилось пятьдесят лет.

Более полутора тысяч лет земледельцы интенсивно меняли таежные ландшафты. Они выжигали леса, устраивали пашни, сенокосы. Часть угодий снова забрасывалась под леса, часть уже более тысячи лет находится в сельскохозяйственном пользовании. Ясно, что история каждого поля может сказаться на свойствах его почв. Поэтому, если даже почвы сегодня существуют в одинаковых условиях, это не значит, что они должны быть полностью тождественны одна другой. Разная история может оставить разный след на этих почвах.

Работы Биогеоценологической экспедиции Московского университета в среднерусской полосе показали всю сложность оценки почвы по отражению условий ландшафта. В заповедных местах, где леса сохранили свой таежный облик, исследователя поражает многообразие почв, богатство красок у почвенных горизонтов, присутствие в одном профиле участков разной окраски, сложения, структуры. Цвет подзолистого горизонта в этих почвах колеблется от бурого до палевого, серого или белесого (отбеленного). В то же время на пашнях почвы сохранили более светлый оттенок нижней части пахотного слоя и потеряли всю палитру красок естественных почв. Столетние леса, выращенные на пашне, усиливают разнообразие почвенных горизонтов. Но и через сто лет в них еще виден (заметен по цвету) пахотный горизонт. В чем же дело? Климат на протяжении нескольких веков был постоянным, растения не менялись, но почва отражала все те многообразные и небольшие события, которые происходили с данным ландшафтом. Задача почвоведения — научиться расшифровывать происходившие явления.

Конечно, знать особенности жизни и развития почвы и ландшафта в целом человеку надо не только для понимания законов этой жизни и путей эволюции. Хотя знание этих законов необходимо, если человек хочет рационально использовать биосферу. Но вот вопросы использования ландшафтов, проблемы создания оптимальных ландшафтов в каждой природной зоне сейчас являются ключевыми. И решение Продовольственной программы и Программы по охране окружающей среды требуют в первую очередь знания закономерностей жизни ландшафта.

Часто под оптимальным понимают ландшафт, обладающий максимальной продуктивностью. И в этом направлении очень долго устремлялась вся энергия человека. Три фактора определяют продуктивность ландшафта: плодородие почв, типы биогеоценозов и погодные условия. Человек довольно быстро сумел перестроить типы биогеоценозов и научился создавать вместо естественных искусственные биогеоценозы с необходимой продуктивностью и с выходом нужной ему продукции. Так были замещены лесные и степные биогеоценозы полями пшеницы, свеклы и другими угодьями — садами, огородами. Ландшафты многих стран с развитым хозяйством (если не всех стран вообще, где сельское хозяйство — одно из главных звеньев в народном хозяйстве) — результат искусственного изменения природных ландшафтов. И даже те леса и рощи, которые кажутся нам остатками росших здесь ранее лесов, на самом деле измененные деятельностью человека биогеоценозы, но иногда развивающиеся по законам, свойственным естественным лесам.

Заменять один тип биогеоценоза другим человек научился. Умеет он сохранять и увеличивать плодородие почвы. Внесение удобрений позволяет снабжать растение всеми необходимыми ему питательными веществами. Системы удобрений сейчас разработаны для всех основных сельскохозяйственных растений на самых разных почвах и при самых различных климатических условиях. Хуже дело обстоит с погодой. Отмечается следующий парадокс. Человек лучше преодолевает последствия неблагоприятного климата, чем неблагоприятную погоду. Действительно, если сельское хозяйство ведется в засушливой зоне, то земледелец уже давно не ориентируется на то, будет дождь или нет: он организует орошение почв, строит оросительные системы и, пока есть источник воды — реки, пресные грунтовые воды, опресненная морская вода, — ему не страшен засушливый климат. Точно так же обстоит дело и с избыточным увлажнением: осушая почвы, человек побеждает и это зло. Значительно хуже обстоит дело там, где в обычные годы без всякой мелиорации можно получить хорошие урожаи, но в отдельные годы могут быть или катастрофические засухи вроде той, что стояла в среднерусской полосе в 1972 году, или же годы избыточного увлажнения, когда все посевы вымокали в том же районе, как в 1973 году. Поэтому одна из главных задач современной науки, вернее, комплекса наук о Земле — научиться управлять погодой.

Интересен такой исторический факт. Первая техническая попытка изменить погоду была сделана, если верить мемуарам знаменитого золотых дел мастера и скульптора XVI века Бенвенуто Челлини, именно этим деятелем итальянского Возрождения.

Третьего ноября 1538 года, когда герцогиня Оттавио въезжала в Рим, начался дождь. Челлини навел несколько крупных артиллерийских орудий в ту сторону, где «тучи были всего гуще и уже начал поливать сильный ливень». Челлини сделал несколько залпов, и дождь перестал, а после четвертого залпа показалось солнце, и праздник въезда герцогини прошел отлично.

Надо сказать, что метод артиллерийского обстрела туч специальными снарядами, содержащими соли серебра, применяется сейчас для борьбы с градом. Но это средство эффективно в том случае, если точно распознается туча, несущая град. Рассеивая соли серебра в воздухе с самолета, иногда удавалось вызвать конденсацию паров воды и создать сначала облака, а потом заставить их пролиться дождем. Но все эти попытки управления погодой еще находятся на самой ранней стадии. Поэтому так важно для получения стабильных высоких урожаев построение мелиоративных систем двустороннего действия: когда надо — по этой системе поливают почву, когда требуется осушить — осушают. И в решении всех проблем, связанных с получением урожая, в исканиях всех наук, связанных с изучением биосферы: мелиорации, агрономии, лесоведении, климатологии, метеорологии, необходимы знания почвоведения.

Почвоведение используется еще во многих областях народного хозяйства, на него опираются и другие науки и научные дисциплины. Знание почвоведения необходимо при строительстве дорог, водохранилищ, промышленных и хозяйственных объектов, в археологии и криминалистике, в проектировании парков и заповедников. Санитарные и эпидемиологические станции в своей работе опираются на достижения почвоведения, на сведения о таких свойствах почвы, которые обладают способностью убивать те или иные микроорганизмы и других патогенных животных, способствовать закреплению или обезвреживанию токсических веществ и т. д.

Системы очистки сточных и промышленных вод, работы по рекультивации земель, нарушенных поисками и разработками рудных ископаемых, — вот еще одна область применения почвоведения.

Не случайно такое многообразие научного и практического применения отразилось в появлении специальных учебных курсов: лесное почвоведение, мелиоративное почвоведение, почвоведение для сельскохозяйственных вузов, почвоведение для университетов и т. д. Правда, инженерное почвоведение, знание которого необходимо для строительства, получило еще в двадцатых годах статус самостоятельной дисциплины и новое название: сначала грунтоведение, а затем инженерная геология. При разделении геологии и почвоведения грунтоведение осталось на геологическом факультете, но родственные связи его с почвоведением и общность происхождения видны невооруженным глазом: многие кардинальные вопросы почвоведения решаются обоими разветвлениями этой науки.

Задачи указанных выше специальных областей почвоведения, например мелиоративного и лесного, настолько разные, что уже нельзя быть в равной мере специалистом в обеих областях. Поэтому подготовка почвоведов с тем или иным уклоном (почвовед-мелиоратор, лесной почвовед, агропочвовед) — веление времени. И в то же время все прикладные научные разделы опираются на фундаментальные положения общего почвоведения, единого в своей сути.

Есть еще одна особенность в разделении почвоведения на отдельные дисциплины. Наряду с делением «по отраслям» существует деление по свойствам почв, изучаемых почвоведами, по методам изучения. Так, выделяются самостоятельные кафедры и разделы почвоведения: химия почв, физика почв, минералогия почв, география почв, генезис почв, классификация почв, технология почв, биология почв.

Именно по этим признакам образованы и комиссии при Международном и Всесоюзном обществах почвоведов. Именно такая специализация часто оказывается удобной для подготовки специалистов, для детального изучения почв, для организации почвенных исследований.

Иными словами, как и во многих других науках, в почвоведении уже давно намечается специализация как по области приложения результатов почвенных исследований, так и по особенностям изучения почвы как природного тела.

А так как почва входит в другие, более сложные природные системы, то все науки, изучающие эти природные системы, включают почвоведение как составной элемент этой новой научной дисциплины, будь это биогеоценология или ландшафтоведение. Почвоведение не теряет там своего лица, просто его методы и достижения позволяют точнее оценить состояние и пути развития биогеоценоза или ландшафта. Так же как физика и химия помогают почвоведению изучать почву, так и почвоведение помогает другим наукам изучать биосферу.

Вопрос о направлениях исследований, о прикладных и фундаментальных исследованиях в наше время, когда на науку тратятся колоссальные средства, имеет большое значение. Иногда необходимо сосредоточить все внимание на решении фундаментальных проблем, часто приходится уделять внимание прикладным.

Академик Л. И. Прасолов считал, что почвоведение относится к фундаментальной науке, достижения которой имеют важное прикладное значение. И сегодняшняя практика подтверждает правильность взглядов Прасолова. Почвоведение действительно становится фундаментом, как мы уже неоднократно говорили, науки о биосфере.

Совершенствуются научные приборы, открываются новые методы исследований, все больше переплетаются науки, ранее, казалось бы, не связанные друг с другом. Так, океанологи долго не изучали достижений почвоведов, как, впрочем, и почвоведы не касались проблем океанологии. И вдруг выяснилось, что донные отложения во многом похожи на почвы и вполне подходят под понятие «субаквальные почвы». Многие процессы, происходящие на дне океана, напоминают почвенные процессы и даже тождественны им. Миграция веществ в почве в конечном счете связана с накоплением отложений в океане и т. д.

Когда-то немецкий врач М. Петтенкофер выдвинул теорию, что распространение эпидемий разных болезней связано с почвенно-климатическими условиями. Он даже отвергал бактериологию, так успешно развиваемую Л. Пастером, и пытался опровергнуть теорию Л. Пастера и Р. Коха о микробной природе множества болезней. Но успехи микробиологии на какой-то период отодвинули идеи Петтенкофера о важности почвы как экологической среды для возбудителей болезней. Сейчас намечается новый контакт между почвоведением и бактериологией в целях выявления условий развития разных патогенных организмов в почвах.

Перечень подобных связей почвоведения с разными науками можно увеличить. Главное в том, что во всех этих связях почвоведение выступает как одна из фундаментальных наук о природе.

И изучение почвы как одного из интереснейших природных образований необходимо человеку для того, чтобы успешно развивать производство сельскохозяйственных продуктов, для того, чтобы создать оптимальный — красивый, удобный для жизни — ландшафт, для того, чтобы замедлить наступление пустынь, и для решения множества других задач.

Почва заслуживает того, чтобы ее внимательно и детально изучали. Как сказал еще Лукреций:

«...Очевидно, заслуженно носит

Матери имя земля, потому что сама сотворила

Весь человеческий род и в урочное время извергла

Всякого рода зверей, по нагорным резвящимся высям,

И одновременно птиц всевозможных, летающих в небе...»

Зеркало ландшафта

В книге в популярной форме рассказывается о почве - ее жизни, происходящих в ней процессах, различных свойствах почв и главном из них - плодородии, о месте и значении почвы в биосфере Земли. Речь идет также о географическом распространении разных видов почв, о роли воды и животных, деятельности человека и других факторах, влияющих на почву. Автор освещает и некоторые актуальные проблемы почвоведения.

О книге

От автора

Один из элементов мироздания

Почвы и биогеоценоз

Чернозем, гумус и плодородие почвы

Почвенный покров земли

Пыль веков на поверхности почвы

Возраст почв

Вода в почве

Географические открытия почв

Животные и почва

Почвенные процессы, эволюция почв и деятельность человека

Земельные ресурсы мира

Разговор о почвоведении

Источник:

Карпачевский Л.О. 'Зеркало ландшафта' - Москва: Мысль, 1983 - с.156

Оглавление

От автора

Один из элементов мироздания

Почвы и биогеоценоз

Чернозем, гумус и плодородие почвы

Почвенный покров земли

Пыль веков на поверхности почвы

Возраст почв

Вода в почве

Географические открытия почв

Животные и почва

Почвенные процессы, эволюция почв и деятельность человека

Земельные ресурсы мира

Разговор о почвоведении Fueled by Johannes Gensfleisch zur Laden zum Gutenberg