Один из элементов мироздания

Зеркало ландшафта

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.