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.