5 месяцев назад
Нету коментариев

На Земле сначала появились автотрофы — организ­мы, которые могли сами синтезировать органические ве­щества из неорганических (хемобактерии, растения). Вполне возможно, что первые живые организмы были все-таки гетеротрофами. Но на каком-то этапе развития жизни организмы разделились на авто- и гетеротрофов. И это разделение сыграло удивительную роль в жизни биосферы. Оно способствовало превращению жизни, жи­вого вещества в автосистему, работающую в замкнутом цикле, т. е. жизнь существует на нашей планете, под­держивая и сохраняя саму себя (с помощью, конечно, солнечной энергии). Этот великий круговорот жизни, названный В. Р. Вильямсом малым, биологическим кру­говоротом,— одно из главных условий сохранения жиз­ни.

Вот его суть. Растения и другие автотрофы (железо и серобактерии) создают органические вещества. Жи­вотные и другие гетеротрофы потребляют созданное автотрофами органическое вещество вместе с теми мине­ральными добавками, которые растения берут из почвы. Это органическое вещество по трофическим (пищевым) цепям переходит от одного живого организма к друго­му, пока не возвращается в то или иное биокосное тело, Б том числе в почву. В почве идет конечная стадия пе­реработки органического вещества, созданного и транс­формированного живыми организмами. Органическое вещество отмерших организмов преобразуется в почвен­ный перегной (гумус) и минеральные, подвижные в поч­ве, соединения азота, калия, фосфора.

Основной источник азота, как уже говорилось, — это фиксация атмосферного азота бактериями. Фосфор со­держится в горных породах в виде незначительной при­меси, сравнительно равномерно распределенной в толще породы. Растения потребляют фосфор, концентрируют его и постепенно в результате биологического круговорота он накапливается в верхних горизонтах почвы, тем самым повышая ее плодородие. Другие элементы, необ­ходимые растению, такие, как калий, железо, магний, и многие другие, содержатся в минералах. Из них они поступают в почвенный раствор и затем потребляются растениями. Главное отличие почв от горных пород — это именно обогащение ее азотом и перераспределение ряда элементов в профиле почв, создание горизонтов с разным содержанием некоторых элементов, как их обще­го количества, так и подвижных форм. Особенно это от­носится к Са, Mg, К.

Таким образом, если при существовании только ав­тотрофов почва играла роль лишь источника питатель­ных веществ и места обитания организмов, то с появле­нием гетеротрофов она замкнула на себе биологический круговорот. В почве разрушаются органические останки предыдущих поколений живых организмов и готовится пища для новых.

В естественных биогеоценозах (БГЦ), из которых состоит биосфера, почва играет большую роль, обладая множеством очень важных функций. Учение о них раз­рабатывают советские ученые Г. В. Добровольский и Е. Д. Никитин. Среди этих функций плодородие, безус­ловно, одна из важнейших. Но не менее нужна для БГЦ функция нейтрализации отходов жизни. Сюда включа­ется разложение органических остатков, регуляция мик­робного и прочего населения почвы (и БГЦ). Почва мо­жет долго сохранять семена растений — до тех пор, ког­да какие-то условия жизни БГЦ не «потребуют» этих семян, чтобы они проросли и обновили популяцию.

Естественные БГЦ, как это показал профессор Н. В. Дылис, состоят из парцелл, из однородных по ря­ду признаков участков. Однородность определяется в первую очередь тем, что господствующие в данном БГЦ растения образуют вокруг себя биогеоценотическое по­ле с определенной степенью однородности или же на­правленной, радиальной изменчивости. Разные парцеллы обладают разным возрастом, за время существования БГЦ они не раз меняются местами. Тем самым БГЦ осуществляет как бы «плодосмен», «севооборот», когда на одном и том же участке почвы с течением времени побывают все парцеллы, свойственные данному БГЦ.

В БГЦ почва — главный консерватор, главный хра­нитель «традиций». Ее свойства отражают воздействие и «подогнаны» к данному БГЦ, как наша квартира от­ражает наши вкусы и влияет уже через весь свой ин­терьер на нас самих. Все функции почвы влияют на жизнь БГЦ, все они важны. Хотя в природе нет одина­ковых значений, ролей, каждый фактор, каждое явление играют свою, особую роль.

Агроэкосистемы и почва

Это сочетание, наверное, еще не встречалось в науч­ной и популярной литературе. Человеку очень долго ка­залось, что его окружает естественная природа. Мало того, человек «боролся» с природой, любой ценой ста­рался «брать у нее милости». И эта борьба с природой, эти с трудом и боем вырванные у природы милости вдруг неожиданно поставили человека перед одним сос­тоявшимся фактом: большинство людей уже давно жи­вет не в окружении природы. Они ее вообще не видят. Большинство человечества живет сейчас в искусствен­ных экосистемах, среди которых агроэкосистемы зани­мают достаточно большую площадь.

Агроэкосистема — это сельскохозяйственные поля, включая дороги к полю, сельскохозяйственные машины с их конструктивными особенностями, тип севооборота, удобрений, характер использования сельскохозяйствен­ной продукции, энергетическое обеспечение, социальные отношения.

В этой системе почва занимает особое место. Как и в природных БГЦ, почва во многом определяет потен­циальный уровень продуктивности системы.

Функции почвы, которыми она обладала в естествен­ном БГЦ, действуют и в агроэкосистеме, но здесь уже с точки зрения человека ему нужны не все функции, и с некоторыми из них он активно борется. Человек рых­лит почву, чтобы создать благоприятные условия для избранных растений. Проведя многовековую селекцию, человек вывел сорта культурных растений с одинаковы­ми параметрами — время прорастания, цветения, пло­доношения. Но дружное развитие растений приводит к тому, что в почве создаются напряженные, критические моменты в содержании питательных элементов, воды.

В естественных БГЦ динамика свойств почв опреде­ляется в первую очередь сезонностью и, во-вторых, оче­редностью потребления питательных веществ разными растениями, к тому же с разных глубин. В агроэкосис­темах потребление идет обычно не только в одно и то же время, но и из одного и того же слоя почвы.

На почву влияют сельскохозяйственные машины (трактора, комбайны), орудия обработки, сама система обработки. Влияние этих факторов громадно. Многие старопахотные поля сейчас обеднены гумусом из-за то­го, что верхний гумусированный слой был уничтожен эрозией. Этот процесс развивается (в ряде мест ката­строфически) и сейчас. Наверное, в мире почти нет по­лей, где бы не встречались участки с эродированной, нарушенной почвой. Публикуемые данные о площадях эродированных почв часто приуменьшены. Но и эти дан­ные свидетельствуют о сотнях тысяч гектаров в год, на­рушаемых эрозией. Если в 20-е гг. в Мировой океан сносилось 3 млрд. т почвы в год, то в 60-е годы эта ве­личина достигла уже 9 млрд., а в 70-е — 24 млрд. т в год. Практически все наши пашни в той или иной сте­пени затронуты эрозией. Поэтому из 200 млн. га пахот­ных земель СССР на 57 млн. га применяется безотваль­ная вспашка. В этом случае стерня задерживает снег, уменьшается эродируемость почв, так как корни скреп­ляют ее. Посев специальными противоэрозионными сеял­ками проводят на площади 45 млн. га.

Капитальные вложения в строительство противоэрозионных гидротехнических сооружений достигают сейчас 169 млн. руб. Может быть, пора уменьшить общую пло­щадь пахотных почв, перевести их в естественные угодья для восстановления почвенного плодородия, с тем чтобы вести более интенсивное хозяйство на оставшейся части пашни. Восстановление плодородия почвы — процесс сложный и длительный.

При эрозии сносится самый плодородный слой, со­держащий громадное количество питательных веществ. Для восстановления высокого уровня плодородия эро­дированных почв, как, впрочем, и для неэродированных, широко используют внесение удобрений. Особенно про­дуктивны органические удобрения.

Следует обратить внимание на один парадокс, свя­занный с внесением удобрений. В почве при содержании Б пахотном слое 1 мг на 100 г почвы, например, подвиж­ного калия, его запас исчисляется в 10 кг. Это очень небольшая часть общего калия. Потенциальные запасы этого элемента в почве несравненно выше (не менее чем в 100 раз). Но внесение 100 кг калия (вместе с другими удобрениями) часто резко увеличивает урожай. В поч­ве часто содержание подвижных элементов выше 100 кг. Так почему небольшая добавка подвижного элемента повышает урожай? Может, дело в том, что внесенный элемент распределяется в пахотном слое равномерно и быстро «находится» корнями растений? Внося удобре­ния в почву, мы как бы подводим их непосредственно к корням растений. В естественных почвах в пахотном горизонте эту роль — равномерного распределения пита­тельных веществ — выполняет гумус: он регулирует рас­пределение подвижных форм питательных веществ. В отсутствие гумуса или при малом его содержании (эро­дируемые почвы) потеря содержащихся в удобрениях питательных веществ будет больше, чем на нормальных почвах. Поэтому и дозы, и соотношение питательных элементов в удобрениях должны быть специально по­добраны для эродированных почв.

Внесение удобрений — целая наука. При этом нужно знать такие функции почвы, как ее буферную способ­ность, кислотность, способность поглощать воду. Нужно учитывать особенности распределения в ней корней раз­личных растений и пр.

Кроме БГЦ и агроэкосистем, существуют и другие экосистемы, образование и существование которых от­личается от первых двух. Это естественно-искусственные экосистехмы. Например, посадки, которые затем остав­лены в покое и постепенно превращаются в естествен­ный лес, или же парки, рекреационные леса (где от­дых тысяч людей стал постоянным фактором), ботани­ческие сады, сенокосы, газоны и т. д.

В этих экосистемах почвы часто естественного про­исхождения, они сохраняют многие признаки естествен­ных почв, но в той или иной, иногда значительной, мере изменены человеком. Это изменение может ограничи­ваться вспашкой при посадке леса, постоянным сеноко­шением, внесением удобрений, а вместе с ним всякого мусора в почву, срезанием верхних горизонтов почв, а в ряде случаев — созданием нового пахотного или гу­мусового верхнего слоя. Например, в подзоне южной тайги, где к хвойным породам (ель, сосна) примеши­вается дуб, клен, липа, иногда вяз, в лесах часто фор­мируются дерново-подзолистые почвы. Считается, что эти почвы являются зональными для южной тайги. В то же время в лесах, которые на памяти человека не вырубали, не раскорчевывали, почву под ними не па­хали, как в знаменитом Кологривском лесу Костромской области, формируются почему-то подзолистые почвы, где прямо под подстилкой залегает оподзоленный го­ризонт (А2), а не гумусовый горизонт (А1).

Исследования кандидата биологических наук О. Ю. Барановой показали, что образовавшийся при вспашке пахотный горизонт (Ап) сохраняется в почве под лесом не менее 170 лет. За это время следы горизонта Ап, бо­лее сильно гумусированного, прокрашенного гумусом в серый цвет (по сравнению с А2 белесого цвета), в поч­ве не исчезли.

Совершенно особые почвы формируются в городах на газонах, в парках, около уличных деревьев. Обычно эти почвы сохранили основу, нижние горизонты исход­ных естественных почв. Над ним часто залегает слой всякого городского мусора вперемешку с фрагментами старых горизонтов этой почвы. Сверху этот мусор пе­рекрыт или сплошным (газон) или же фрагментарным (посадочные ямы для деревьев) слоем перегноя. Эти почвы также обладают плодородием и другими функ­циями почвы. У них также есть суточные и сезонные ритмы.

К естественно-искусственным почвам следует также, наверное, отнести все пахотные почвы. Сезонную дина­мику многих их свойств определяет обработка. Весной, например, мы плугом рыхлим верхний слой, готовя мяг­кое ложе для семян. При этом плотность этого слоя час­то меньше 1 (легче воды). Но постепенно, при развитии растений, почва «слеживается», уплотняется и дости­гается так называемая равновесная плотность (1,1— 1,2 г/см3).

Уплотнение почвы связано с оседанием ее, действием корней, влиянием осадков, изменением влажности. Так, суглинистые и глинистые почвы при высыхании раска­лываются трещинами на блоки. Внутри такого блока плотность может резко возрасти — до 1,5 г/см3 и более. Сельскохозяйственные машины также способствуют уп­лотнению почвы, особенно тяжелые современные тракто­ра. Под ними в результате многократного воздействия почва может уплотниться до глубины 80—100 см. Такое уплотнение нижних слоев резко ухудшает водный и воз­душный режимы почвы, может привести к вымоканию посевов и т. п. Плотная почва хуже используется кор­нями растения.

Уплотнение почвы сопровождает нас в так называе­мых рекреационных угодьях, в парках, местах отдыха. Сеть живописных тропинок — характерный признак та­ких мест. Под тропинками почва уплотняется до глуби­ны 20—30 см, при этом плотность достигает величины 1,5—1,9 (для суглинков). На тропинках усиливаются процессы оглеения, деревья рядом с тропинками начи­нают болеть, в частности корневой губкой. Часть де­ревьев оказывается, как показал Л. А. Соколов, в «ва­зонах»— участках леса с деревьями между тропинок. В них корни почти не выходят за пределы вазона. В за­висимости от размеров вазона может меняться степень угнетения дерева.

К естественно-искусственным почвам можно отнести «переносные» почвы, которые буквально руками нано­сят люди в горах на ровные площадки, крыши сакли. Такие почвы есть в Италии, у нас в Дагестане. Эти поч­вы в дальнейшем «живут» жизнью обычных пахотных почв.

Итак, можно выделить естественные почвы, в жизнь которых человек не вмешивается или же это вмешатель­ство не влияет на их существование и свойства. В ес­тественно-искусственных почвах заметно сильное влия­ние человеческой деятельности, но основная жизнь про­ходит в рамках естественного воздействия факторов. Эти почвы могут подвергаться, как было сказано, само­му разному по интенсивности и продолжительности влиянию человека. И, наконец, можно выделить пол­ностью искусственные почвы. Это почвы теплиц, парни­ков, цветочных газонов. Можно ли это образование на­зывать почвой? Искусственной — да. Твердофазные пе­регнойные субстраты смешаны с минеральными добав­ками. В них идут все те процессы, которые разыгрыва­ются в естественных почвах. Но для них создан специ­фический климат, включая температурный и водный ре­жимы. Специфична их подготовка, их содержание, об­работка и, в конечном итоге, судьба. Эти почвы, как тела, «смертны». Обычно их через определенный период времени меняют, выбрасывают или просто на свалку, или же вывозят в поля, на газоны, под деревья, вклю­чая их в состав других почв.

Одна из интересных проблем земледелия связана с процессами, происходящими в паровом поле. Пар — участок, который часть вегетационного периода или в течение всего лета «отдыхает» от растений. Сорняки при этом уничтожаются обработкой почвы (лущением, боро­нованием). В природных условиях такого отдыха у поч­вы не бывает. Можно, конечно, считать за отдых зимний период, когда все почвенные процессы в нашей зоне, в умеренном климатическом поясе, заторможены, но это совсем другое. Пар — агротехнический прием, применяе­мый с незапамятных времен именно для летнего отдыха почвы. Когда земли было много, а земледельцев значи­тельно меньше, чем сейчас, то обычно почву после не­скольких лет использования бросали в залежь. Она за­растала сначала бурьяном, потом зональной раститель­ностью. Через несколько лет ее снова распахивали.

Постепенно выработался прием давать однолетний отдых почве, но при этом строго следить за тем, чтобы она не зарастала сорняками. В крестьянском хозяйстве часто использовали «зеленый» пар: давали отдыхающей почве зарастать сорняками, которые скармливали ско­ту. Такой пар был, конечно, не от хорошей жизни. Прос­то не хватало пастбищ, лугов, следовательно, кормов для скота. И сейчас многие работники сельского хозяй­ства считают, что пар экономически мало выгоден, и в систему севооборота вводят так называемый занятой пар, когда часть вегетационного периода почва занята быстрорастущей культурой. Ее убирают в начале лета, и остальную часть вегетационного периода почва отды­хает.

Настоящий пар должен быть чистым от сорняков — в этом одно из его назначений. Почву в паровом поле обязательно обрабатывают. В чем смысл пара как агро­технического приема? И как чувствует себя почва в этом непривычном для себя состоянии?

Пар решает одновременно несколько задач. Во-пер­вых, он накапливает воду в почве, которая в следую­щем году используется растениями для производства урожая. Во-вторых, пар накапливает также питатель­ные элементы, в особенности азот, улучшая тем самым снабжение растений в будущем. В-третьих, пар позво­ляет бороться с сорняками, уничтожить их на данном поле, создав тем самым комфортную обстановку для сельскохозяйственных растений. И наконец, в-четвертых, в паровом поле заметно снижается численность фито­патологических организмов (грибов, микроорганизмов, насекомых-вредителей). Поэтому пар имеет санитарное значение как средство профилактики для сохранения урожая.

В парующей почве, очевидно, идут процессы, в ка­кой-то степени благоприятные для почвенного плодоро­дия. В первую очередь на пару снимается потребитель воды — растение. Если нет водопотребления и транспирации воды растением, то она должна накапливаться в почве. Но накопление воды происходит лишь при одном условии: если поверхность почвы содержится в доста­точно рыхлом состоянии. В таком случае прерывается капиллярный подток воды к поверхности почвы, не про­исходит непроизводительной ее потери на физическое испарение. Многолетние исследования в самых разных районах СССР показали, что в конце лета на паровом поле запасы воды в слое 0—150 см на 70 мм больше, чем в почве под пшеницей. Например, в южных черно­земах Кустанайской области к 25 августа запасы воды на пару составляли 337 мм, под пшеницей по зяби — 269 мм. Этого достаточно, чтобы получить гарантиро­ванный урожай по пару даже в засушливые годы.

Как установил профессор ТСХА П. А. Некрасов в 20-е гг. нашего столетия, на пару заметно возрастает содержание подвижных питательных элементов, в том числе нитратов. Сейчас нитраты вызывают оправданную настороженность у людей из-за бездумного избыточного внесения минеральных удобрений под разные растения, способствующего их накоплению в продуктах питания. Но концентрация нитратов в паровом поле в результате естественных процессов безопасна для живых организ­мов. Очевидно, в паровом поле интенсивно идут процес­сы нитрификации.

Занятые пары накапливают питательных веществ и воды заметно меньше. Так, запасы воды в слое 0— 150 см в южных черноземах на 50 мм меньше, чем в чистых парах. В конечном итоге урожай пшеницы по чистым парам выше, чем по занятым, но на занятых парах получают дополнительную продукцию в год паро­вания почвы. Однако сравнение урожаев пшеницы по чистым парам и по зяби (предшественник — пшеница) показал, что неудобренный вариант чистого пара всегда дает зерна на 1—5 ц/га больше, чем зябь. В годы ка­тастрофических и сильных засух урожай гибнет прак­тически на всех вариантах, кроме пара, где удается получить до 7 ц/га.

Очевидно, «отдых» почвы в паровом поле — явление неестественное. В природных биогеоценозах — в лесах, на лугах — почва так никогда не отдыхает. В лесах, на­пример, происходит естественное чередование растений в пределах участка леса. Дерево, достигшее возраста 100—150 лет, выпадает под действием ветра, снега, а на его месте сначала образуется окно со своей расти­тельной ассоциацией, а затем поселяется новое дерево, не обязательно той же породы. Таким образом на почве происходит определенное чередование деревьев, что влияет на ее свойства. Это снимает или уменьшает воз­можность накопления вредных факторов в почве. Имен­но поэтому леса без воздействия человека могут суще­ствовать тысячелетиями.

В то же время в почве, лишенной растительного по­крова, сохраняются микроорганизмы, простейшие, раз­ные беспозвоночные животные. Они используют почвен­ный гумус как энергетический материал. В паровом по­ле гумус лежит в основании трофической пирамиды (в основании пищевой цепи). Опыт бессменного пара, про­веденный в ТСХА, показал, что за 60 лет паровая почва теряла 6—9 ц/га гумуса в год. В последние годы потери исчислялись 3 ц/га. Другими словами, жизнь микроор­ганизмов и других животных в почве продолжается, и определенные почвенные, процессы идут, в парующей почве. Именно жизнь микроорганизмов приводит к уси­лению процессов нитрификации в почвах.

И все-таки пар — это абсолютно искусственный при­ем агротехники, не имеющий аналогов в природе. Об­нажение почвы в течение вегетационного периода имеет и свои отрицательные последствия. В степных и лесо­степных условиях весной часто выпадает мало осадков, в верхний слой почвы пересыхает. Сильные ветры, час­то господствующие в эти периоды, могут поднять высох­шую пыль в воздух и перенести ее на большие расстоя­ния, иногда даже на 400 км. Пыльные бури достаточно часты на территории Украины, Казахстана, Алтайского края. В Ростовской области, Краснодарском и Ставро­польском краях пыльные бури особенно сильно бушева­ли в 1959 и 1969 гг. На больших территориях был сдут верхний слой почвы, занесены лесополосы, коровники, дома жителей. Поднялся в воздух именно рыхлый, муль­чирующий почву слой.

Поэтому сейчас многие ученые и агрономы рекомен­дуют применять не отвальную вспашку, а глубокое рых­ление почвы с оставлением стерни зерновых культур для задержания снега и скрепления почвенного слоя. В этом случае опасность пыльной бури заметно снижает­ся. Такая система обработки паров применяется в Ка­захстане, на Украине, во многих районах мира, напри­мер в Канаде.

Следует сказать, что современное земледелие все больше и больше склоняется к тому, чтобы заменить механическую обработку почвы различными другими воздействиями. Но так как посев семян все равно тре­бует рыхления верхнего слоя почвы, то агротехническая мысль пошла по пути создания сеялки со специальным сошником для рыхления почвы и заделки семян на оп­ределенной глубине. В то же время другие задачи, ко­торые решает, в частности, пар, земледельцы пытаются решить другими методами. Расход воды в системе ин­тенсивного земледелия мы пытаемся компенсировать поливом, вредное действие сорняков и насекомых-вре­дителей снять химическим воздействием (пестицидами, фунгицидами, инсектицидами, гербицидами).

О химическом воздействии написано очень много книг, статей. Во многих из них проходит мысль о вред­ности химического воздействия на почву, о необходи­мости поиска других решений. Но следует смотреть в глаза правде, реальному положению вещей. Без химии мы сейчас не сможем прокормить человечество. В раз­витых странах именно благодаря химии урожай под­нялся до 50—60 ц/га. В США, в Голландии на 60% пло­щади широко применяется химия, химические методы защиты растений. Однако следует сказать, что примене­ние химии требует высокой культуры земледелия, обя­зательного участия хорошего специалиста-агронома з этом процессе. Здесь опасно любое дилетантство, адми­нистрирование и пр. Применение химии должно опи­раться на ландшафтный подход, т. е. учитывать особен­ности всего ландшафта, а не только того поля, на кото­ром собираются использовать химические препараты.

То же самое можно сказать и об удобрениях, внесе­ние которых также заменяет одну из функций пара. Удобрения полезны, если применяются правильно, на строго научной основе. И безграмотное применение удобрений может привести к самым печальным послед­ствиям. Однако отказаться сейчас от удобрений мы не можем, так как у нас уже нет другой альтернативы: нет свободных земель, которые можно было бы распа­хивать. И мы, пожалуй, последняя страна, которая подъемом целины ознаменовала конец экстенсивной эры сельского хозяйства. Больше свободных земель нет. Такова действительность, и пока не сменится техноло­гия получения сельскохозяйственной продукции, нужны будут три кита земледелия: агротехника, химия, мелио­рация.

Итак, почва входит как компонент во множество эко­систем.

Словом, если почва — особое биокосное тело, зави­сящее от почвообразователей, то, значит, динамика мно­гих ее свойств определяется факторами почвообразова­ния и в первую очередь климатом и живыми организ­мами. Иногда можно даже наблюдать смерть почв — их полное уничтожение. Но если можно считать, что почва, как консервативный компонент биосферы, живет вместе с нею, хотя имеет и свои особенности, то смерть почвы — это все-таки особый процесс. Обычно в нашем понимании «умирает» почвенный покров какого-нибудь участка планеты. Но как тогда быть с представлением, что смерть — это прежде всего утрата индивида? И можно ли в почвенном покрове выделить индивиды?

Живые организмы дискретны, представляют собой совокупность индивидов. А как же почва? Можно ли в пределах пшеничного поля или садового участка вы­делить почвенный индивид? И что это такое? Очевидно, анализ этой проблемы требует особого подхода.

comments powered by HyperComments