О чем говорят и молчат почвы: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

Эмпирический анализ окружающей природы показывает, что “всюдность” и давление жизни создаются в биосфере эволюционным путем.

Суть второго биогеохимического принципа, сформулированного В. И. Вернадским, в том, что эволюция видов, приводящая к созданию форм жизни, устойчивых в биосфере, должна сопровождаться усилением биогенной миграции атомов в биосфере.

В основе дарвиновской, биологической по своему смыслу, концепции эволюции органического мира лежит принцип отбора организмов по признаку их приспособленности к среде. Учение о биосфере выдвигает новый — геохимический — критерий отбора. Согласно второму биогеохимическому принципу Вернадского, в процессе эволюции органического мира происходит отбор организмов, способных внести наиболее весомый вклад в расширение емкости и увеличения скорости биогеохимического круговорота в биосфере.

Геохимическая функция живого базируется на двух взаимосвязанных противоположных процессах — поглощения и выделения вещества. В учении о биосфере, характеризуя активность живого вещества, Вернадский говорил о “давлении жизни”, о “всюдности жизни”, о “растекании живого вещества по планете”. Он не употребил антропоцентристское понятие “борьба за существование”, к которому прибегнул Дарвин.

Борьба за пищу, за источники питательного вещества — лишь один из моментов жизнедеятельности живого вещества, связанный с его способностью к поглощению. Не менее, а в ряде случаев и более важна противоположная — выделительная — функция. Их значение для эволюции органического мира определяется законом, который может быть сформулирован следующим образом: ни один организм не может существовать в среде своих выделений (метаболитов) и трупов предков, то есть организм может иметь в избытке для себя пищу, но он погибнет от отравления своими собственными выделениями и от “трупного яда” своих предков. Природа выработала санитарный механизм очищения себя от метаболитов и других прижизненных и посмертных отходов. Обратите внимание, что ни на одном участке планеты мы не встретим монокультурного единообразия. Везде, где царствует природа, распространены сообщества организмов (биоценозы). Монокультура отвергается природой. Она — создание человека. В биоценозе метаболиты и другие продукты жизнедеятельности одного вида угилизуются другими видами. Санитарная функция в биогеоценозах также не только влияет на формирование, но и определяет скорость и направление их эволюции.

Среда освобождается от метаболитов и за счет действия ряда факторов неорганического характера. Так, часть метаболитов разрушается под воздействием температуры и других физических и химических агентов, другая часть вымывается из почвы со стоком воды. Содействуют распаду метаболитов и морозы. Кроме того, в зимний период пауза в жизнедеятельности организмов снижает концентрацию метаболитов.

Биогенная миграция атомов указывает на существование определенного направления, в котором должен идти эволюционный процесс в биосфере. Палеонтологическая летопись имеет характер не хаотического изменения, а явления определенного, развертывающегося все время в одну и ту же сторону. В ходе эволюции видов происходили изменения биогенной миграции элементов, связанные с захватом в это время новых областей земной коры, новых пространств для жизни.

Впервые в истории Земли биогенная миграция, вызванная техникой, начала преобладать по своему значению над биогенной миграцией, производимой массой живого вещества. При этом изменились биогенные миграции для всех элементов. Этот процесс, совершающийся чрезвычайно быстро, в геологически ничтожное время изменил лик Земли до неузнаваемости.

В охвате геохимической динамики жизни планеты и заключается сущность учения о биосфере. На исследование этого нацелены науки, составляющие особый класс фундаментальных наук — почвоведение, биогеоценология, геохимия ландшафтов, биогеохимия, радиационная биогеоценология, гелиобиология и другие. Проблема “Биосфера и человечество” оказывается в центре биосферологии как теоретической концепции о становлении человечества — мощной геологической силы и об интегральных геохимических эффектах глобальных акций человечества.

За последнее время в разработке общебиосферной концепции резко обозначились четыре ракурса. Это, во–первых, энергичное развитие генетики (особенно фенетики и генетики природных популяций организмов), во–вторых, повышенный интерес к проблеме прижизненных и посмертных метаболитов организмов, их судьбе, типам и механизмам их разложения и ресинтеза (почвообразование, гумусообразование и глинообразование), в-третьих, фотосинтез как пусковой механизм энергетики биосферы и, наконец, в-четвертых, анализ роли деятельности человека в биосфере. Совокупность этих ракурсов дает представление, хотя еще и недостаточно полное, о темпах и типах отбора биогеохимических процессов в биосфере. Создается впечатление, что формы жизни в своей организации задают и формы “смерти” и, следовательно, типы почвообразования и биогеохимические циклы, уводящие исходные организационные структуры жизни в интегральную организованность биосферы. Иными словами, типы “смертей”, или распадов, организмов, включая прижизненные метаболиты, заданы в основном характером исходной структуры организмов, а не только и не столько термодинамической обстановкой среды.

Таким образом, мы приходим к выводу, что понять почвообразование вне биосферного ракурса видения нельзя. Почвы — порождение биосферы, точнее витасферы, а их разнообразие в природе, их мозаика заданы структурой и работой живого вещества (сообществ организмов) в конкретных биогеоценозах.

Глава вторая. Биосферно-биогеоценологические предпосылки сельского хозяйствования в будущем

Главные понятия в сельскохозяйственной науке — это плодородие почвы, урожайность культур, кормовые ресурсы и т. д. В них отчетливо выражен практический интерес к сельскому хозяйству как источнику продовольствия и сырья для производства необходимых человечеству предметов.

Эти понятия, однако, нуждаются в строгом определении, основанном на естественнонаучной Концепции “Биосфера и человечество”, а не на антропоцентрической методологии, носящей глубоко потребительский характер и призывающей, По существу, к неограниченному и нерациональному использованию производительных сил земли. Даже само понятие “сельское хозяйство” (от слова “хозяин”, “господарь”) некорректно. Мы должны говорить скорее о “сельском хозяйствовании” как о процессе управления, оптимизации и планирования биопродуктивности.

Теоретической основой учения о биопродуктивности ландшафтов стала биогеоценология, созданная в нашей стране В. Н. Сукачевым. Биогеоценология — это естественноисторическая дисциплина, изучающая закономерности формирования и эволюции элементарных структур витасферы — биогеоценозов, то есть конкретных лугов, лесов, тундр и т. д. В условиях разной ландшафтной обстановки формируются различные биогеоценозы — ельники, сосняки, злаково–разнотравные степи, осоковые или сфагновые болота и так далее.

Единство биогеоценотической системы определяется круговоротом веществ между твердой (почва), жидкой (природные воды, транспирация) и газообразной (воздух) фазами. Один и тот же атом под влиянием живого вещества неоднократно бывает во всех трех фазах. Круговорот веществ в природе напоминает банковский оборот средств. Чем он интенсивнее, тем устойчивее система биогеоценоза, тем выше “процент с оборота” в доход человечества. Биопродукция — это и есть тот “процент с оборота”, на который мы можем позволить себе жить, не затрагивая “основного капитала”, не подрывая общую производительность Земли. Проблема хозяйственной биопродуктивности подразумевает активный подход к биогеоценозам как к управляемым системам на основе комплексного их изучения и рационального использования, ремонта и воспроизводства.

Мы уже говорили, какую роль в биосфере играет живое вещество и его масса. Однако понятие “масса живого вещества” имеет лишь общее значение. Оно показывает нам предельное количественное выражение жизни на Земле в каждую конкретную единицу времени. Это, попросту говоря, статический момент. Если же мы введем в рассмотрение скорость размножения различных организмов, то мы получим представление о динамическом процессе, оценка и исследование которого составляют главную цель науки о биопродуктивности и, в частности, о биологических (кормовых и пищевых) ресурсах человечества. Поскольку основные кормовые и пищевые ресурсы человечества связаны в основном с травянистыми формациями, полный цикл развития которых укладывается в 1—2 года, можно считать за единицу измерения воспроизводства биопродуктивного ресурса человечества (кормового и пищевого) астрономическую единицу времени, равную одному году. Другими словами, скорость оборачиваемости капитала, то есть биологического ресурса, может быть выражена количеством органического вещества и метаболитов организмов, продуцируемых за один год. Однако жизненный цикл многих видов организмов на планете не укладывается в рамки одного года. Каким образом оценить их вклад в общую биопродуктивность? Для этого надо число реальных поколений организмов выразить в годичном исчислении. Для древесных растений, млекопитающих и ряда других организмов величина их годичной биопродуктивности будет значительно меньше их биомассы. Для микроорганизмов и многих беспозвоночных, наоборот, эта величина во много раз больше.

Общая биопродуктивность выражается в количестве органического вещества, кислорода, углекислоты, транспирационной влаги, корневых выделений и других метаболитов организма, создаваемых особью, популяцией, биоценозом в ландшафте в единицу времени. Условно для особи за единицу времени можно принять время жизни этой особи. Для популяции — время между двумя соседними максимумами или минимумами численности этой популяции. Для биогеоценоза за единицу времени, по–видимому, целесообразно принять время фактической жизни доминанта данного биогеоценоза, например дуба в дубраве. Для интегральной оценки биопродуктивности ландшафта за единицу времени целесообразно принять один год. В зависимости от цели исследования ученый или практик имеет дело с биопродуктивностью особи, либо с биопродуктивностью популяции (баргузинского соболя, сосьвинской сельди, скального дуба), либо с биопродуктивностью биогеоценоза (лесного, лугового, степного) или какой–либо его части (растительность, древостой, плоды растений).

Из этого следует, что биопродуктивность как природное явление отражает уровни организации жизни (клеточный, организменный, популяционный). Биопродуктивность как функция круговорота вещества на разных уровнях организации жизни на Земле — естественнонаучное, а не антропроцентрическое понятие и поэтому может рассматриваться в общебиосферном аспекте.

Однако не исключен и утилитарно–хозяйственный подход к биопродуктивности, при котором оценивается или подлежит управлению одна или несколько из слагающих ее компонентов. Как правило, речь идет лишь об органическом веществе, а чаще об одной его доле (например, зерно без соломы и корней).

Различают три вида хозяйственной биопродуктивности: пищевую, кормовую и сырьевую.

К пищевой биопродуктивности относится та часть биопродукции, которая непосредственно употребляется человеком в пищу (зерно, клубни картофеля, ягоды, мясо животных).

К кормовой биопродуктивности относится часть биопродукции, которая поступает к человеку опосредованно, через один трофический уровень (кормовое зерно, кормовые корнеплоды, трава), то есть через животных (мясо, молоко, яйца).

К сырьевой биопродуктивности относится часть биопродукции, которая ни прямо, ни опосредованно не поступает в пищу человека (шкуры пушных зверей, технические культуры — хлопок, лен, древесина), но используется им для своих целей.

Понятие “урожайность” оказывается при таком подходе некорректным, так как, во–первых, относится ко всем видам биопродуктивности, то есть не специфично; во–вторых, применимо, как правило, только к растительным объектам и, в-третьих, не включает в себя весь комплекс метаболитов организмов, возникновение и деятельность которых регулирует биопродуктивность биогеоценозов в биосфере в целом (корневые выделения, кислород, углекислота и т. д.). Поэтому понятие “урожайность” по–прежнему можно употреблять лишь в утилитарно–бытовом смысле.

В аналогичном смысле может употребляться и термин “плодородие”, исторически тесно связанный с термином “урожайность”. До сих пор нет строго количественного выражения для плодородия почв, а бонитировка (оценка почв) представляет собой один из самых неразработанных и запутанных вопросов науки. Неверно также употребление понятия “продуктивность почв” — наукообразной подмены понятия “плодородие почв”, кстати, тоже некорректного, ибо “давать плоды”, “рожать” — это свойство живого. Чем же заменить слово плодородие? Давайте думать. Понятие продуктивности может относиться только к природным (в идеале целинным) системам — биогеоценозам, ландшафтам, регионам и биосфере в целом, в которых почва выступает не как независимый объект, а как подсистема единой системы биогеоценоза. Попросту говоря, не бывает почвы без растительного покрова и других живых организмов так же, как не бывает живого покрова планеты на суше без почвы.

Природные системы (биогеоценозы и ландшафты) сейчас в большинстве случаев сильно нарушены. Из природных биогеоценотических систем практически полностью исключаются пахотные угодья, не говоря уже о горных разработках, городах и поселках, которые представляют собой принципиально новые антропогенные ландшафты. У этих антропогенных систем одна черта, принципиально отличающая их от природных систем, — их неустойчивость во времени, неспособность самостоятельно выходить на стационарный режим существования, функционировать без санитарно–мелиорирующей деятельности человека. Поэтому нельзя говорить об агробиогеоценозах и даже об агроценозах, ибо в основе сельскохозяйственного производства лежит понятие о чистой монокультуре. В соответствии с концепцией о ноосфере, агробиоценозы, их индустриально–рекультивированные и иные варианты правильнее именовать нооценозами.

Человек тратит огромные усилия и средства на поддержание бессорняковой чистоты полей и сеяных лугов, применяя для этого мощные агротехнические, агрохимические и другие средства, не считая огромных затрат на селекцию и испытания “баловней судьбы” — сортов сельскохозяйственных культур. С биосферно–биогеоценотической точки зрения, сельское хозяйство в его растениеводческой части противоречит естественному природному процессу, а корни этого противоречия уходят далеко в доисторическую эпоху. В наши дни затраты на поддержание нужного для человечества уровня сельскохозяйственной продукции настолько велики, а их кпд настолько мал, что есть основания считать причиной такого противоречия несовпадение характера и направлений (векторов) природного (биогеоценотического) и сельскохозяйственного процессов. Это противоречие раньше затушевывалось наличием огромных природных, в особенности биологических, ресурсов на нашей планете (лесных, рыбных, луговых, водных и других богатств). В настоящее время эти ресурсы в значительной степени растрачены.

В природных биогеоценотических системах живые организмы выступают как следящая система за любыми изменениями в среде обитания — как внешними (климатическими, гидрологическими, геохимическими), так и вызываемыми ими самими (прижизненные и посмертные метаболиты, загрязняющие и частично отравляющие среду их обитания). Избежать самоотравления от собственных выделений им помогает объединение представителей разных видов в сообщества (ценозы). Разные виды организмов в ценозе могут разлагать и использовать выделения других видов, осуществляя тем самым санитарную функцию в биосфере. Именно эту санитарную работу, которую в почвах выполняют мириады микроорганизмов, грибов, актиномицетов, беспозвоночных животных и высшие растения, работу, очень четко организованную во времени и пространстве, человек добровольно взвалил на свои плечи и с великим упорством несет эту ношу в течение тысячелетий. Ежегодно распахивая почву, разрыхляя ее и оборачивая пласт, человек выводит из корнеобитаемого слоя “отходы” предшествующих сельскохозяйственных растений, обеспечивая “стерильную” питательную бреду для сельскохозяйственных культур. При этом он удабривает почву, убивая пестицидами инородных пришельцев. Вот вам один из примеров рассматриваемого противоречия.

Другой пример относится к понятию о живых организмах как о следящих системах. Каждый из нас не раз наблюдал, как после зимы в некоторый момент мгновенно трогаются в рост растения в лесах, степях, на лугах и болотах. Зеленый покров стремится максимально захватить энергию солнца, включив при этом в работу (в круговорот) вещество почв. В природе почва практически ни одного дня не бывает без зеленого покрова, дающего нам органическое вещество, кислород и многое другое. На сельскохозяйственных угодьях почва длительное время лишена зеленого покрова. После таяния снегов не сразу наступает физическая зрелость почвы, что задерживает пахоту, затем наступает время обработки почвы и сева, потом — ожидания всходов. Поля пустуют и осенью после снятия урожая. Можно представить, как снижается биопродуктивность ландшафтов на полях по сравнению с постоянно вегетирующими природными сообществами, которые к тому же, имея ярусную структуру, более полно используют энергию солнечного спектра и соответственно почвенные ресурсы. Этот второй пример, иллюстрирующий рассматриваемое противоречие, показывает энергетическое преимущество биогеоценотических систем перед сельскохозяйственными, основанное на их сложной структурно–временной организованности.