Почва - важнейший элемент биосферы, без которого ничто живое на Земле не могло бы существовать. В конечном счете именно почва и микроорганизмы, обитающие в ней, обеспечивают и поддерживают жизнь, создавая биологически чистую воду, оптимальный состав воздуха и разнообразие пищи.
В почве сосредоточена примерно половина растительного вещества суши. А в пустынях, на высокогорных плато, на крутых склонах и в тундре почва - это почти единственное обиталище живого вещества, основную массу которого здесь представляют корни растений [на их долю приходится здесь до 97 процентов всей растительной массы).
Почвенная оболочка Земли - общепланетарная сокровищница, хранящая ту часть энергии, уловленной растениями с помощью фотосинтеза, которая перешла в перегной, - в перегное суши сосредоточено 10 1S-20 ккал энергии, запасенной растениями. Вместе с перегноем в почве накапливаются и такие элементы, как углерод, фосфор, азот, кальций, магний, медь, вторичные алюмосиликатные минералы - необходимые элементы питания растений.
Почвенная оболочка Земли - приемник дождевой влаги, проливающейся над континентами; поэтому именно почва определяет баланс пресной воды на всей планете, формирует сток воды и ее химический состав.
Почвенный покров и населяющие его микроорганизмы выполняют роль универсального биологического адсорбента - вечного чистильщика и нейтрализатора загрязнений. Человечество очень долго бесплатно пользовалось «самоочищением природы» от бытовых и хозяйственных отбросов.
И еще одна важнейшая роль системы «почва - растения» она - источник продуктов питания и во многих случаях - единственный источник разнообразного биологического сырья, материалов, топлива.
Итак, почва и микроорганизмы, обитающие в ней, обеспечивают самое существование жизни.
Корреспондент журнала «Наука и жизнь». В. Владимиров обратился к известному советскому специалисту в области использования почвенного покрова члену-корреспонденту АН СССР В. Ковде с просьбой познакомить читателей журнала с проблемами, которые встают перед человечеством, борющимся за повышение плодородия почвы.
Рассказывает лауреат Международной научной премии и медали ЮНЕСКО член-корреспондент АН СССР В. КОВДА.
Система «почва - живые организмы» образует биогеоценоз - сложный природный механизм. Его «детали» - растения, животные, микробы, приземная атмосфера, подпочвенные воды и, конечно, почва. Все они хорошо притерлись друг к другу в течение многих тысячелетий совместной работы. Но главное биогеоценоз - саморегулирующийся механизм и в этом залог его долгой жизнеспособности.
В ранние, доисторические времена человек также был частью биогеоценозов. Но со времени палеолита и особенно неолита он стал вторгаться своей деятельностью в хорошо отлаженный природой механизм. Человеку было важно регулярно получать дань с природы собирать плоды растений, использовать определенные виды животных, добывать топливо, строительные материалы. Некоторые компоненты изымались из почвы почти целиком, нарушая сложившийся природный уклад биогеоценозов.
Возникали вторичные - искусственные - биогеоценозы, которые уже не обладали полным «самоуправлением». Ими командовал человек, командовал так, как это было ему выгодно.
Земледельцы и животноводы старались добиться господства на полях или лугах определенных растений и животных, в которых они были заинтересованы. Это значит, что человеку приходилось защищать и поддерживать только выгодные виды, соответствующим образом воздействуя на почву, охраняя и разводя лишь некоторые породы животных, и т. д. Иными словами, люди постепенно превращали естественные биогеоценозы, в которых царило природное равновесие, в образования, имеющие своего повелителя - человека.
Скажем, чтобы получить больше мяса, жира, шерсти, молочных продуктов, человек умножает стада, увеличивает их рацион. Возрастает нагрузка на пастбища, которые могут прокормить лишь определенное количество голов. В естественных условиях первичная продукция, какого-то биогеоценоза - масса растений -, и вторичная - продукты животноводства - взаимно уравновешивались. Теперь же равновесие изменилось в пользу вторичной. И пастбища уже не в состоянии снабдить кормом многочисленные стада. Биогеоценозы оказались на грани распада. Чтобы не допустить этого, животноводам приходится искусственно поддерживать их существование.
Древние скотоводы по-своему сохраняли выгодную для них экологическую ситуацию - они кочевали и этим увеличивали площадь пастбищ. Растительность и дернина почв засушливых районов Средиземноморья, Ближнего и Среднего Востока, Центральной Азии буквально съедены бесчисленными стадами овец, лошадей, верблюдов, крупного рогатого скота. Их численность с доисторических времен непрерывно возрастает.
Не защищенная растительностью почва распылялась и выдувалась. На громадных пространствах Азии, Северной Америки и Африки возникли движущиеся пески, барханы, дюны. Это песчаное воинство наступало на колодцы, поля, деревни, засыпало дороги и каналы. Скотоводы во многом повинны в нерадостном облике современных пустынь и полупустынь Северной Африки, Аравии, Месопотамии, Ирана, Индостана, Центральной Азии, Закавказья, Австралии.
Кочевое скотоводство, одомашнивание животных и птиц помогли человеку бороться с голодом, противостоять природе. И в то же время это привело к трагическим изменениям почвенного покрова. Мы их свидетели. Даже в умеренном климате Европы человек неосторожно превратил песчаные урочища в дюны и барханы.
Да, и сама природа способствовала опустошительной деятельности людей. После ледникового периода климат стал склоняться к большей сухости уменьшались осадки, приподнимались равнинные территории, глубже уходили подпочвенные воды.
Человечеству приходится непрерывно заботиться о своих созданиях - искусственных биогеоценозах, которые уже не могут существовать без этой заботы. Без нее происходит истощение энергетических, биологических и химических ресурсов, ранее накопленных почвой, снижается запас гумуса, уменьшается содержание азота, фосфора, калия, микроэлементов. Почва начинает «болеть», «утомляться», в ней накапливаются вредные вещества.
В наши дни на полях ведутся севообороты - разумное чередование культур, которое помогает восстанавливать плодородие почвы, земли оставляются в залежах, почве делаются «инъекции» в виде удобрений, вводится более глубокая вспашка, рыхление, и т. д. Широко применяются вещества для уничтожения сорняков и вредителей - биоциды гербициды, инсектициды, дефолианты. Это крайние, и «деспотические» меры воздействия. Они защищают нужные человеку растения и в то же время отрицательно сказываются на самой почве, на численности и активности ее фауны и микроорганизмов остатки химических веществ попадают в воду, пищу, нанося человеку вред.
Создание искусственных биогеоценозов - вынужденный шаг человечества. И в то же время трудно винить его в том, что этот шаг имел во многих районах земли отрицательные последствия. Это результат незнания, недостаточного опыта.
Происходит разрушение природных земель и в результате индустриальной деятельности людей. Главные претенденты на захват сельскохозяйственных земель - города, села и новые предприятия.
Создание крупных плотин и водоемов на реках также поглощает ценные почвы. Затапливаются плодороднейшие пойменные террасы. Вода добирается даже до высоких террас и водоразделов. Пресные почвенные воды, остановившиеся на глубине 2,5 - 3 метров, увеличивают продуктивность угодий. Но если они поднимаются выше, минуют «критический уровень», а к тому же выносят те или иные соли поближе к поверхности, то происходит осолонцевание или засоление почв.
Осушение болот, содержащих сернистые металлы, иногда вредит почвам - они приобретают резко кислую реакцию. Это наблюдалось на осушенных массивах Финляндии, Голландии, Флориды, Гвинеи, Бирмы, Таиланда. Иногда приходится их снова затапливать, вносить известь. Бывает, однако, когда уже и это не помогает. В тропиках неправильное осушение делает железистые почвы подобными камню, превращая их верхний слой в своего рода панцирь.
Поверхность почвы нередко загрязняется пустой породой, остающейся после извлечения полезных ископаемых, миллиардами кубических метров индустриальных вод, миллионами тонн пыли, миллионами тонн токсических газообразных веществ. Известны случаи, когда правительство США принимало решение вывезти и заменить многие тонны земли, загрязненной радиоактивными продуктами вследствие небрежности военных. Надо заметить, что война - даже «обычная», а не атомная - наносит почти невосполнимый урон почвенному покрову - укреплениями, воронками от бомб, окопами, минными полями.
Итак, итоги серьезны. Сегодня общая площадь почв, ранее плодородных, а теперь по тем или иным причинам потерянных для сельского хозяйства, исчисляется 20 миллионами квадратных километров! Это почти в полтора раза превышает площадь нынешних пахотных земель, которые занимают всего лишь одну десятую часть суши. Основные потери мир понес в последние 100 - 150 лет. Историческая ответственность за это в наибольшей степени ложится на капиталистический способ производства.
МЕЛИОРАЦИЯ
Преобладающая часть черноземов земного шара находится на равнинах Российской Федерации и Украины. Лесостепи Европейской и Азиатской частей Советского Союза также обладают очень плодородными почвами. На юге страны, где много солнца и тепла, хорошо растет рис, виноградная лоза, плодовые растения, хлопок. Субтропическое земледелие процветает в Закавказье.
Однако далеко не вся территория Советского Союза благоприятна для ведения сельского хозяйства. Большая часть ее - это пространства к северу от 45° параллели северной широты. Всего 5 - 10 тысяч лет назад они перестали испытывать влияние последнего оледенения. В результате здесь образовалась громадная полоса, , включающая кислые подзолистые и бурые почвы, болота, торфяники. Почти половина этих земель скована современным подземным оледенением - вечной мерзлотой.
Обширные равнины страны удалены от Атлантического, Индийского и Тихого океанов, спрятаны за высочайшими горными системами Средней Азии и Кавказа - там царят сухие, полупустынные и пустынные ландшафты.
Иначе говоря, 65 - 70 процентов территории СССР составляют неудобья, земли холодных и засушливых областей, пустыни. Но это не значит, что у нас много бесполезных, ненужных угодий. Специалисты считают, что таковых вообще нет. Например, скудные пустыни и полупустыни Арало-Каспийской низменности дают ценное растительное сырье для химико-фармацевтической промышленности. Здесь уже несколько тысячелетий развивается овцеводство. В тундре пасутся миллионные стада оленей. Все земли - и пойменные пруды, и лощины, и овраги - производят полезную биологическую продукцию. Необходимо только ухаживать за ними.
Однако агротехнические методы - даже самые лучшие - бессильны против серьезных «заболеваний», и «травм» почвы. Как правило, требуются более сильные меры - мелиорация («мелио» - лучше). Прогресс сельского хозяйства связан сегодня с системой коренных мелиоративных мероприятий. Именно с системой, а не с одним, каким-либо способом мелиорации. Только комплексный подход способен надежно защитить почву от смыва, пыльных бурь, движущихся песков, засоления, истощения. Поэтому программа Центрального Комитета КПСС предусматривает гидротехнические мелиорации (орошение и осушение), химические (известкование, гипсование, внесение удобрений), снегозадержание, защитные лесные полосы, и т. д.
Мелиорация - это не только улучшение почв. Она, в сущности и научный метод управления сельскохозяйственными почвами, который должен заменить все прежние, «деспотические» меры воздействия на них. С помощью мелиораций, наконец, удастся создать управляемые и долго живущие искусственные биогеоценозы, несравненно более продуктивные, чем естественные.
Из всех главных компонентов биогеоценозов почва - наиболее управляемый компонент. Ее можно обрабатывать, удобрять, защищать. Вода управляема, но в меньшей степени. На животных воздействует генетика и селекция, но процесс этот трудный и длительный. Атмосфера и климат, во всяком случае, в наши дни, независимы от человека. Поэтому главное внимание специалистов обращено к почве, которая в наибольшей степени поддается управлению, и, значит, здесь можно ожидать наибольшего эффекта.
Уже более ста лет во многих странах мира известкуются кислые почвы. Осушены заболоченные площади в Западной Европе и Северной Америке. В областях умеренного климата разбиты лесные защитные насаждения, противоэрозионные террасы, оросительные каналы. Искусственные пашни появились на месте морских заливов в Голландии, Польше, Прибалтике, на бывших болотах Колхиды, на выбросах пустой породы из шахт, массивах отработанных торфяников. В пустынях Узбекистана, Египта, Алжира созданы плантации хлопка. На горных склонах Юго-Восточной Азии, в речных долинах и дельтах Амударьи, Кубани, Инда, Нила, Роны трудом земледельца разбиты орошаемые поля риса.
Однако именно почва, как основная часть саморегулирующегося природного механизма обладает и определенной устойчивостью, инерцией. И эта ее особенность может препятствовать мелиоративным воздействиям. Например, процесс рассоления солончаковых почв идет, как правило, значительно медленнее, чем предполагали ученые и инженеры, чем это показывали предварительные расчеты. «Сопротивляемость» почвенного покрова мелиорациям повышается особенно в том случае, когда пытаются добиться его улучшения одним, каким-либо способом, скажем, только орошением или только осушением. Бывает, что в таких случаях мелиорация ничего не меняет, а то, и ухудшает свойства почвы, усиливает, например, засоление.
Поэтому основная особенность мелиоративных работ - воздействие на все компоненты угодья на почву, на рельеф и микрорельеф, на грунтовые и даже подземные воды, геохимический и водный баланс местности, приземный и почвенный климат. Но здесь не может быть трафарета. Каждая крупная территория неповторима и требует особого подхода. Увлечение, какой-то одной идеей улучшения сельскохозяйственных земель - это всегда крайность. Дренаж нигде не нужен - дренаж нужен везде; везде сеять траву - нигде не сеять; понижать уровень грунтовых вод повсеместно - не понижать; везде применять промывкой режим полива или нигде.
Со строительства гидротехнических сооружений и каналов мелиорация земельных массивов только начинается. Это лишь начало большого комплекса работ, который складывается из почвенно-мелиоративных, гидрогеолого-мелиоративных, химико-мелиоративных, агрономических, технических, биологических мероприятий.
СЛОВО ЦИФРАМ
В современном мире до сих пор существуют очаги голода и недоедания. Численность населения Земли непрерывно растет - в течение 30 - 35 лет оно удваивается. Увеличиваются потребности общества в различных материалах биологического происхождения. Одним словом, все больше и больше требуется продукции, которую можно получить, лишь возделывая почву.
Что необходимо сделать для удовлетворения растущего спроса?
Прежде всего сохранять и увеличивать продуктивность тех сельскохозяйственных угодий, которыми человечество обладает. В отличие от пресной воды, растительности или животного мира почва не возобновляется. На месте разрушенного почвенного покрова может появиться новый, но на это уйдет много времени и он будет представлен почвами другого типа. Создавать же почвенный покров искусственно очень дорого.
Вторая мера - освоение новых земель.
За год население нашей планеты увеличивается на 75 - 80 миллионов. Для них необходимо построить дома, проложить дороги, энергетические линии, построить заводы, школы, кинотеатры. В среднем это требует десятую часть гектара на человека, что в общей сложности составляет 7,5 - 8 миллионов гектаров в год (это потерянные для сельского хозяйства земли). А чтобы обеспечить одного человека продовольствием и другой биологической продукцией в среднем сейчас требуется на жителя Земли 0,4 гектара. Если существующий сегодня уровень урожая не изменится, то ежегодно придется осваивать для нужд сельского хозяйства до 20 миллионов гектаров новых земель. Добавим к этому земли, используемые для городского и промышленного строительства (это 5 - 6 миллионов гектаров каждый год), и земли, потерянные в результате водной эрозии, засоления, загрязнения.
В итоге при застое урожайности вероятная потребность человечества в землях в конце семидесятых годов составит 32 - 34 миллиона гектаров ежегодно, к концу девяностых годов - 45 - 52 миллиона гектаров. Такие темпы освоения новых земель непосильны и немыслимы, так, как это приведет к исчезновению земельных ресурсов мира.
Главный путь развития земледелия - это коренное увеличение урожайности сельскохозяйственных культур. Уже сейчас необходимо решать задачу удвоения урожайности и думать о ее увеличении в 3 - 4 раза в XXI веке.
Реально ли удвоение и даже утроение урожаев за этот срок? Вполне реально. Вспомним, что подобное удалось уже сделать за минувшие 35 лет, несмотря на войну. Сегодня же в распоряжении советских земледельцев гораздо больше средств и возможностей. И это показали успехи 1973 года собран урожай зерновых, превышающий 220 миллионов тонн.
Общая масса растений и ее ежегодный прирост увеличиваются примерно в 30 - 35 раз в направлении от приполярных областей к экватору. На первый взгляд это связано с поступлением солнечной энергии. Однако радиационный баланс увеличивается с севера на юг только в 10 раз. Значит, имеются и другие факторы, влияющие на биопродуктивность. Ими могут быть, например, повышенное содержание углекислоты в воздухе субтропиков и тропиков, репродуктивные способности южных растений, атмосферные осадки. В искусственных агросистемах многие важные компоненты остаются неуправляемыми процесс фотосинтеза, приток солнечного света и тепла, концентрация углекислоты в воздухе. Будущее земледелие должно научиться командовать всеми этими компонентами. Уже имеется некоторый опыт создания сельскохозяйственных предприятий в обширных замкнутых ангарах с искусственным светом, подогревом, повышенной концентрацией углекислоты в воздухе, автоматическим орошением, оптимальной влажностью воздуха и программированным круглогодовым урожаем. Подобные работы проводятся в Академии наук Армянской ССР и Агрофизическом институте в Ленинграде.
В практику земледелия будут введены новые виды минеральных удобрений и микроудобрений. Уже известно положительное действие подвижного кремнезема на урожай риса. Соединения серы и магния способствуют урожаю на кислых бедных почвах. Можно ожидать большой пользы от соединений натрия. Микроудобрения бора, меди, цинка, молибдена вошли в сельскохозяйственную практику, но их применение все еще можно расширять. Необходимо разрабатывать методы увеличения содержания СО2 в приземном воздухе полей, что поднимает эффективность фотосинтеза.
Для этих целей незаменимы органические удобрения и травосеяние. На полях вскоре появятся удобрения типа витаминов, аминокислот, ферментов.
Орошение коренным образом меняет водный и солевой баланс территории. В большинстве случаев это приводит к подъему уровня грунтовых вод - иногда со скоростью 3 - 4 метра в год. Подпочвенные воды выходят на поверхность и заболачивают, засоляют орошаемые земли.
Но есть примеры инженерных оросительных систем, которые не приводят к засолению и заболачиванию орошаемых территорий в течение столетий и даже тысячелетий. Это, скажем, Самаркандский и Ташкентский орошаемые оазисы. Они обладают прекрасным естественным дренажем, иначе говоря, свободным оттоком грунтовых вод.
Советский и зарубежный опыт показывает, что при правильном осушении, регулировании водного режима осушенных почв и при высокой культуре земледелия на них можно собирать высокие урожаи зерновых, льна, картофеля. Пример тому - Украинское Полесье. Здесь за 5 лет производство зерна выросло в 1,7 раза, овощей - в 1,5 раза, сочных и зеленых кормов - в 1,6 раза.
Искусственное орошение полей - наиболее древний и самый эффективный вид мелиорации почвы, рельефа и приземного климата. Его роль в истории мировых цивилизаций трудно переоценить. Не случайно древние цивилизации возникали и развивались одновременно и параллельно с древнейшими оросительными и осушительными системами в долинах и дельтах рек Мургаб,
Амударья, Сырдарья, Хуанхэ, Янцзы, Нил, Ганг, Индус, Сарафати, Меконг, Тигр, Евфрат и др.
Болота и заболоченные почвы в СССР занимают около 100 миллионов гектаров! Это мелиоративный резерв для земледелия и лесоводства будущего.
Только в Европейской части СССР находится до 24 миллионов гектаров с избытком увлажненных сельскохозяйственных угодий. Крупные массивы земель, нуждающиеся в осушении, сосредоточены в Полесье - 4 миллиона гектаров, в северных областях РСФСР - до 15 миллионов гектаров. Огромную потенциальную ценность представляют болотные массивы в дельтах Дуная, Днестра, Днепра, Кубани, Терека, Риона, Амударьи. Здесь удастся включить в земледелие до 500 тысяч га.
