Глава 4 Почва — пашне мать. Кто же мать почвы?

Глава 4

Почва — пашне мать.

Кто же мать почвы?

В сказаниях всех земледельческих народов земля — вечно живое божество. И она действительно живая. И, как все живое, возникла из мертвого еще на заре существования нашей планеты в довольно бурное и неуютное время. Несколько позже, как известно, всемогущий господь бог решил создать беспокойное существо по имени человек. Материал для изготовления оного был под рукой — глина. Проблему эту библия, надо сказать, решила легко, с ходу. Нерешенным остался другой вопрос — откуда бог взял глину?

Единственно подходящим, да и вообще единственно доступным в те времена, материалом для производства указанной прачеловеческой материи был камень. Камнем — застывшей корой — была покрыта вся планета. Кора была тонковата и кое-где с трудом сдерживала натиск энергичного Плутона, то и дело выплескивавшего наружу лаву и огонь. Помните, в «Фаусте» Гёте Сейсмос возится и ворчит под землей:

Ну-ка, плечи понатужу,

Крякну, двину раз-другой,

Высунусь в дыру наружу,

Все подастся предо мной.

………………………………….

В конце концов признать пора

Мои труды, толчки и встряски.

Без них могла ль Земли кора

Такой прекрасной быть, как в сказке?

Недавно Луна подарила человеку свои первые камешки. Оказалось, что спутник наш, как и Земля, покрыт тонким и довольно рыхлым слоем каменных обломков. Для него придумали подходящее слово «реголит». Большинство планет, видимо, тоже покрыто пылью, позволяющей, к полному удовольствию космонавтов, оставлять следы на тропинках.

Слова «лунный грунт», а иногда и «почва Луны» вошли в наш обиход. Не значит ли это, что почва — образование общекосмическое, а появление ее — закономерный этап развития любой планеты?

Уже сейчас говорят о том, что изучение Луны даст нам понимание процессов, происходивших на поверхности нашей старушки миллиарды лет назад. Единственным созидающим началом в то время был огонь. Именно он породил ту самую рыхлую основу, о которой К. Маркс говорил: «Земля — вот великая лаборатория, арсенал, доставляющий и средство труда, и материал труда, и место для поселения — базис коллектива».

Кстати, не случайно, вероятно, в нашем языке, в немецком и многих других для поверхностного слоя планеты и самой планеты существует одно и то же слово. И это двуединое слово подчеркивает одну мысль: Земля — основа, базис жизни.

Около 2 тысяч лет назад Везувий засыпал целые города. В течение нескольких часов Геркуланум и Помпеи оказались погребенными под толстым слоем пепла и камня. Через несколько веков об этой легкой шалости вулкана забыли, и над городами зацвели травы и сады. Так из огня родилась почва.

Доброе дело эрозии

На заре геологической истории Сейсмос шутил, вероятно, чаще нынешнего. И каждый раз эти шуточки заканчивались выбросом на поверхность планеты обломков камня, пепла и лавы. Последняя тоже является исходным продуктом для изготовления почв. Быстро застывая, она трескается, образуя глыбы, которые в дальнейшем перемалываются ветром и водой.

Прорываясь на поверхность, раскаленные потоки магмы и газов разрывали целые плоскогорья. Местами земная кора отрывалась от внутренних сжимающихся при остывании слоев, повисала над ними сводами пещер. Время от времени своды рушились, проваливались, опрокидывались друг на друга целые горные цепи. Мельница Вулкана дробила горы, образуя каменные россыпи.

Следом за огнем шел ветер.

Дуй, ветер!

Дуй, пока не лопнут щеки!

(Шекспир, Король Лир)

И ветер старательно дул. В результате он стал первым скульптором нашей планеты. Многие тысячелетия он занимался вытачиванием и шлифовкой различных поделок из камня. Конечно, у Микеланджело это получалось намного лучше, однако и ветру кое-что удалось. Главное же — он первым освоил массовое производство разного рода статуэток, далеко опередив при этом баб Дунь с ростовского базара, бойко торгующих глиняными кошечками. Вот, к примеру, так называемые «жандармы» — они прямо-таки тысячами усеивают вершины Кавказских гор. На Северном Урале аналогичные изделия получили «благозвучное» прозвище «болваны»; здесь есть даже горы Болвано-Из.

Отходы изобразительной продукции из творческой мастерской ветра — мелкие отщепы камня, песок — вновь использовались скульптором. Подхватывая песок, он с силой бросал его о скалы, истачивая камень и в то же время превращая инструмент в тонкую пыль. Этот процесс выветривания получил наименование эрозии, или дефляции. Продукты первичной дефляции кое-где залегают на глубину нескольких сот метров. Таковы, например, отложения лёсса на Китайской равнине.

Так ветер изобрел механическую обработку камня. Но у него же патент и на химическую его обработку. Дело в том, что атмосфера Земли никогда не отличалась особой чистотой. Если сейчас она изрядно загрязнена отходами промышленности, то в эпоху юности в ней было много паров ядовитого метана, аммиака и других малоприятных химических соединений. Вместе с кислородом и водяными парами эти вещества заносились ветром в трещины. Здесь развивались окислительные процессы, и входящее в состав минералов железо ржавело. За тысячелетия ржавчина съедала целые Гималаи. На поверхности камня появлялись вначале тонкие чешуйчатые пленки окислов, которые утолщались, отслаивались и затем уносились ветром. Постепенно ветер истачивал камни, насыпал барханы песка и засыпал промежутки между холмами.

По силе и результатам ветровой эрозии судят о возрасте гор. Если бы первичная эрозия не была обуздана, то в конце концов ветер доделал бы свое дело: снивелировал поверхность планеты, похоронив под многокилометровыми слоями пыли рухнувшие вершины Джомолунгмы и Монблана. Судьба эта не угрожает лишь тем небесным телам, которые лишены атмосферы. Впрочем, есть и другая стихия, которая противостоит ветру в его занятиях, — это вода.

Вода тоже, впрочем, точит камни. Но если ветер сглаживает и засыпает рельеф обломками, то вода, напротив, стремится вновь изрезать его ущельями и оврагами, врезаясь все глубже в тело Земли.

На фабрике производства почвы Плутон — наиболее старый сотрудник, Посейдон — самый молодой.

Вода принимается за дело в более позднюю эпоху. К этому времени атмосфера остывает уже настолько, что влага может выпадать на все еще мертвую Землю проливными дождями. В мелких выемках между голыми камнями образуются лужи, в более крупных — моря и океаны.

Однако до момента возникновения бассейнов для плавания прошли тысячелетия, в течение которых непрерывно шел дождь. Влага, попадая на горячие камни, быстро испарялась, поднималась облаками, чтобы, остынув, вновь устремиться вниз.

Скучное время миллионолетних дождей размывало и разрушало камни и остужало Землю. Пробираясь между камней, зажурчали ручьи. Сбегая с гор, они долбили каменные глыбы, отрывали их, уносили с собой. Прошли еще тысячелетия — и, к удовольствию любителей позагорать, берега рек и морские пляжи покрылись хорошо окатанной галькой и песком.

Как и ветер, вода разрушает камни не только механической силой, она еще и растворяет их. Содержащиеся в воде соли и кислоты усиливают процесс окисления, скалы ржавеют быстрей, покрываются легкой, облетающей шелухой.

Если ветер первый на Земле скульптор, то вода — первый строитель. Совместным действием вымывания и растворения она выстроила колоссальные пещеры, в особенности там, где поверхностные слои были сложены из известковых пород. Украденные в недрах гор материалы выносились водными потоками и откладывались в долинах рек намытыми огромными по протяженности равнинами.

Существенную роль в деле производства почв сыграла и смена температуры. Резкие перепады последней по временам суток и года приводили то к расширению, то к сжатию горных пород, развивали в них внутренние напряжения. Вода, попадая в расселины между скалами, замерзала и разрывала каменные глыбы. Периодически к делу подключались ледники. Сползая с гор, они слегка причесывали их вершины, порой снимая вместе с волосами и голову. По долинам ледники проходили подобно гигантскому напильнику, все стирая и кроша на своем пути.

Так постепенно менялся облик Земли… Конечно, «такие перемены, — как писал Ломоносов, — произошли на свете не за один раз, но случались в разные времена несчетным множеством крат, и ныне происходят, и едва ли когда перестанут».

Следовательно, грунт, земля — это те же каменные горы, истолченные водой, ветром и огнем чуть ли не до пылевидного состояния. Грунт непрерывно рождается, и сейчас процесс эрозии продолжается. За миллионы лет он укрыл поверхность планеты толстым слоем рыхлой породы, дисперсной смесью самых различных минералов. Вначале это был мертвый конгломерат — не почва, а то, что мы теперь называем ее материнской основой.

Кладбище жизни — ее колыбель

Колыбелью жизни называют океан. Но ею могла быть и почва.

В океане растворено огромное количество разнообразных веществ — готовый питательный бульон с кухни мамы-Природы для ее первенцев — древнейших праорганизмов. Жизнь могла появиться, видимо, только в такой очень дисперсной среде.

Почва — тоже дисперсная среда. На поверхности мельчайших частиц оседает влага, появляются тонкие пленки окислов, в мельчайших впадинах скапливаются лужицы сложнейших растворов… Много миллионов лет назад в этих лужицах могли появиться первичные органические системы, способные вступать в обмен с окружающей средой. Жизнь начала завоевание планеты. Завоевывая, она преобразовывала ее облик.

Однажды возникнув, жизнь, и погибая, несла в гибели свое возрождение…

Неограниченно всемогущи были когда-то египетские фараоны — сыновья самого божественного Ра — Солнца. Но знаете ли вы, что задолго до эпохи строительства пирамид фараонов всенародно избирали, причем всего на год? С наступлением зимы незадачливых властителей торжественно умертвляли. А весной «душу» усопшего обнаруживали в следующем избраннике. Таким образом, власть предержащий не успевал забыться, греясь в лучах славы, а его подданные получали возможность дважды в год повеселиться.

Из этой-то традиции, вероятно, и возникла легенда о Христе — распятом и воскресшем. Нетрудно догадаться, что здесь мы имеем дело с опоэтизированным отображением факта неистребимости жизни, в смерти своей несущей новую жизнь.

Первые существа, населившие почву, не были ни растениями, ни животными. Архаические ультрабактерии, очевидно, во многом напоминали современные. Некоторые из них живут на голых скалах, усваивая углекислоту и азот прямо из воздуха или камня. В последнем случае они выделяют специальные кислоты, разъедающие камень. Растворенная часть последнего и обеспечивает их пищей.

Камнегрызущие бактерии вслед за огнем и ветром приступили к перекройке ландшафта: ветер за миллионы лет стачивал вершины гор, а бактерии съедали целые горные цепи.

Первые растения, освоившие обработку камня вслед за бактериями, — мхи и лишайники. Под их мягким покровом на камне легко прощупываются углубления — следы разъедания выделяемой щавелевой кислоты.

Умирая, первичные организмы разлагались и перемешивались с продуктами собственной жизнедеятельности, с каменной трухой. Образовывалась среда, на которой могли расти более крупные и сильные растения.

Прошли геологические эпохи… Деревья и травы, поселившись на первичной почве, уходили корнями в расселины скал и разрушали их.

Однако, разрушая горы и дробя камни, растения одновременно защищали рождавшуюся почву от ветра и воды. Истлев в земле, они образовывали клейкие органические вещества — перегной, прочно цементировавший отдельные минеральные частицы в прочные агрегаты — комки. Переплетая их корнями, растения постепенно соткали одежду планеты, укрыв ее лесами, лугами, цветущей степью.

Освоив тонкую поверхностную оболочку Земли, растения подготовили и среду обитания для первичных наземных животных. В почве нашли приют несметные полчища микроорганизмов, насекомых и животных-землероев. Они многократно взрыхляли, перемешивали почву, а истлевая, увеличивали количество перегноя.

Еще недавно, до начала ожесточенной борьбы с сусликами и хомяками, на каждом квадратном километре степной площади насчитывалось несколько десятков тысяч насыпанных ими горок земли. Холмики эти (и следы от них) занимали иногда до половины площади поля, а если бы их собрать с одного квадратного километра, то общий объем выброшенной грызунами земли составил бы более 2 тысяч тонн!

Сейчас суслик — явление редкое. Он съедал краюху от нашего каравая, и мы его уничтожили. А вместе с тем «изъяли» из процесса почвообразования и почвообновления. Вероятно, суд над сусликом был правым. Но подумали ли судьи о замене трудолюбивых лапок, перемешивающих за время жизни половину пахотного горизонта?

Червей мы уничтожаем преднамеренно только в случае подготовки к рыбалке. Потери червивого поголовья от этого достойного увлечения невелики. Куда больше они от бесчисленных опрыскиваний.

Выйдите после дождя теплой летней ночью в сад. Прислушайтесь к шороху. Это черви вышли на поверхность подышать свежим воздухом. Они захватывают опавшие листья, травинки, затаскивают их в свои норы. Передвигаясь в почве, черви раздвигают телом ее частицы или просто проглатывают их. Проедая таким образом пустоты в земле, червь движется от рождения к смерти. Все проглоченное им — почва, листья, остатки животных, обильно пропитанное желудочным соком, выбрасывается из кишечника в сильно измельченном виде. Экскременты червя образуют зернистую структуру почвы. Миллионы червей на каждом гектаре трудятся денно и нощно, восстанавливая эту структуру. Почва непрерывно обновляется, в ней идет непрекращающийся обмен веществ, как и в любом живом организме. Отравляя его, мы отравляем и его обитателей. А чем заменить червя? Для рыбаков уже выдумали синтетическую приманку. Но это еще не страшно: рыбу обмануть можно. Удастся ли нам обмануть саму природу?

Почву начинают эксплуатировать

Как гласит библейская легенда, господь бог создал человека из праха земного. Не успел, однако, он завершить акт творения, а первый землепашец Каин — провести первую борозду, как известный римский поэт Гораций принялся сетовать:

Земли уж мало плугу оставили

Дворцов громады…

С момента своего появления на Земле человек немедленно подключился к великому процессу почвообразования. Беспокойному существу этому до всего было дело… Поначалу, пока роль сапиенса ограничивалась возвратом тела в исходный прах земной, все шло неплохо. Но с момента изобретения плуга человек становится главным фактором почвообразовательного процесса. И немудрено: ведь, ежегодно обрабатывая свои поля, он переворачивает около тысячи кубических километров земли, то есть 1 миллиард тонн!

В прекрасной книге крупного советского почвоведа Н. А. Качинского о строении и жизни почвы почвообразующая роль человека описывается следующим образом.

«Воздействие на почву человека может быть двоякое: 1) он может, эксплуатируя почву, истощать ее, разрушать, обесценивать; 2) может, используя почву, окультуривать ее, поднимать ее плодородие».

Сказано очень хорошо! Однако всегда ли мы можем выбирать из этих двух паллиатив: пользуясь, разрушать или строить? Все ли здесь зависит от нас и кто же, в конце концов, выберет разрушение, если можно, «используя, строить»?

В 1935 году М. К. Лаудермилк — заместитель директора службы охраны почв департамента земледелия США, выступая с докладом на III Международном конгрессе почвоведов в Лондоне, так говорил о колонизации территории США, когда-то столь девственной, что «Белка, прыгая с ветки на ветку на протяжении тысячи миль, едва ли могла увидеть блик солнечного света на земле, — так густ был лес, и так тесно переплетались в нем древесные сучья и листья… Для английских колонизаторов триста лет назад это была настоящая обетованная земля. Заключенные в ней богатства далеко превосходили все то, что эмигрирующие сюда люди могли видеть лишь в самых отдаленных мечтах. Коренное население Северной Америки сделало очень немного в направлении земледельческой культуры, почти не изменив первоначального покрова… На этот-то первобытный континент пришли колонисты и поселенцы…

Граница колонизации отодвигалась все дальше и дальше к западу со скоростью, устраняющей какую-либо возможность планового и рационального отношения к источникам естественного богатства страны. Американцы были проникнуты стремлением подчинить себе дикие просторы, и в этом стремлении сводили леса, истребляли стада бизонов, уничтожали дернину прерий и низкотравных равнин Запада. Охваченный жадностью поселенец стал бессмысленно расточительным и не проявлял никакой заботы к новоосвоенной земле…

Разрушения почвы, вызванные усиленной эрозией, приняли в США в последнее время катастрофические размеры. Особенно резко результаты их обнаружились в последние два года, когда в весенние месяцы наблюдались непрерывные пыльные бури. Ветер гнал с Великой равнины колоссальные тучи пыли, которая закрыла полуденный свет солнца и распространилась зловещей желтой пеленой до 10 тысяч футов высоты на сотню миль к востоку. Такая пыльная туча, поднявшаяся 11 мая 1934 года, была видна над Атлантическим океаном на расстоянии 300 миль от берега…

Пыльные бури, возникающие под действием ветра на обнаженных почвах Великой равнины и засыпающие все, парализуют транспорт, прерывают железнодорожное движение, делают жизнь нестерпимой…

Газеты полны сенсационных сообщений; говорят о необходимости зажигать днем фонари, сообщают о прекращении движения на дорогах. Эти пыльные бури, повторяющиеся в таких колоссальных и устрашающих размерах, привлекли особое внимание американцев к проблеме разрушений, причиняемых эрозией почв как действием воды, так и действием ветра».

Конечно, прочитав эти строки, мы видим в них подтверждение мысли о хищническом характере капиталистической системы хозяйства и вспоминаем Маркса, писавшего, что «культура, если она развивается стихийно, а не направляется сознательно, оставляет после себя пустыню…».

Анархия производства материальных благ, алчность человеческая, не ограничиваемая планом, не поставленная в рамки закона, ведут землю к утрате сил. Проблема «человек и природа» в последние 10–20 лет встала во весь рост. Люди перестали бахвалиться «покорением природы», они вдруг осознали, что существующее общество, развивающееся как общество, подавляющее природу, рискует услышать грозный приговор:

Правосудье

Рукой бесстрастной чашу

с нашим ядом

Подносит к нашим же губам.

(Шекспир, Макбет)

Безусловно, социально-экономические отношения, наличие или отсутствие планового развития хозяйства накладывают отпечаток на взаимоотношения между человеком и природой. Но ведь и плановое социалистическое хозяйство развивается по пути все более усиленной эксплуатации природных богатств. Где же грань разумного? Возможно ли стабильное равновесие интересов природы и человека?

Червь, поедая землю, рождает ее плодородие. Человек, поедая плоды земли, разрушает или созидает?

Почва — среда для жизни. Состав

Когда физики начинают говорить о почве, они чаще всего вынуждены употреблять приставку «не». Например: почва — не сплошная среда; почва — не однородная среда; почва — не однофазная среда и т. д.

Нехорошее это «не» свидетельствует не в пользу нашей осведомленности относительно среды для жизни. Начнем с последнего «не».

Почва — среда многофазная. Состоит она из твердой, жидкой и газообразной частей (то есть из собственно почвы, воды и воздуха). Есть еще, как увидим далее, фаза живая… Твердая часть, в свою очередь, складывается из минеральных и органических частиц. Первые — это крупинки бесцветного кварца, розового или белого полевого шпата, мягкие пластинки слюды. Здесь монтмориллонит, разные окислы железа, углекислая известь, гипс, каолинит и пр.

В зависимости от размеров этих частиц их классифицируют на камни, хрящ, песок, пыль (или глина) и ил. Камнями считается все, что имеет поперечник свыше 10 миллиметров. Камней в почве бывает достаточно много и, к сожалению, не только сантиметровых. В Прибалтике, Финляндии, Карелии всерьез верят, что поле рождает камни: их выпахивают ежегодно, и каждый следующий год лемех выворачивает новые. Камни как будто всплывают из глубины земли.

Те же камни, но размером от 3 до 10 миллиметров считаются хрящом, а меньше 3 — песком.

Частицы свыше 0,01 миллиметра принято называть «физическим песком», меньше — «физической глиной».

Если разболтать пригоршню почвы в воде, то через небольшой промежуток времени в осадок выпадут все крупинки, кроме тех, что имеют поперечник меньше 0,0001 миллиметра. Эти остающиеся в растворе частицы называются коллоидными.

Все перечисленные составляющие — от камня и до тончайшего ила — все та же порода, содержащая соединения кальция, калия, фосфора и т. п. Чем сильнее раздроблена порода, чем больше в почве частиц физической глины и ила, тем быстрее и легче растворяются в воде все элементы питания растений. Так что упоминавшийся уже выше Джетро Тулль в какой-то степени был прав, требуя очень мелкого дробления почвы.

По относительному содержанию в почве главных ее механических компонентов — физического песка и физической глины — их делят на песчаные, супесчаные, суглинистые и глинистые. Первые содержат глины менее 10 процентов и наименее плодородны. В супеси глины уже 10–20 процентов, а в суглинке — 20–60. Далее идут чистые глины.

Соответственно возрастает и ценность почвы. Однако ценность эта относительна. В глинистой почве действительно содержится больше питательных неорганических материалов, и, главное, эти материалы находятся чаще всего в хорошо усвояемых растениями формах. Однако это усвоение далеко не всегда возможно. Растение то и дело попадает в положение крыловской лисы: видит око, да зуб неймет.

Землю всегда рисуют черной. Правда, иногда она окрашена в серый или коричневый цвет, порой пробивает желтизна или красновато-бурый оттенок.

Темный цвет почве придает перегной — гумус. Это его выжигал Ван-Гельмонт в своем опыте. Перегной составляет от 1 до 15 процентов общего веса почвы. Основную часть гумуса составляют главным образом коллоидальные частицы. Это своего рода бочонки, наполненные завтраками, обедами к ужинами для растения. В перегное нельзя узнать части прежних представителей фауны и флоры — здесь все бывшее когда-то живыми телами и тканями в первозданном хаосе, все обращено в гуминовые вещества и фульвокислоты, в соединения азота, фосфора, калия.

Из всего этого и состоят питательные бульоны, которые пьют растения. Значит, чтобы попасть на стол к растению, перечисленные вещества должны быть соответственным образом приготовлены. Воздух и тепло обеспечивают окисление продуктов, делают примерно то, что плита на нашей кухне. Вода же растворяет готовое блюдо.

Вода попадает в почву из атмосферы. Она почти дистиллят (хотя и содержит некоторое количество соединений азота). Проходя по порам между твердыми частицами, эта влага превращается в сложный почвенный раствор, содержащий разные соли, воздух и изрядное количество микроорганизмов. Если почвенный раствор слишком богат солями — это опасно: почва превращается в солончак. В торфянистых землях вода содержит очень много органических веществ, а в песчаных — она кристально чистая.

Проходя между частицами земли, вода у одних забирает соли, а другим отдает их из раствора; так одни вещества вносятся в почву, другие выносятся.

День ото дня меняется состав почвенного раствора. Он — что кровь в нашем организме. Почва живет. Живет, однако, совсем не мирно: вода и воздух в почве — антагонисты. Оба стремятся захватить свободное жизненное пространство — пустоты, трещины.

Наличие газа в почве обнаруживается сразу же после того, как бросишь ее в сосуд с водой: на поверхности тотчас появляются пузырьки. В почвенном воздухе кислорода несколько меньше, чем в наружном, и больше углекислого газа. Это следствие активно идущих процессов окисления, разложения растительных органических остатков, дыхания растений, дыхания микроорганизмов и животных.

Живые существа составляют еще одну, не упоминавшуюся выше, живую фазу почвы. К ней, кроме почвенных организмов, относятся и сосущие корни растений.

Таков состав почвы — среды живой, среды обитаемой.

Обитаемая среда. Свойства

Первым, кто заложил основы земледельческой механики, был И. М. Комов. Около 1789 года он писал в своей книге «О земледелии»: «Земледелие с высокими науками тесный союз имеет, каковы суть: история естествознания, наука лечебная, химия, механика и почти вся физика; и само оно не что иное есть, как часть физики опытной, только всех полезнейшая».

Попытки использовать при изучении почв законы физики твердого тела, механики сыпучих сред и других разделов смежных естественных наук продолжались в течение всего XIX века. В результате в 1917 году М. X. Пигулевский, один из крупнейших впоследствии советских агропочвоведов, вынужден был признать: «По моему мнению, почва странным образом занимает среднее место между телом непрерывным и телом сыпучим… Не потому ли приходится признать, что в тот момент, когда мы берем в руки почву с целью изучить ее механические свойства так, как мы изучаем их в металлах, дереве и других твердых телах, какая-то завеса опускается перед нами и закрывает от нас методы и приемы точной науки. Мы начинаем изобретать и, в конце концов, создаем для почвы такие методы, одна мысль о применении которых к металлам вызывает улыбку».

Прошло еще 40 лет, и американец Дж. Ф. Лутц, критически рассмотрев разработанные за это время некоторые общие положения физики почв, с горечью писал: «Эти общие положения недостаточно обоснованы опытными данными, которые с определенностью установили бы непосредственную связь между физическими свойствами почвы и развитием растений. „Хорошие“ для развития растений физические условия почвы легко распознаются, но до настоящего времени, к сожалению, они не получили достаточно точного математического и физического выражения. Не существует какой-либо обобщенной величины или группы величин, при помощи которой можно было бы выражать желательные оптимальные условия почвы».

Между первым и последним высказываниями — расстояние более 160 лет. Физика почв скоро отпразднует свой 200-летний юбилей. Юбиляр вполне почтенен. За его плечами много тысяч крупных и мелких исследовательских работ, сотни тысяч опытов и измерений, километры почвенных разрезов и… как видим, печальные признания несостоятельности. Правда, не все настроены так пессимистично, как Лутц. Да и 200 лет — не возраст для науки, тем более что почвенная физика начала развиваться практически лишь с конца XIX столетия, после работ Докучаева и Костычева.

Эти крупнейшие русские ученые доказали, что химический состав почвы — лишь то, что она может дать, а ее физические свойства — то, что она дает реально. Мало иметь запасы питания, надо еще суметь их реализовать. В любой почве содержится достаточно пищи, плодородна — далеко не всякая.

Физические свойства почвы определяют ее отношение к внешней среде — воде, воздуху, теплу и свету, а через них — и к растению, конечно. Русское почвоведение выросло прежде всего в борьбе с засухой. Наиболее богатым почвам России — черноземам — всегда не хватало влаги. Вероятно, это обстоятельство и определило различие интересов русской и западноевропейской наук — для старых, выпаханных почв Германии, Англии и Франции главной проблемой было удобрение. Отсюда — агрохимия Либиха. В России же больше думали об обработке земли. Отсюда пристальный интерес к механике и физике почв; отсюда докучаевское почвоведение.

Итак, физические свойства…

Поглотительная способность почвы. Растение, как отмечалось выше, пьет питательные бульоны. Оно достаточно привередливо и к качеству последних относится как истый гурман. «Жирного» растение не любит: раствор должен иметь не более 2–3 граммов солей на 1 литр. Правда, когда бульон становится слишком уж слабым, растение начинает голодать (кто же будет сыт от чистой воды?). Однако и слишком концентрированное питание приводит к объявлению голодовки. В том и в другом случае исход один — растение умирает от истощения.

Итак, по агрохимикам, слишком увлекающимся минеральными снадобьями, нанесен первый удар. Оказывается, мало — плохо, но и много — тоже нехорошо. Следовательно, надо думать не об избытке пищи, а о регулировании количества воды.

К счастью, сами физические особенности почвы делают ее в определенной степени регулятором крепости раствора. Когда последний становится слишком крепким, частицы земли поглощают часть растворенных веществ. Напротив, при избытке влаги эти вещества отдаются назад. Эта автоматическая система работает уже многие миллионы лет, и растения к ней основательно привыкли. Привычка же, как известно, вторая натура.

Главную роль в описываемой системе играют мелкие глинистые частицы и перегной. Именно они-то и определяют способность почвы поглощать из водного раствора и связывать некоторые вещества и соли. Поэтому глинистые почвы, богатые перегноем, более плодородны, чем бедные гумусом песчаные. Они способны накапливать полезные вещества, которые немедленно возвращают растению, чуть только упадет концентрация раствора.

Мы уже говорили, что если вода растворяет питательные вещества, то воздух готовит их: окисляет продукты. Жизненное пространство для воды и воздуха в почве — это узкие коридоры, пустоты между твердыми частицами. Они определяют порозность или скважность земли, измеряемую отношением объема пустот к общему объему. Небезразлично здесь все — и количество, и размеры, и форма пустот. Последние могут иметь ширину от нескольких сантиметров (трещин) до тысячной миллиметра.

Слишком трещиноватая почва — плохая опора для корней. Но последние, однако, не могут проникнуть и в очень тонкие промежутки. Если ширина их меньше 0,003 миллиметра, то сюда не «пролезут» даже бактерии, — это уже не земля, а камень.

Порозность определяет водопроницаемость. Попав из атмосферы на поверхность поля, вода просачивается вглубь по крупным, а рассасывается вширь по тонким скважинам, постепенно обволакивая все твердые частички тонкой пленкой влаги. Чем крупнее промежутки между частицами, тем легче проникает вода в почву. Таков, например, песок: целые реки проходят сквозь него, а он никогда не бывает слишком мокрым и грязным. Глина, напротив, с трудом пропускает влагу (в сотни раз медленнее песка), которая еле проходит через редкие трещины, червоточины, ходы, прорезанные старыми, истлевшими корнями.

Обе крайности вредны: и грязь на поверхности сухой внутри глины, и сухой после самого обильного дождя песок.

Почва обязательно должна быть хорошо водопроницаема. Однако этого мало — она должна уметь удерживать влагу внутри себя, быть влагоемкой.

Земли, обладающие хорошей влагоемкостью, должны состоять из мелких частиц, которые способны удерживать воду на своей поверхности.

Наибольшей влагоемкостью обладают перегной и глина, наименьшей — песок.

Влагоемкость и водопроницаемость взаимно исключают друг друга. А между тем важно и то и другое. Болотные, богатые гумусом земли имеют высокую влагоемкость, но низкую водопроницаемость. Вода переполняет все поры и выступает наружу. В результате образуется мертвый, затхлый мир болот. Песчаные почвы, напротив, имея высокую водопроницаемость, все пропускают транзитом, ничего себе не оставляют и являются почвами с низкой влагоемкостью. Итог — пустыня.

Количество воды в почве меняется непрерывно: в пахотном слое текут свои микрогольфстримы. Направление и скорость перемещения потоков зависит от водоподъемной способности почвы.

Сверху вниз вода течет по крупным порам и трещинам. Обратный ток, подтягивание влаги из нижних горизонтов в верхние, идет по тонким, волосным порам — капиллярам.

Способность почвы поднимать воду — это и хорошо и плохо. При высыхании она покрывается тонкой, но плотной, растрескивающейся коркой, через которую влага, подтягиваясь к верхним слоям, интенсивно испаряется. Почва сохнет. Это плохо.

Просочившаяся вниз вода встречает, в конце концов, на своем пути водонепроницаемый грунт (связную глину или каменистую породу), где застаивается или стекает по уклону, питая колодцы, озера и реки. Бывает, однако, что водонепроницаемый слой залегает совсем не глубоко, тогда и грунтовые воды располагаются очень высоко. Близость их к поверхности на метр или менее приводит к заболачиванию: вода подтягивается вверх по капиллярам и рассасывается по сторонам. Если грунтовые воды стоят высоко, но все же ниже метра, то обеспечивается постоянная «подпитка» верхних слоев за счет нижних. Это хорошо. Если же водонепроницаемый слой залегает слишком низко, надеяться приходится только на дождик.

Вода доставляется к поверхности по капиллярам. Однако она может и не испариться в атмосферу, достигнув поверхности, если мелко взрыхлить поле и тем самым разрушить верхние концы капилляров. Испаряющая способность почвы зависит от состояния ее поверхности, плотности и размеров составляющих ее комков.

В сухой земле все скважины заняты воздухом. Частицы почвы притягивают его к себе так же охотно, как и воду. Это поглощенный воздух. Остальной, размещающийся в крупных порах, свободный. Он очень подвижен в отличие от связанного и так же легко выдувается из почвы, как и попадает туда.

Воздушный режим почвы не менее важен для растения, чем водный. Воздух доставляет корням и почвенным организмам кислород для дыхания и обеспечивает окисление органических и минеральных веществ. Взамен кислорода он получает углекислоту — продукт дыхания и тления.

Земля дышит: почва — это гигантские легкие. На каждые сутки приходится один глубокий вдох и не менее глубокий выдох. Днем почва нагревается, почвенный воздух расширяется и выходит из пор наружу. Земля «парит», призрачные вибрирующие струйки колышут ландшафт. Ночью — вдох: остывает почва, сжимаются остатки воздуха в ней, в порах нарастает разрежение…

Почвенный воздух всегда сырее атмосферного (вспомните выражение типа «на него пахнуло сыростью могилы»). За счет этого идет процесс диффузии газов. Потеря сырого воздуха и его замещение более сухим атмосферным может достигать прямо-таки катастрофических размеров. Так, если свежевспаханная поверхность покрыта крупными глыбами, то сухой воздух легко попадает в крупные промежутки и иссушает почву за счет диффузионного внутрипочвенного испарения. В этом нехорошем деле испарению помогает ветер, усиливающий диффузию.

Все не просто в этой, казалось бы, такой простой среде. Слишком много пиши — растение умирает от голода. Слишком много воды — оно вымокает. Обилие воздуха также ведет к гибели. В песчаные почвы воздух проникает слишком легко и на большую глубину. Растение дышит полной грудью. Но одним воздухом сыт не будешь, а обилие кислорода приводит к ускоренному сгоранию всех питательных веществ, все разлагается слишком быстро и так же быстро вымывается при первом же дожде.

Но немногим лучше ведут себя и плотные глинистые почвы. После дождей они вовсе перестают дышать. Окисление прекращается. Более того, такие элементы, как железо, не только не присоединяют молекулы кислорода, но и теряют то, что имели. Потеряв кислород, железо становится ядовитым. Не могут здесь жить и дышащие воздухом бактерии, созидающие необходимую растениям селитру. Зато оживают разрушающие ее не нуждающиеся в кислороде анаэробные бактерии. Почва задыхается.

Растение не любит холодной почвы; ему нужно тепло: одному больше, другому меньше. Получает оно его от солнца, теплого воздуха, теплых дождей, а также от внутренних, нагретых слоев планеты. Но, кроме этого, почва научилась согревать себя сама. Тепло в ней выделяется при дыхании живых организмов, от разложения остатков растений и животных, при некоторых химических реакциях. Конечно, и здесь главная печь — солнце. Больше всего тепла от него достается темным (из-за перегноя, как мы уже знаем) почвам; светлые и серые нагреваются медленнее: слишком много лучей отражается от их поверхности и много тепла расходуется на то, чтобы нагреть почвенную воду. Немаловажен и рельеф местности (южные склоны нагреваются сильнее), и затененность земли. Последнее весьма существенно: целинные земли не перегреваются, они всегда прикрыты от палящего солнца густым пологом трав.

Распаханная почва не защищена ни от солнца, ни от ветра. Днем тепло волна за волной проникает внутрь пашни. Оно испаряет влагу и заставляет частицы почвы расширяться. Ночью земля остывает. Сжимаются нагретые днем комки. Вновь происходит то, что миллиарды лет заставляло рассыпаться в прах скалы: идет процесс выветривания, процесс дефляции, эрозии.

Зимой, под снежным покровом, жизнь почвы замирает. Подобно медведям, погружаются в спячку мириады бактерий, червей и насекомых. Волны холода, идя от поверхности, сковывают все до весны, до нового возрождения, новой жизни. Ежегодное воскрешение — обычное и всегда по-новому удивительное чудо…

От банка Либиха к сберкассе Вильямса

«Февраля 17 дня 1846 года от рождества Христова» в захолустном сельце Милюкове Сычевского уезда Смоленской губернии в семье деревенского священника родился сын. Младенца нарекли по батюшке Василием.

Василий Васильевич Докучаев должен был пойти по стопам своего родителя. Окончив ту самую бурсу, о которой так впечатляюще писали Гоголь и Помяловский, он поступил в Петербургскую духовную академию. Сбывались мечты деревенского попа: не сделав сам духовной карьеры, он хотел увидеть своего сына «отцом Василием благочинным». Но именно благочиния и не хватало этому богатырски сложенному юноше. Вскоре он оказался в стенах Петербургского университета, курс которого прошел блестяще. Первая работа В. Докучаева была напечатана в 1871 году, а в 1883 году он уже защитил докторскую диссертацию. Называлась она «Русский чернозем». Крестными отцами диссертанта были известный геолог А. А. Иностранцев и великий Менделеев. Новорожденную науку окрестили не по традиции, не латинским, а русским именем: почвоведение.

В мировую науку о почве со времен Докучаева прочно вошли многие русские слова: чернозем, солонец, подзол… Прижилось и очень старое, исконно мужицкое понятие «спелость почвы».

Спелость определялась, да и по сю пору часто определяется, на ощупь. Операция нехитрая: возьмите с поля комок земли и слегка сожмите в кулаке, потрите между пальцами. На руках грязь, почва липнет, сжимается в пластичный комок — плохо, поле слишком сырое. Рассыпается в пыль — бежит меж пальцами, развевается ветром — тоже плохо: лягут семена на сухое ложе. Рассыпался ком на мелкие комочки, сыплются они, как орехи, не мажут руки — созрела земля, пора выезжать в поле.

Спелая почва имеет зернистое строение, о ней говорят, что она структурна. Состоит она из комков от четверти до 10 миллиметров в поперечнике. Все, что меньше, — пыль, больше — глыбы.

Структурный комок — почвенный агрегат — сложное образование из множества частиц, куда входят и тонкий ил, и песок, и обязательно перегной. Последний скрепляет все составляющие в прочный, но пористый монолит. Такой комок хорошо сопротивляется внешним воздействиям — механическим ударам или размыванию водой, а вместе с тем энергично тянет воду из окружающего пространства. Именно благодаря пористости структурные земли хорошо впитывают и связывают влагу и с неохотой ее отдают. Вода здесь запасается внутри комочков, воздух же помещается между ними.

В почвах, бедных перегноем, бесструктурных, сплывшихся, илистых, агрегатных комочков мало, они непрочны, легко расплываются в воде (неводопрочны, как говорят почвоведы), при пахоте рассыпаются в пыль. Шлейф пыли за пашущим трактором — сигнал бедствия…

Пройдите после сильного дождя по наезженной дороге среди вспаханных полей. На рыхлой пашне лужи не застаиваются, а колея от машин — вся под водой, покрыта грязью так, что ноги не вытянешь. Плотная, бесструктурная почва — словно водонепроницаемый плащ.

Плох в такой почве и воздушный режим. В структурной почве воздух занимает крупные промежутки между отдельными агрегатами, в бесструктурной, если она промочена, все поры заняты водой. Воздуху здесь негде поместиться. А нет кислорода — не работают аэробные бактерии, подавляется мобилизация веществ, голодает и задыхается растение.

Но вот почва подсохла. Благодаря отсутствию крупных и средних пор влага по многочисленным капиллярам подтягивается к поверхности и улетучивается в атмосферу. Почва быстро пересыхает. Мало воды — значит, много воздуха. Перегной распадается слишком быстро, растение не успевает проглотить все ему нужное из слишком крепкого раствора. Перегной же, быстро разлагаясь, еще больше снижает прочность структуры…

Таким образом, структура, по Докучаеву, — это оптимальное состояние почвы, обеспечивающее растение пищей, водой и воздухом именно в той пропорции, которую любит растение. Говоря о таком состоянии, В. Вильямс, долгое время бывший главой советской агрономической науки, писал: «Каждый комок служит как бы сберегательной кассой, которая мешает почве сразу растратить все свои богатства. По мере того как растение использует элементы пищи на поверхности комка, оно находит все новые и новые количества пищи, но запас, богатство почвы сохраняется, ибо не растрачивается впустую».

Итак, все в порядке? Наконец-то открыто то основное, от чего все зависит? Главное — структура? А раз так, давайте ее сделаем. И снова счет в сберкассе. Помните Либиха?..

Но… постойте. А все ли почвы Земли, покрытые густыми лесами, травами и цветами, имеют эту самую структуру?

Добрехудая земля. Иерархия почв

Первую классификацию почв создал народ. Была она не слишком подробной: землю разделяли на добрую, худую и добрехудую. Иногда к термину присоединялось слово «вовсе», например: «вовсе худая земля». Именно так говорили о северных почвах… Однако того, кто был в Приполярье в короткое тундровое лето — межень, не могли не ошеломить буйство и разнообразие красок: «То, что на юге у художников называется тоном, на севере раскладывается на десять и больше тонов…» — писал о русском севере чудесный поэт природы нашей Родины М. Пришвин.

Коротко полярное лето, зато солнце светит все 24 часа; и спешит отцвести, заколоситься, упасть семенем на землю тундровая целина. Осадков здесь обычно выпадает немногим более 150–300 миллиметров в год, сколько и в южных полупустынных степях. Однако из-за холода влага не испаряется. Плохо она и впитывается в почву, которая за лето успевает оттаять лишь с поверхности, а нижние слои остаются промерзшими и не допускают просачивания воды.

То и дело в газетах мелькают сообщения о находках целых скелетов и даже туш доисторических животных в вечной мерзлоте тундры. Как-то писали, что один заскучавший по острым ощущениям зимовщик даже попробовал лангет из мамонта. В прекрасном естественном холодильнике не происходит полного разложения органических веществ, если даже они гниют сотни тысяч лет. Поэтому вместо перегноя образуется лишь тонкая торфяная прослойка. Почти нет здесь и селитры — далеко не все бактерии переносят суровые полярные условия. Одним словом, почва тундр — лишь слабо измененная первооснова земли, первопочва.

«Вовсе худая земля» совершенно лишена структуры. Тысячелетия сменяются над тундрой, каждый год отмирает растительность, чтобы весной вновь коротко и ярко вспыхнуть и обжечь взгляд богатством красок. Земледелие пока очень робко движется в тундру — главным образом по долинам рек. Однако здесь все растет: и рожь, и ячмень, и картофель, и лук. А местные энтузиасты всерьез уверяют приезжих, что если бы не короткое лето да крепкие морозы зимой, северные почвы давали бы урожай «не хуже кубанских».

Но отправимся к югу. «Солнце светит одинаково всем — и человеку, и зверю, и дереву. Но судьба одного живого существа часто решается тенью, падающей на него от другого» — так писал Пришвин о лесах.

По вышеприведенной классификации, лесная земля тоже «худая», хотя по-разному на севере и юге. Леса тянутся от Архангельска до Киева. Конечно, теперь это уже не сплошные массивы: земледелие и вырубка древесины сделали свое дело…

Коротко полярное лето. Но почва освещается солнцем весь длинный день. В вековой тайге лишь робкий световой зайчик пройдется по поверхности земли. Под кронами деревьев всегда сыро, земля едва прикрыта редкими папоротниками да хвощами и обильно опавшей хвоей, прелой, слипшейся листвой, обломками коры и истлевшей древесины. Вверху, там, где вершины деревьев, — жизнь. Стволы же их упираются в собственное кладбище. В роли гробовщиков выступают многочисленные разновидности грибной флоры.

Светловатая тяжелая почва образуется под лесной подстилкой — подзол. Это, казалось бы, мертвая земля: все поры ее переполнены водой (под пологом лесов она не может испариться), воздуха мало, мало селитры, анаэробные бактерии медленно разлагают окислы железа. Рыжая земля возникает под подзолом, а еще ниже — серый глей. Очень бедна гумусом лесная почва, совсем лишена структуры, а потому и не растет на ней ничего, кроме сосен-великанов, гигантских елей и пихт да нескольких тысяч разновидностей других деревьев, кустарников и трав. Правда, последних мало… Именно на этой «худой земле» после порубки леса и пожоги при самой примитивной технике посева и уборки крестьянин снимал в среднем 16–26 центнеров с гектара ржи и ячменя.

Однако подвинемся еще немного к югу. Прошли годы, и тайга поредела; постарели и рухнули наземь громады деревьев. Разомкнулась непроницаемая крыша листвы. Наступил семенной год леса, на землю упали семена, и потянулись ввысь юные побеги. А вместе с ними взметнулась и зеленая волна трав. Подрастут сеянцы, возмужают, вновь сомкнется полог над зазеленевшими было прогалинами, захлебнется, угаснет зеленая волна до следующего семенного года леса. Но чем чаще повторяются эти годы, чем многоэтажней лес, тем чаще и гуще травяные волны.