Дебет - кредит

Одновременно с фундаментом растет и сама почва. Природа не создает свои творения в несколько этапов, а трудится сразу над всеми этажами задуманного здания. Особенно активное участие в этом принимают высшие и низшие растения. С незапамятных времен они установили деловые отношения с плодородным слоем и подстилающими их грунтами. Деревья и травы, мхи и лишайники, водоросли и грибы настолько опытные коммерсанты, что умудряются выманить ссуду даже у наиболее скупых представителей четвертого "царства", а то и просто у обломков скал и песков.

Это отмечал еще Ю. Либих. Его так увлекло сравнение процесса обмена элементами между растениями и почвами с банковскими операциями, что он предложил формулу: "взял в долг, верни обратно". Отдав всю свою энергию лишь пропаганде "закона полного возврата", Либих так и не смог постичь истинную бухгалтерию природы, хотя он и был близок к разгадке механизма биологического круговорота.

Либиховская "теория" была пересмотрена лишь в конце 20-х годов нашего столетия, когда на побережье Аджарии развернул свою деятельность научный центр по промышленному разведению субтропических культур. Полынов, возглавлявший работу Аджарской экспедиции, был твердо уверен, что проблема разведения чая, цитрусовых и других экзотических культур может быть разрешена только в том случае, если удастся выяснить, как действуют тайные пружины, приводящие в движение механизм южного ландшафта.

Земли Аджарии считались реликтами прошлого (третичного) геологического периода, когда климат был мягче, а значительную часть нашей страны покрывали тропические леса. Академик К. Д. Глинка называл местные почвы неудавшимися латеритами или красноземами. "Латер" в переводе с латинского означает кирпич. Уже одно это дает представление об их цвете, плотности и других свойствах. Полынову же подобные утверждения казались неубедительными. "Во-первых, - рассуждал он, - никто и нигде еще не наблюдал почв мощностью 10 м и более. Скорее всего, это кора выветривания, оставшаяся от прошлых эпох. Сохранение па ней текстуры кристаллической породы - свидетельство того, что кристаллический материал превращался в глину на протяжении длительного (измеряемого геологическим масштабом) времени. Сначала она формировалась в условиях плоского рельефа, но затем тектонические силы вывели ее из горизонтального положения... Горные потоки вызвали сильную эрозию, и почвы прошлых эпох вместе с частью коры выветривания были смыты. Следовательно, самый верхний слой представлен молодыми почвами, появившимися в современных условиях при расселении леса" [Полынов, 1944, с. 45]. Выходит, латериты, или красноземы по С. А. Захарову, достались нам не в наследство. Они - хорошо отлаженный механизм, приводимый в движение растительностью. И Полынов приступает к исследованию передвижения химических элементов в субтропическом ландшафте. Он отходит от классической схемы Либиха. Вынос и возврат химических элементов изучаются не только между почвой и растительностью, анализируются кора выветривания, коренные породы, вода.

Главное же внимание уделяется основному звену: растительность - почва.

В Ботаническом саду близ Батуми начались необычные работы. На самой вершине гряды исследователи разбили небольшую площадку, на которой срезали все растения: буки, грабы, рододендроны, лианы, травы. Их корневые системы аккуратно отпрепарировали, отделили от стволов и стеблей ветви и листья, провели полный учет биологической массы. А затем вместе с образцами почв, пород и сухого остатка грунтовых вод подвергли химическому анализу.

Но стоила ли проблема того, чтобы ради нее наносили урон единственной в своем роде коллекции растений? Безусловно. Ведь эксперимент проводился в интересах самой же природы субтропиков. Предстояло грандиозное освоение этой зоны. Без знания же законов, по которым живут и развиваются ландшафты побережья Аджарии, человек мог вызвать катастрофу, какие уже не раз случались на нашей планете.

Что же дали опыты? Они показали, что и в каком количестве поглощается из почвы корнями растений, как быстро химические элементы возвращаются с опадом, что задерживается в почвах, а что выносится водой. Получились целые ряды биологического поглощения и выщелачивания. Например, окись алюминия в золе листьев граба, каштана и чайного куста составляла 10-20%. Его соединения оказались наиболее любимы растениями. Кремнезем же, хотя его подвижных форм в почве и коре выветривания было куда больше (одного порядка с кальцием), потреблялся умереннее. Железо не проявляло ни малейшего желания передвигаться в земной толще. Именно поэтому она имела такой красный цвет.

Наблюдения позволяли сделать другие выводы. До Полынова красноземы Аджарии относили к субтропическому варианту наших таежных земель, т. е. к подзолистым почвам. Семейство подзолов всегда отличала бедность питательными веществами и перегноем. Но разве таков плодородный слой Аджарского побережья? Да, во многих красных почвах встречаются некоторые признаки, указывающие на подобное родство. Скажем, распределение полуторных окислов (железа и алюминия) в толще красных почв могло бы рассматриваться как доказательство родства красноземов с северными подзолами. Но другие элементы в почвах субтропиков ведут себя совершенно иначе. Почему? Ответ был получен при изучении расположения корней в почвенной толще. Полынов заметил, что корни деревьев шли в горизонтальном направлении, а самые тонкие из них устремлялись вверх, где скапливались опавшие листья. Значит, долю алюминия в этом горизонте уменьшает растительность. Она захватывает его соединения. И вода здесь ни при чем. Более того, глубина максимального скопления корней совпадает с той, на которой, судя по обогащению кремнеземом и обеднению окислами алюминия, должен был находиться подзолистый горизонт. Вот еще одно доказательство в пользу того, что глинозем не выносился из этого слоя растворами, а поглощался корнями. После же возврата с опавшими листьями он долго задерживался в лесной подстилке. Нескомпенсированный отток алюминия и создавал относительное накопление кремнезема. Но как выяснилось в ходе эксперимента, соединения последнего не только не накапливались, но, напротив, растворялись и выносились почвенными водами. Иными словами, в красноземах протекал процесс прямо противоположный подзолистому. Именно поэтому, несмотря на то что в субтропиках почвам было отпущено куда больше времени на создание своего профиля, чем в тайге, в них так и не образовался белесый слой - признак и мера развития подзолистого процесса.

Позже, описывая ландшафт Аджарского побережья, Полынов вновь вернулся к этой проблеме. "Если мы вспомним, что всякий элювиальный процесс... сопровождается борьбой между захватом элементов организмами и выносом из сферы почвообразования, если мы учтем работу могучей субтропической растительности, которая длится ежегодно в течение большого - почти непрерывного - вегетационного периода, и если мы учтем, что, энергично поглощая полуторные окислы, эта растительность надолго задерживает их в почвенных горизонтах, мы получим ... объяснение и ответ на поставленный вопрос" [Полынов, 1956, с. 433].

И действительно, наблюдая за растительностью, ученый многое узнал о самих почвах. Он понял - их связь нерасторжима, разгадал механизм, скрытый за сухими "бухгалтерскими" расчетами прихода и расхода химических элементов и веществ. Но полной уверенности не было. Исследование казалось неоконченным. Ведь пока удалось установить взаимоотношения зрелых почв и пышной растительности. А как все это начиналось? Как первые растения осваивали скалы? Мы уже познакомились с вулканическими почвами Камчатки, выяснили, как образовались глины и лёссы, но от нашего внимания ускользнуло то, что живые организмы могут и сами вступать в борьбу со скалами и одерживать над ними победы.

Этой проблемой и занялся Полынов. В 1939 г. на Урале, в Ильменских горах, начались исследования обмена веществ между горными породами и растительностью. В это время ученый заинтересовался деятельностью самых примитивных растений - мхов и лишайников, которые всей своей массой врастали в граниты. Он взял несколько срезов и исследовал их под микроскопом. Оказывается, гифы простейших растений способны разрывать горную породу на мелкие кусочки. Делают они это не торопясь. Вот гиф зацепил мелкую чешуйку и увлек ее в тело лишайника. Как ни мелка выемка, но в ней уже может накапливаться мелкозем. На рыхлой первопочве поселяются мхи, а за ними уже и карликовая растительность - сосны, березы. Полынову удалось установить, что мелкозем - это разложившиеся останки самого лишайника, а не разрушенная порода. А как же метасоматоз? Ну что ж, он помогает растительности.

Исследования Урала позволили Полынову дописать историю возникновения и развития почв на нашей планете. Его внимание привлекали самые обычные явления. Вот в понижении между скалами небольшая рощица. Ничего примечательного на первый взгляд в ней нет, но ученый останавливается, закладывает разрез и... удивительное открытие. Под мелкоземом находятся совершенно свежие, не тронутые выветриванием валуны и щебень. Откуда взялась почва па этих обломках скал? Полынов убежден: рыхлые наносы смыты сверху. Это работа лишайников. "Едва... ли их работу можно рассматривать как местное частное явление, - отмечал он. - Едва ли можно сомневаться в их непременном участии вместе с ледниками и действием тепла и холода в той вековой денудации, которая истирает все выдающиеся элементы суши и сопровождает фазу глиптогенеза каждого геологического цикла. Мы можем во всяком случае утверждать, что превращение породы в рухляк не есть стерильный процесс и само образование рухляка происходит при активном участии организмов" [Там же, с. 398-399].

Лабораторные исследования показали, что лишайники питаются не всеми элементами без разбора. Напротив, они готовы "разорвать" прочнейший из минералов, лишь бы достать себе еду по вкусу. Так, апатиты лишаются фосфора, нефелины - алюминия. Эти элементы выхватываются прямо из кристаллической решетки. Чем дальше проникал ученый в тайну обмена веществами между растительностью, почвами и скалами, тем больше убеждался в том, что глины - продукт живой природы...

Сегодня известно: над их созданием работали не только мхи и лишайники. Но кто возьмется утверждать, что действия растительности и метасоматоз не звенья единого производственного процесса!

Итак, "лжетеория" полного возврата Либиха открыла путь к изучению одного из важнейших механизмов биогеоценозов, получившего название биологического круговорота. Впрочем, изменились не только термины. Суть и понятия стали другими. Круговорот элементов у Либиха был замкнутым метафизическим.

Современная наука - диалектическая. Взглянув на жизнь природы с новых позиций, ученые поняли: настоящее не есть полное повторение прошлого. Обмен элементами между растительностью и почвой тоже не замкнутый цикл, не проторенная дорожка, по которой совершают свой путь атомы и молекулы. Скорее всего, этот процесс напоминает спираль или винтообразную пирамиду. Однако и такая модель не идеальна.

Ничто на свете не может постоянно потреблять вещества или терять их и одновременно сохранять прежнюю форму, сущность и свойство. Вернемся к открытию Полынова в Ильменских горах. Накопление мелкозема в долине стало причиной возникновения нового ландшафта. В нем не было и упоминания о скалах и тощих мхах. Напротив, здесь шумели крепкие молодые деревца, корни которых черпали пищу из мощных плодородных почв.

Выходит, на каком-то этапе постепенные эволюционные изменения прерываются и происходит скачок, революционный "переворот". Поэтому плавное движение по спирали или винтообразной пирамиде не бесконечно. Временами оно заканчивается всплеском, бурей, катастрофой, рождается новое вещество, например та же почва. Затем "бег" возобновляется, но состав его участников заметно меняется.

Однако, чтобы разобраться в огромном многообразии биогеоценозов, покрывающих нашу планету, знания принципа их развития явно недостаточно: он везде один. А разве можно сравнить тундру с тропиками или степь с тайгой? Конечно, нет. Значит, дело не только в нем, но и в действии механизма обмена, обеспеченности его топливом, в мощности и других характеристиках.

Для любого превращения нужна энергия. Биогеоценозы получают ее из космоса в виде солнечной радиации. Чем больше тепла, тем активнее выветривание минералов, плодороднее почвы, пышнее растительность. Иными словами, потенциал биогеоценоза зависит от количества лучистого горючего, отпущенного ему природой.

Тот, кто не раз бывал в тундре, знает, что обмен между растительностью и почвами в ней едва заметен. Неудивительно поэтому, что на одном квадратном метре здесь производится не более 2 кг лишайников, трав и кустарников. Времени на переработку их останков отпущено крайне мало. Не успеют листья и мелкие веточки покрыть землю, как опять начинаются снегопады и метели. Опад так и остается неразложившимся до будущей весны. Для образования перегнойного слоя условия явно неподходящие. А тут еще дефицит кальция. Этот элемент очень важен для создания мягкого и жирного гумуса. В растениях, населяющих тундру, содержание его ничтожно. Но даже та малость кальция, что возвращается с опадом, уносится водами, расхватывается мхами и лишайниками. Многие из обитателей Заполярья пытаются найти ему "заменитель". Они набрасываются на магний, алюминий, кремний, на все, что находится в свободном, доступном живым организмам состоянии. Но выправить положение, вызванное недостатком лучистого горючего, не удается. Механизм обмена в этих суровых условиях не просто маломощен, ибо, даже выдавая небольшую толику продукции, природа за тысячелетия способна создать грандиозные сооружения. Беда в несбалансированности. Растения, получив кредит от почв, не спешат его возвращать. Они как бы замыкают обмен в системе растение - опад - растение, а почвы, не обладая ни силой, ни способностями вернуть причитающуюся им долю, остаются обделенными даже этими крохами.

В тайге растительный покров также не блещет разнообразием. Сосна, ель, небольшая примесь березы, ольхи, рябины, мох, кустики черники, костяники и брусники, осока - вот его состав. Высокие деревья и довольно толстый слой мертвого опада из иголок, мха и веточек создают впечатление интенсивного обмена. В действительности это не так. Ежегодно на 1 га тайги возвращается 30-40 ц органических останков. Но свои долги ели и особенно сосны платят бесценной "валютой". Ее "золотое" содержание всего 1-2%, т. е. на каждый килограмм из иголок приходится не более 20 г потребленных из почв элементов. Среди них мало кальция и магния, что еще сильнее снижает ценность опада.

Солнечного тепла лесная зона получает больше тундры. Однако его и здесь не хватает. Толстая, почти не тронутая тлением подстилка тому свидетель. В Заполярье солнечные лучи хоть и ненадолго, но принимали прямое участие в разложении останков мхов и лишайников. В тайге разрушение идет в тени, а значит, медленно. Многие химические элементы, скопившиеся в опаде, так и не достигают почвы. Их прямо из полуистлевшей трухи захватывают корни. В результате перегной лесных земель беден, примитивен и ненамного лучше, чем в тундре. Механизм обмена также далек от сбалансированного, а почвы тайги - подзолы всегда числились в списке бедных представителей четвертого "царства".

Однако чуть южнее, в лиственных и особенно в широколиственных лесах, взаимоотношения растительности и почв налаживаются. Березы, липы, дубы и грабы на каждый гектар леса ежегодно возвращают до 90% листьев с содержанием зольных элементов до 2-5%. Опад богат кальцием. Такие отношения помогают наладить плодотворное сотрудничество между растениями и почвой. Дубы, грабы и другие деревья наращивают массу, а почвы повышают плодородие. Здесь нет места бедным почвам Севера. Их место заняли зажиточные - дерново-подзолистые, серые и бурые лесные земли.

На этом можно было бы и закончить экскурсию, поскольку принцип механизма обмена прояснился, а его связь с солнечным теплом стала очевидной. Но вслед за дубовыми и грабовыми рощами открываются степи. Как обойти вниманием колыбель почвоведения? Сегодня уже трудно встретить такие степи, какими они были, скажем, во времена Тараса Бульбы; их распахали, они покрылись оврагами и балками. А тогда... "весь юг, все то пространство, которое составляет нынешнюю Новороссию, до самого Черного моря, было зеленою, девственною пустынею. Никогда плуг не проходил по неизмеримым волнам диких растений. Одни только кони, скрывающиеся в них, как в лесу, вытаптывали их. Ничего в природе не могло быть лучше. Вся поверхность земли представлялася зелено-золотым океаном, по которому брызнули миллионы разных цветов. Сквозь тонкие, высокие стебли травы сквозили голубые, синие и лиловые волошки; желтый дрок выскакивал вверх своею пирамидальной верхушкою; белая кашка зонтикообразными шапками пестрела на поверхности; занесенный бог весть откуда колос пшеницы наливался в гуще...".

Никто бы не мог сказать о степи и ее растительности лучше Николая Васильевича Гоголя. И все же красоты, описываемые им, не ушли в прошлое. Они сохранились на целинных участках, в заповедниках. До сих пор действует уникальный механизм обмена элементами между травами и черноземом. Многие представители четвертого "царства" тускнеют в лучах его славы. Но не будем забегать вперед. Позже, в галерее почв, мы ближе познакомимся с ним и его родственниками. А пока попытаемся проникнуть в тайны степного круговращения.

Степные травы - самые крупные вкладчики умеренных широт. Их опад достигает 140-200 ц/га. Какая древесная порода может столько вернуть почве? Оказывается - корни. Примерно 40% толстых, грубых и совсем тонких и нежных "нитей жизни" ежегодно скапливается под землей. Вместе с ними почва получает: кальций, фосфор, калий, серу, без которых немыслимо рождение вкусного и калорийного гумуса, уступают в корнях лишь кремнию. А если сложить все элементы, то их доля в подземном опаде перевалит за 10%, т. е. окажется в 5-6 раз выше, чем в тайге.

Верхушки и стебли трав, конечно, не так богаты химическими элементами. Но и они оставляют далеко позади листья граба, дуба и других богатырей южных лесов.

Судьба останков степных растений различна. Если их корни обречены на постепенное тление в течение нескольких лет, то сами травы, пережив зиму, обращаются в степной войлок, или калдан. Он очень неустойчив и обычно исчезает к концу лета. Его сжигают солнечные лучи и поедают почвенные животные и микроорганизмы (Л. Е. Родин, Н. И. Базилевич, 1965 г.).