Почва – часть круговорота жизни

Почти 600 лет назад в императорском саду в центре Пекина был воздвигнут памятник. Он представлял собой приподнятую на возвышенности квадратную площадку, состоящую из насыпанных почв различного цвета и происхождения. Надпись на памятнике гласит: «Это сооружение построено в 1421 году в эпоху династии Мин. В середине находится желтая почва, в восточной стороне - голубая, на западе - белая, на юге - красная и на севере - черная почва. Все эти земли различных цветов принадлежат императору». Что должен был обозначать этот памятник? Несомненно, величие императорской власти, выраженной в обширности, природном богатстве и экономическом могуществе Поднебесной. О чем он может сказать нам, современным людям?

Это достаточно древнее символическое сооружение представляет нам почву в нескольких ее качествах. Во-первых, как символ плодородия, составляющего основу существования всего живого, включая человека. Во-вторых, как природное тело, в географическом распространении которого есть определенные закономерности. В-третьих, как объект с разнообразными свойствами, связанными с разнообразием природных условий районов их распространения или приемов возделывания. Кроме того, можно говорить об эстетической ценности памятника – он просто красив. Кто из нас когда-нибудь думал о красоте почвы или просто видел эту красоту? Вспаханное серое поле, грязная грунтовая дорога, черные огородные грядки – кое-что из этого, несомненно, полезно. Но – красиво?. Вряд ли. Тогда откуда же были взяты для средневекового китайского памятника эти такие разные и такие чистые цвета? Они из той почвы, которую мы видим каждый день, но практически ничего о ней не знаем, хотя ходим по ней, пашем, копаем, используем ее в качестве строительного материала. Мало кто видит почву и понимает ее роль в жизни всей нашей планеты.

Почва – наиболее близкая каждому человеку часть природы, хотя бы потому, что он по ней ходит. Человек ходит по ней, но редко задумывается над тем, какую роль она играет в жизни каждого человека. Разве не удивительно, что именно этот, невзрачный на первый взгляд, поверхностный слой земли, является, важнейшим и незаменимым условием жизни человека, всех растений, животных, микроорганизмов? Лишь на первый взгляд почва кажется однообразным и малоинтересным объектом. В действительности же ее мир не менее разнообразен и удивителен, чем например, мир растений и животных, и не менее важен в круговороте жизни. Но он также хрупок и раним, как мир растений и животных, и также нуждается в защите от негативного воздействия человека.

Я попытаюсь доказать, что почва играет важную роль в жизни планеты и человека, следовательно к ней нужно относиться очень бережно.

Внимательней всего с древних времен люди изучали самый верхний слой почвы – пахотный, где находятся корни возделываемых растений. Для людей главное было получить урожай, а для этого необходимо разобраться в том, как почва питает растения, какие ее свойства благотворно влияют на сельскохозяйственные культуры, а какие, наоборот, затрудняют их жизнь. Поэтому до второй половины Х1Х века внимание ученых было приковано лишь к самому верхнему слою почвы, в котором обитают корни растений, и было направлено на изучение механического состава почвы и органического вещества почвы.

Механический состав почв

В каждой из почв в разных соотношениях, обязательно присутствуют песок и глина.

По соотношению частиц различного размера судят о механическом составе почвы. Если в ней преобладают крупные песчаные частицы, почвоведы говорят о легких песчаных почвах, если много мелких глинистых – о тяжелой глинистой почве. Если соотношение песка и глины примерно одинаково, то такие почвы называют «суглинистыми». Механический состав почвы сильно влияет на плодородие почвы. Чем больше песка, тем слабее она удерживает воду, но при этом корни растений лучше снабжаются воздухом, необходимым им для дыхания. Наоборот, чем больше глины, тем сильнее удерживается драгоценная влага, но хуже поступает воздух. Поэтому механический состав – одно из первых свойств почв, которые стали изучаться людьми.

Органическое вещество почвы

Гумус – органическое вещество почв, образующееся при разложении остатков растений и животных в результате переработки почвенными организмами взаимодействия органического и минерального веществ в почве. Каждую осень травы засыхают, деревья сбрасывают листву, под землей незаметно отмирают старые корни. Все они начинают разлагаться под воздействием микроорганизмов. Постепенно все сложные органические соединения превратятся в простейшие соединения – воду, углекислый газ и минеральные элементы.

То, что вода и гумус необходимы для роста растений, люди знали очень давно. И с давних пор их интересовал вопрос: а из чего растения строят свое тело, откуда берут вещества, необходимые для образования листьев и стеблей, корней и плодов? По этому поводу были разные мнения. Одни считали, что только из воды растения строят свое тело, другие, что основным источником питания является гумус. Немецкий химик Юстус Либих показал, что углекислый газ воздуха дает растениям запас углерода. Именно из воздуха строят растения свое тело. Из почвы они берут лишь минеральные элементы, освобождающиеся в процессе разрушения минералов земли. Азот растения получают из почвы, удобрений или воздуха в виде аммиака. Растения, получая минеральные элементы из почвы весной и летом, осенью отмирают и возвращают ей, таким образом, отобранные запасы. Такой круговорот совершается каждый год. Почва является составляющим звеном этого круговорота, выполняющим свою незаменимую роль в круговороте жизни на планете.

До начала Х1Х века почву изучали только, как объект земледелия и науки о ней не было. Только в конце Х1Х века учение о почве стало четкой дисциплиной, имеющей свои методику, теорию, задачи и перспективы. Науку о почвах – почвоведение – создал замечательный русский ученый Василий Васильевич Докучаев. Он побывал в разных уголках нашей Родины и везде исследовал почвы. Василий Васильевич называл почву кормилицей человека и считал, что она для нас дороже нефти, угля, золота.

По В. В. Докучаеву, почва – это «четвертое царство природы» вслед за царствами минералов, растений и животных.

В. В. Докучаев не мог рассматривать почву как мертвый продукт, работая с почвой (черноземом), он определял ее как растительно-наземную почву, подчеркивая роль растительности не только как поставщика органического вещества, но и неотъемлемой части почвенного тела. Не осталась незамеченной им и животная жизнь. Животные являются активными посредниками в передаче энергии и вещества между растениями и почвой. Они измельчают, перерабатывают отмершие растительные остатки и затаскивают их в почву. Животные прорывают ее своими норами и ходами, участвуют в образовании некоторых видов почвенной структуры, обогащают ее своими экскрементами и, наконец, умирая, удобряют почву своими телами.

Органическое сочетание в едином природном теле живого и мертвого вещества и позволило Докучаеву говорить о почвах как о четвертом царстве природы. Именно в этот период ученые посмотрели на почву не сточки зрения ее полезности для человека, а как на тело, живущее по своим законам, вне зависимости от того, пашут ее люди или нет. И такой, казалось бы, «бесполезный» взгляд для человека оказался революционным для почвоведения.

В школе на уроке окружающего мира мы тоже опытным путем установили, из каких компонентов состоит почва.

Опыт 1. Если бросить комочек сухой почвы в воду, то видно, что из нее выходят пузырьки. Это говорит о том, что в почве есть воздух.

Опыт 2. Если почву, взятую из цветочного горшка, нагреть на огне и подержать над ней холодное стекло, то вскоре на стекле появятся капельки воды. Этот опыт показывает, что в почве есть вода.

Опыт 3. Если продолжить нагревание почвы, то вскоре появится дым и неприятный запах. Это сгорает гумус.

Опыт 4. Если прокаленную почву высыпать в стакан с водой и размешать, то через некоторое время на дно стакана осядет песок, а поверх песка – глина.

Опыт 5. Если профильтровать воду, в которой долго находилась почва и несколько капель этой воды поместить на стекло, подержать над огнем, то вода испарится, а на стекле останется белый налет. Это минеральные соли.

С помощью таких простых опытов мы установили состав почвы.

Итак, самостоятельное природное тело, представляющее четвертое царство природы, выделено. Это доказывает, что почва - важнейшая часть биосферы. Но необходимо выявить также и условия возникновения и формирования этого природного тела. Из каких же первоэлементов возникает почва? В. В. Докучаев определяет их следующим образом. Почва является процессом длительного взаимодействия между климатом и материнскими горными породами, с одной стороны, и растительными и животными организмами – с другой. Климат определяет температуру и влажность среды, в которой происходит выветривание горных пород и образование гумуса из растительных остатков. В зависимости от этих условий получаются разные конечные продукты, свойства которых и определяют свойства и строение конкретной почвы. Климатом же определяются и особенности растительного и животного миров, этих важнейших как их называл Докучаев, почвообразователей.

Помимо климата, материнских пород и живого вещества условия почвообразования определяются рельефом местности. Рельеф выполняет две функции. Во-первых, он определяет микроклимат. Во-вторых, характер рельефа определяет склоновые перемещения почвенной массы. Климат, материнские, или почвообразующие породы, растительные и животные организмы и рельеф местности В. В. Докучаев назвал факторами почвообразования. К факторам, влияющим на образование почвы, он отнес и время. Возраст территории может определять состав почвообразующих пород. Они могут быть свежими продуктами выветривания горных пород, сформированными в сегодняшних климатических условиях, или древними отложениями, которые развивались в условиях иного климата. Так, современная почва умеренного пояса может развиваться на продуктах выветривания тропического климата третичного периода кайнозойской эры (3 млн. лет назад). Другое проявление фактора времени. Представим промышленный карьер, однородную суглинистую толщу почвообразующей породы, еще не затронутую процессами почвообразования. Почвенных горизонтов нет. Нет почвы. Первыми на поверхности породы поселяются водоросли. Из их отмирающих тел образуется первый гумусовый слой мощностью менее 1мм, покрывающий поверхность породы. Это уже юная почва. С появлением высшей растительности содержание гумуса увеличивается. Увеличивается численность и разнообразие почвенной фауны. Формируется хорошо выраженный гумусовый горизонт. Несколько позже начнут проявляться более медленно идущие процессы. Через несколько десятилетий в условиях влажного климата будет заметно перемещение глины из верхних горизонтов в нижние. Со временем сформируется осветленный подзолистый горизонт. Уплотнение горизонта вмывания глины приведет к снижению его водопроницаемости и застаиванию влаги в толще подзолистого горизонта. Это приведет к появлению глея и заболачиванию почвы, переходу ее в болотную. Вмешательство человека привело к полному разрушению почвы в данном месте, к полному разрушению экосистемы, затем привело к образованию почвы совершенно другого типа, не характерного для данного места и к возникновению совершенно другой экосистемы. К факторам, влияющим на образование почвы, добавился еще один фактор - деятельность человека. Грубое вмешательство человека привело к разрушению почвы, а процесс образования новой почвы очень длительный, он может продолжаться сотни и тысячи лет (1 см почвы образуется в природе за 250-300 лет, 20 см – за 5-6 тысяч лет). Вот почему нельзя допускать разрушение, уничтожение почвы.

С какого же момента деятельность человека стала одним из факторов, влияющих на образование почвы, ведь изначально человек участвовал в этом процессе лишь как живое существо наравне с другими живыми существами?

Примерно 10 тысяч лет назад человек совершил так называемую неолитическую революцию. Находясь перед угрозой голода, он резко изменил способ своего существования. От собирательства и охоты он перешел к занятию скотоводством и земледелием. И тут он впервые встретился с почвой как объектом своего жизненного интереса. Именно этот момент и стал началом развития цивилизации и моментом отчуждения человека от природы. Сельскохозяйственная революция стала поворотным моментом в развитии человечества и моментом, когда человек стал грубо вмешиваться в естественные экосистемы. Человек постепенно стал чувствовать себя хозяином природы, а не ее частью. Научившись использовать почву в своих целях, он разрушал природу.

КАК ЧЕЛОВЕК ИСПОЛЬЗУЕТ ПОЧВУ

Человек ХХ века, созидая, пользовался экстенсивными методами, разворачивал строительство предприятий, увеличивал площади под сельское хозяйство. Строил электростанции и водохранилища. Этот процесс назывался индустриализацией. В последней четверти ХХ века человечество начало переходить к другому методу хозяйствования – интенсивному. Причиной тому стала нехватка ресурсов. Интенсивные методы позволяют производить из меньшего количества сырья большее количество продуктов, т. е. использовать ресурсосберегающие технологии, позволяют отказаться от гигантских предприятий. А также предполагают высокий уровень точности и надежности технологических процессов. Наиболее продуктивные почвы на планете в ХХ веке в основном были использованы, а другие стали непригодными из-за эрозии и истощения, поэтому сельское хозяйство тоже перешло на интенсивные методы хозяйствования. Этот период получил название «зеленой революции». В результате прирост производства продовольствия происходил в основном не за счет увеличения обрабатываемых площадей, а благодаря внедрению новых высокоурожайных сортов растений и продуктивных пород животных, применению средств защиты растений и животных, улучшению методов обработки почвы, внесению большого количества удобрений и расширению орошаемых земель. Человек начал понимать, что к природным ресурсам нужно относиться бережнее.

Чтобы гигантская экономическая машина, построенная человеком, надежно функционировала, строятся новые дороги, прокладываются трубопроводы, добываются горы полезных ископаемых. Все это разрушало почву и нарушало круговорот веществ в экосистемах.

Бурный рост экономики в ХХ веке вызвал огромные изменения в биосфере, хотя начало им положила вся предыдущая история освоения планеты. Такое массированное воздействие на биосферу, в том числе и на почву, долго не осознавалось обществом. Более того, человек ощущал себя «преобразователем» природы, а свои действия расценивал как «улучшение», «совершенствование», «управление». Причиной непонимания драматических последствий вторжения в природу было также отсутствие данных о результатах такого вторжения. Сегодня наблюдательные системы дают возможность получать сведения о состоянии окружающей среды в глобальном масштабе. В результате обработки получаемых данных оказалось, что во всех средах – воздушной, водной, почве – идет изменение содержания химических веществ. Почвенный покров суши быстро деградирует. Только за 1970-1990 годы на возделываемых человеком землях разрушено 480 млрд. т верхнего слоя почвы, что эквивалентно всем пахотным землям Индии. Российский академик-почвовед Г. В. Добровольский пишет: «Если в прошлом веке и первой половине ХХ в. угроза разрушения почвенного покрова была ясна, но все-таки носила региональный характер, то теперь стало очевидным, что эта угроза имеет уже глобальный характер». Территории на суше с полностью или частично разрушенными экосистемами можно наблюдать повсюду, но есть несколько крупных районов, где они разрушены на огромных пространствах. Это, прежде всего очаги древнего земледелия. Практически вся Европа, за исключением северной части России, Южная и Юго-Восточная Азия, Северная Америка. Древнейшим видом земледелия было подсечно-огневое, когда для создания поля сжигали участок леса. Зола служила хорошим удобрением, и почва несколько лет давала хорошие урожаи. Когда почва истощалась, участок бросали и выжигали новый. Такой вид земледелия до сих пор используется в некоторых тропических странах. Со времени неолитической революции площадь лесов на Земле сократилось вдвое. Это снизило интенсивность круговорота воды и способствовало расширению площади пустынь. Усугубляло положение и развитие скотоводства: скот не только уничтожал растительность, но и разрушал почвенный слой. В соответствии с климатическими условиями пустыни должны занимать на суше 34 млн. км², а фактически их площадь превышает 43 млн. км². На грани опустынивания находится 1/ 5 часть всей суши Земли. Африканская пустыня Сахара, к примеру, каждый год продвигается на юг почти на 10 километров. Российский академик В. А. Ковда считал, что за время существования земледелия человек превратил в пустыни 20 млн. км² земель. Остановить (или хотя бы замедлить) опустынивание очень трудно, но все-таки можно. Для этого надо прекратить распашку земель там, где она так опасна, и содержать столько домашних животных и так их пасти, чтобы не губить пастбища. Нужно сеять травы и сажать леса, чтобы появился защищающий почву растительный покров.

К счастью кое-какие меры по охране почвы человек все же использовал, но результат использования этих мер ничтожно мал, в сравнении с вредом нанесенным деятельностью человека.

Источником развития экономики являются ресурсы природы. И другого такого источника у человека нет. И, как это ни драматично, экономический рост невозможен без разрушения биосферы, в том числе и почвы. Дальнейшее развитие человечества возможно лишь в том случае, если будут созданы системы ограничений и запретов. Тогда возможен отказ от многих сложившихся убеждений. В первую очередь это касается взаимоотношений человека и природы. За все время существования цивилизации человек вел себя по отношению к природе как к кладовой, откуда можно бесконечно черпать и безнаказанно разрушать естественные экосистемы. Сейчас ученые призывают иначе относиться к природе, призывают перестать рассматривать ее как ресурс, а подходить к ней как к фундаменту жизни. Главной причиной возникновения экологического кризиса многие ученые считают безудержный экономический рост. «Человек погибнет, убитый непомерным ростом того, что он называет цивилизацией» считал французский энтомолог и писатель Ж. А. Фабр еще в конце 19 века. Наиболее полно этот вопрос исследовал российский ученый В. Г. Горшков. Им разработана теория биотической регуляции окружающей среды. Ключевым понятием которой, является «хозяйственная емкость биосферы». Хозяйственную емкость измеряют в процентах площади данной экосистемы, которую можно использовать без нарушения способности оставшейся части экосистемы регулировать и стабилизировать окружающую среду. Для биосферы эта площадь составляет около 20 – 30%. Предел хозяйственной емкости устанавливается на основе закона распределения потоков энергии в соответствии с размерами организмов в биосфере, сложившегося на данном этапе эволюции жизни. Это закон устанавливает экологический коридор, в котором должна развиваться цивилизация без деградации окружающей среды. Устойчивое экологическое состояние цивилизации может быть обеспечено в пределах емкости хозяйственной биосферы, но возвращение к устойчивому экологическому состоянию еще не означает реализации устойчивого развития. Нельзя забывать, что до начала ХХ в. природа справлялась с экологическими проблемами. Однако никто не возьмется утверждать, что эти 10 тыс. лет были временем устойчивого экономического и социального развития. Развитие же цивилизации на современном этапе демонстрирует разрушение окружающей среды в такой степени, что глобальная экологическая катастрофа может оказаться неизбежной. Вся прошлая истории эволюции жизни показывает, что природа в течение 4 млрд. лет смогла противостоять геофизическим изменениям на Земле и всегда избавлялась от видов и организмов, которые переставали обеспечивать устойчивость окружающей среды, а тем более нарушали ее. В этом столкновении с фундаментом жизни, состоящим из отдельных организмов, контролирующих каждый микрон земной поверхности, шансов выжить, у человека нет, если он не изменит своего отношения ко всему живому. Для этого надо просто следовать ограничениям и запретам, вытекающим из законов биосферы. Попробуйте, например, не следовать закону Ома – и сразу убедитесь, что это невозможно. А следовать законам биосферы – значит идти по пути развития цивилизации, в рамках выделенного для нее экологического коридора. Теория В. Г. Горшкова интересна, но пока недостаточно убедительна и, наверное, далеко не единственно верная. А вот слова этого автора для меня аксиома:

«Природа не признает шуток, она всегда правдива, всегда серьезна, всегда строга. Она всегда права, ошибки же и заблуждения исходят от людей» И. В. Гете

Заключение.

В процессе исследования я многое узнала о почве. Я нашла ответы на такие вопросы: Какую роль играет почва в жизни планеты и человека? Почему ее называют «четвертым царством природы»? Как образуется почва? Почему без почвы прервался бы круговорот жизни на планете? Я узнала, что почва нуждается в защите не меньше, чем другие части биосферы, а может быть даже больше, потому что восстанавливается тысячи лет. Я узнала, сколько вреда нанес человек природе за годы своей эволюции. Но один вопрос так и остался для меня открытым. Что же делать человеку дальше? Развивать еще больше свою экономику? Но тогда возможна экологическая катастрофа. Возвращаться обратно в природу и жить, например, в лесу как древний человек, не пользуясь благами цивилизации? Но это не выход для меня, да и для многих людей на планете. Мы уже просто разучились жить в природе. Выход из этой ситуации наверняка есть и возможно следующее мое исследование будет посвящено этому вопросу.