Вальков - Почвоведение

химического и иного преобразования литосферы. Формируют ши­ рокое разнообразие почв, часто резко контрастных по своему строе­ нию и качествам. Но все почвы объединяет общее свойство — пло­ дородие.

Плодородие — это способность почвы удовлетворять потреб­ ность конкретных растений в элементах питания, воде, обеспе­ чивать их корневые системы воздухом и теплом, Питание, вода, воздух, тепло — главнейшие слагаемые плодородия почв. Здесь не­ обходимо подчеркнуть следующее. Под почвенным питанием понима­ ется обеспечение растений минеральными формами Р, К, Са, Mg, Na

ипрактически всеми другими химическими элементами, имеющими­ ся в природе. Однако основная масса живого вещества планеты по­ строена из химических элементов, имеющих атмосферное происхож­ дение. Ведущие компоненты атмосферы: N2, С 02, Н20 — это газы. Именно из них строятся органические вещества живых организмов,

вкоторых по массе господствуют С, О, Н, N. Академик В.И. Вер­ надский подчеркивал, что «...почти все вещества организмов созда­ ются из газов. Еще ярче эта связь выражена в факте, что все земные газы (исключая вулканические эманации) так или иначе связаны с организмами и процессами жизни».

Кислород — продукт фотосинтеза растений. Весь кислород ат­ мосферы происходит из молекул воды. Вода тоже предоставляет живым организмам водород. Кислород и углерод живого вещества происходят из углекислоты. С 02 при, в общем-то, незначительном содержании в атмосфере (0,03%) — фундамент всей жизни плане­ ты. «Без угольной кислоты не было бы жизни», — пишет В.И: Вер­ надский и далее отмечает: «Зеленая растительность перерабатывает

ипоглощает главным образом углекислоту, происходящую от ды­ хания почвы. Дыхание почвы есть биохимический процесс, связан­ ный с выделением углекислоты бактериями, почвенной микрофау­ ной и грибами».

Первоисточник воды — соленые воды Океана. Однако вся пре­ сная вода, без которой немыслима жизнь, имеет атмосферное проис­ хождение. Это не что иное, как конденсированная из газообразного состояния атмосферная влага. Среднее ее содержание в атмосфере около 3%.

Наконец, азот, как компонент живых организмов, имеет атмос­ ферное происхождение, хотя и усваивается в большинстве своем из

минеральных соединений почвы. В минеральных породах литосферы азота не было. Организмы, фиксирующие азот из атмосферы, обо гащают им почву.

Почва считается плодородной, если растения на ней не страдают т холода и перегрева, а корневые системы получают в нужном коичестве элементы питания, воду, не испытывают недостатка в кисороде воздуха. Недостаток или избыток одного из слагаемых ком­ понентов плодородия ограничивает возможности получения урожая

ичасто приводит к гибели растений.

Вмногогранном понятии плодородия каждая его составляющая важна и незаменима. А поэтому не следует искать главное. Выделим лишь крайне разносторонние функции живого и мертвого органиче­ ского вещества и продуктов метаболизма, трансформации органиче­ ских соединений, их минерализации и новообразования, где веще­ ственно и энергетически преобладает фотосинтез. В этой сложнейшей цепи круговорота и превращения материи выделяется группа специ­ фических органических соединений почвы — ее гумус. Специфиче­ ских потому, что они присущи в природе только почвам. От возник­ новения гумуса, его существования и исчезновения (минерализации) зависит разностороннее явление — плодородие почвы.

4.1.2. Виды и ф о р м ы п л о д о р о д и я почв

Возникновение плодородия связано с естественным почвообразова­ нием, поэтому каждой почве присуще природное, или естествен­ ное плодородие. Если почва распахивается либо используется под кормовые угодья, она включается в сельскохозяйственное производ­ ство. Ее природное плодородие начинает проявляться в продуктив­ ности сельскохозяйственных угодий. Этот вид плодородия часто на­ зывают эффективным, в котором объединены естественное и искусственное плодородие.

Искусственное плодородие создается человеком, его разносто­ ронним воздействием на природу почвы. Однако человек по-разно- му влияет на почву. Известно много примеров, когда благодаря его деятельности естественные малопродуктивные ландшафты пустынь, болот, солончаков, солонцов были преобразованы в плодородные пахотные земли. В цветущие сады превратились болота Колхиды, плодородными стали земли Нидерландов, Голодной степи, оазисы

мель. Их плодородие очень конкретно. Еще в I в. римский ученыйфилософ Плиний Старший отмечал:

Почвау которую украшают высокие и стройные деревья, дале- :о не самая лучшая, если не считать ее пригодность для самих деревьев.

Различные почвы не могут быть одинаково хороши для всех рас­ тений. Экологические особенности растительных организмов крайне разнообразны в отношении требований к почвенным условиям: к ре­ акции среды, физическим свойствам, гранулометрическому составу и даже к богатству органическим веществом и элементами питания. Например, чай и люпин растут только на кислых почвах, а люцерна предпочитает нейтральные и слабощелочные почвы. Для зерновых культур оптимальны тяжелые структурные почвы, а картофель, бах­ чевые культуры и черешня лучше растут на легких почвах. На бога­ тых в отношении элементов питания и органического вещества почвах не размещают плантации виноградников и табака из-за резкого ухуд­ шения качества продукции, а конопля и овощные культуры требуют очень богатых почв. Поэтому на практике почвы всегда разделяются на более благоприятные для полевых культур, для садов, для вино­ градников, для картофеля, для огородов, для чайных плантаций и т. д. Так что одна и та же почва для одних растений может быть плодородной, для других — малоплодородной.

В этой особенности почвенного плодородия заложена основа раци­ онального, т. е. в наибольшей степени отвечающего почвенным усло­ виям, размещения сельскохозяйственных растений, направленного на оптимальную специализацию сельскохозяйственного производства. Изучение почвенного покрова, почвенное районирование позволяют выделить территории с наиболее благоприятными природно-почвен­ ными условиями для разных направлений сельского хозяйства, для разных культурных растений. С особенностями почвенного плодоро­ дия связано развитие зернового хозяйства, льноводства, хлопковод­ ства, виноградарства, табаководства, садоводства, субтропического плодоводства и др.

Учитывая экологические особенности культурных растений, пло­ дородная почва должна обладать следующими качествами:

•Соответствовать по своим свойствам экологическим особенностям возделываемых культ ур• Например, бога­ тые черноземные почвы —лучшие пшеничные земли, на легких

почвах хорошо растет картофель и бахчевые культуры, тяже­ лые пойменные земли — оптимальны для риса, чай и люпин растут только на кислых почвах, а люцерна предпочитает ней­ тральные и слабощелочные, и т. д.

•Обеспечивать растения минеральными веществами.

Доступность и количество этих веществ неравнозначны для разных культур. Овощи и конопля требуют почв, богатых ор­ ганическим веществом и легкодоступными азотом, фосфором и калием, хорошо гумусированные почвы оптимальны для зерно­ вых культур и подсолнечника, в то же время виноград, табак, гречиха отрицательно относятся к богатству почвы гумусом, снижая урожайность и качество продукции.

•Обладать оптимальным и устойчивым запасом влаги.

Издесь экологический оптимум отличается широким разноо­ бразием. Рис возделывают при затоплении, для овощных куль­ тур необходимо хорошее, но не избыточное увлажнение, а ви­ ноград и сорго нормально вегетируют при влажности почвы, которая для большинства растений означают их гибель от за­ сухи.

•Быть достаточно рыхлой и иметь комковато-зерни- стую или ореховатую ст рукт уру, что обеспечивает сво­ бодное и глубокое развитие корневой системы растений. Че­ решня, яблоня, груша хорошо плодоносят только на рыхлых почвах, слива же может нормально плодоносить на плотных почвах, а для кукурузы, подсолнечника, люцерны плотные поч­ вы — не только препятствие, а наоборот, они их улучшают, мелиорируют.

•Обладать оптимальной теплоемкостью и теплопрово­ дностью, быть достаточно теплой для обеспечения жизнедея­ тельности соответствующих растений. Здесь также характерно экологическое разнообразие. Холодные условия необходимы для картофеля, брюквы, турнепса, а яблоня, груша, слива и

виноград не переносят высоких температур тропиков. Человек отбирал растения для культуры во всех природно-клима­

тических зонах, за исключением, по-видимому, только полярного по­ яса. В сельскохозяйственном производстве возделываются злаки из субтропических и умеренных широт (пшеница, сорго, просо, рожь), клубнеплоды относительно прохладных территорий (картофель, то­

пинамбур) и тропиков (ямс, батат, таро), растения широкого спек­ тра лесных поясов (яблоня, груша, слива, абрикос, мандарин, ман­ го) и т. д. В последние годы даже такое типично таежное растение, как брусника, и типично болотное, как клюква, становятся объекта­ ми сельскохозяйственного возделывания. Это свидетельствует о бес­ конечном разнообразии почв, которые были первоначально родными для ушедших в культуру растений. Учение Н.И. Вавилова о центрах происхождения культурных растений становится теоретической осно­ вой исследований в области почвенной экологии сельскохозяйствен­ ных растений.

Культурные растения сохранили в своем генетическом фонде, пусть даже измененном многовековым воздействием человека, адап­ тивную реакцию к первоначальной природной среде, первоначаль­ ным почвам, с которыми когда-то эти растения составляли опти­ мальное почвенно-экологическое единство. Данное единство опре­ деляло максимальную биологическую продуктивность. Поэтому для эффективного использования почвенного плодородияу получения максимальных урожаев необходимо достигать такого же един­ ства между сельскохозяйственными растениями и культурными почвами.

Приведем несколько примеров. Родина арбуза —Южная Африка, где распространены красно-бурые и красно-коричневые почвы сухих саванн. Ожелезненносгь этих почв создает эффект опесчаненности. Особенностью почв саванн является также наличие длительных пе­ риодов почвенной засухи, сменяющейся влажными периодами. Куль­ тура арбуза во многом унаследовала экологические особенности сво­ ей родины. Арбуз практически безразличен к содержанию в почве гумуса. Высокие урожаи этой культуры получают и на многогумусных черноземах, и на малогумусных сероземах, светло-каштановых, серо-бурых пустынных и бурых полупустынных почвах при условии обеспечения их влагой.

При достаточной рыхлости и структурности почв растения ар­ буза дают неплохие урожаи на почвах тяжелосуглинистого и легко­ глинистого гранулометрического состава, например на черноземах различных подтипов. Однако экологическая особенность арбуза — давать высокую продуктивность и хорошее качество на почвах лег­ кого гранулометрического состава, в том числе и на слабогумусированных песках. Эти почвы малоценны для большинства других

442 П о ч в о в е д е н и е

сельскохозяйственных растений, и использование их под бахчи наи­ более эффективно. Нечувствительность арбуза к бедным легким по­ чвам объясняется мощным развитием корневой системы, ее высокой способностью использовать большие объемы почвы и материнской породы. Корни арбуза проникают на глубину 4—5 метров и охваты­ вают объем 7—10 м3 почвенной массы. Мощная корневая система обе­ спечивает относительную засухоустойчивость этой культуры, однако арбуз положительно реагирует резким возрастанием урожайности и на достаточную влажность почвы. Чередование сухих и влажных се­ зонов характерно для саванн Южной Африки.

Родина картофеля — горные районы Чили и Перу. Здесь про­ хладный климат, легкие опесчаненные почвы с слабовыветренными минералами, обогащенные калием. Это и обусловило формирование определенных экотипов картофеля, находящих оптимальные условия в нежарком влажном климате, на легких почвах (серые лесные, дер- ново-подзолистые, черноземы оподзоленные и др.) при повышенном калийном питании.

Родина гречихи — высокогорные влажные районы Азиатского материка (Индия, Гималаи) с промытыми небогатыми почвами. По­ этому гречиха —влаголюбивое растение, корневая система которого, выделяя различные органические кислоты, способна разлагать ми­ нералы и обеспечивать себя элементами минеральной пищи и, глав­ ным образом, фосфатами. Нетребовательна гречиха и к гумусовому содержанию почв. Наоборот, урожайность зерна гречихи снижается на богатых гумусом черноземах. Требует гречиха для своего разви­ тия также легких почв.

Наконец, главная наша культура полей — пшеница — имеет не­ сколько близких по природным условиям центров происхождения. Это Передняя и Средняя Азия, Средиземноморье с умеренно влаж­ ным и умеренно сухим климатом. Здесь распространены коричневые почвы, которые по всем своим характеристикам очень близки к чер­ ноземам. В них достаточно высокое содержание гумуса и зольных элементов, нейтральная реакция среды, рыхлое структурное строе­ ние, хорошие физические свойства при умеренно тяжелом грануло­ метрическом составе. Именно этим характеристикам отвечают лучшие пшеничные земли мира — черноземы Евразии, черноземовидные по­ чвы североамериканских прерий и руброземы Аргентинской пампы. Произошла лишь некоторая эколого-климатическая переориентация

Биоклиматические условия произрастания растений предусматри вают отношение их к следующим показателям: температура, тепло, хладостойкость, морозоустойчивость, жароустойчивость, продолжи тельность вегетационного периода, необходимость периода покоя, во­ доустойчивость, засухоустойчивость, влаголюбивосгь, продолжитель­ ность светового дня, интенсивность инсоляции и др.

Почвенный оптимум для растений широк и разнообразен и являет­ ся основным содержанием учения о плодородии почв. Основные со­ ставляющие почвенных условий, которые для разных растений имеют широкий, ограниченный или узкий оптимум, таковы: органическое вещество, мощность корнеобитаемого слоя, pH, гранулометрический состав, физическое состояние почвы, почвенная влага, элементы ми­ нерального питания растений и т. д. Это отдельные частные характе­ ристики почв, которыми обладает любая почва в разном количествен­ ном проявлении. Практик и исследователь имеет дело с конкретны­ ми почвами, разнообразие которых велико и зависит от притока на поверхность Земли тепла и влаги. Центры происхождения растений в преобладающем большинстве насыщены конкретным биоклиматическим и почвенным содержанием.

Как бы далеко ни ушли культурные растения в своем внешнем со­ матическом проявлении, созданном творчеством человека, они сохра­ нили практически неизменным свой генетический фонд. Этот фонд закрепил в себе экологическую приспособленность к условиям внеш­ ней биоклиматической и почвенной среды, к условиям обитания да­ леких предков. Однако обширность биоклиматического ареала от­ дельных растений не гарантирует им всеобщий почвенный экологи­ ческий оптимум.

4.1.4. П л о д о ро д и е п о ч в и п р о д у к т и в н о с т ь

БИОГЕОЦЕНОЗОВ

Свойства почвы, ее богатство в утилитарно-агрономическом смыс­ ле не всегда совпадают с продуктивностью природных растительных сообществ. Часто наблюдаются явные противоречия: крайне бедные, промытые, выщелоченные почвы служат субстратом для экстрапродуктивных биогеоценозов. Разительным примером этого служат по­ стоянно влажные дождевые тропические леса на красных и желтых аллитных (ферраллитных) почвах. Гилеи по обилию биомассы и ко­

личеству растительного опада намного превосходят все природные растительные сообщества. Почвы же, на которых развиваются гиllpi, настолько бедны элементами питания, что при вовлечении их в ■Ьскохозяйственное производство едва могут обеспечить получение ^Bfc-четырех удовлетворительных урожаев.

естественных условиях плодородие почв неразрывно связано ИЩоответствующим этим почвам биоценозом и является результа­ том развития природного почвообразовательного процесса. Единство компонентов биоценоза неминуемо ставит нас перед необходимостью оценить продуктивность биогеоценозов не только как результат по­ чвенных условий, но и как экологические особенности самих расти* тельных сообществ. В данном случае не почва и ее свойства опреде­ ляют объем биомассы сообщества («урожай»), а само природное со­ общество регулирует этот объем и поддерживает его на уровне эволюционно сложившегося равновесия составных частей биогеоценоза. Естественные биоценозы сами обеспечивают свойственную им биоло­ гическую продуктивность.

Лесные биоценозы хорошо переносят обильное увлажнение и вы­ щелачивание веществ атмосферными водами. Сущность приспособле­ ния состоит в накоплении и удержании лесом необходимых ему запа­ сов элементов-органогенов не в почве, из которой легко идет вымы­ вание, а в более надежном хранилище — в биомассе. Биологический круговорот элементов в лесах приближается к непосредственному обмену между организмами и их отмирающими остатками. Поэтому настоящие леса — таежные и тропические — не образуют высоко­ плодородных в сельскохозяйственном смысле почв. Более того, лес способен максимально использовать самые бедные местообитания (пески и др.), проявляя высокую продуктивность. В лесах продук­ тивность биоценозов не совпадает с плодородием почвы в форме ее богатства элементами питания и органическим веществом.

В экологическом отношении степные растительные сообщества резко отличаются от лесных. Степная растительность живет на соб­ ственном почвенно-водно-минеральном питании, вследствие чего она развивает мощную, глубоко проникающую в почву корневую си­ стему и формирует в зоне распределения своих корней богатейшую природную кладовую питательных элементов — почвы с домини­ рованием дернового процесса. В этом случае продуктивность био­ ценоза зависит от свойств самой почвы. Между типично лесными