Биосфероведение - Валерий Степанович Миловатский

href="ch2.xhtml#id31" class="a">[9]. И вот: фундаментальный «блок» биоты подготавливает нечто фундаментальное – почву! Уж так заведено в мире целостностей (биосфера ведь – мир целостностей!): живое от живого, клетка от клетки, фундаментальное от фундаментального. Как же это происходит? Нам довелось исследовать, как на голых камнях Уральских гор лишайники и мхи создают тоненький плодородный слой, на котором потом вырастали карликовые сосны и берёзы. Мхи и лишайники всей своей массой врастали в граниты. На высокогорьях Памира и Кавказа В.О. Таусон наблюдал, как цианобактерии вместе с нитрифицирующими бактериями образуют на камнях чёрные «натеки».

Ещё с большей интенсивностью идёт почвообразование уже на готовой коре выветривания. Здесь кроме бактерий ведущую роль уже играют грибы и растения. Именно растения создают мощнейшую биогенную миграцию атомов, о которой писал Вернадский. В виде минерального питания эти атомы вбираются растениями из почвы и, зарядившись благодаря им солнечной энергией, возвращаются в почву. Отжившие растения становятся пищей для бактерий, грибов и других организмов, и их стараниями превращаются в перегной.

Но если бы только это – был бы пустой круговорот: что взяли – то и отдали. Нет, растительные остатки в почве превращаются не только в минеральные вещества, а и в особое почвенное вещество – гумус. Для его образования едва ли не целиком используются органические молекулы, синтезированные растениями с помощью солнечной энергии. Поэтому гумус тоже исключительно богат энергией. Потом эта энергия используется при возрастании новых поколений растений. Растения заряжают гумус и почву солнечной энергией – вот дар, который растения приносят почве!

Кроме того, сами живые растения поставляют много органических веществ в почву: их корни выделяют до 50 % всей продукции, наработанной ими летом (органические кислоты, углеводы, спирты). Всё это кормит массу микроорганизмов и грибов. Корни растений переплетены гифами грибов и окружены колониями бактерий, которые не только разлагают органику, но и синтезируют новые органические вещества: ферменты, полисахариды, органические кислоты, используемые при образовании гумуса и почвы. Газовый состав почвы – полностью дело почвенных бактерий. Известно, что клубеньковые бактерии фиксируют азот, однако цианобактерии фиксируют 90 % азота, используемого биотой.

Следует сказать, что в останках животных нет той органики, которая необходима почвообразующим бактериям (да и грибам, и другим почвообразователям). Поэтому не останки животных, а именно продукция растений даёт основной материал для почвообразования.

Таким образом, растения во взаимодействии с микроорганизмами являются основой для образования и гумуса, и почвы, и её плодородия, дружно шествуя по жизни, «рука об руку».

Глава 12. Почвенные горизонты: почва и биосфера

Об открытии гумуса и его составе. О работе микроорганизмов в почве. Об участии почвы в формировании земной коры. Почва – малая биосфера. О последствиях разрушения почвы. Память почвы. Биосферное напутствие.

И снова суслик подал голос: «Но когда же скажут, в чём главный секрет, в чём суть почвы?» После некоторого перерыва приёмник снова заговорил – женский голос сказал: «Теперь об основных феноменах почвы расскажут Кононова и Волобуев».

Что такое гумус?

(из доклада М.Л. Кононовой)

Давно было замечено, что плодородие почвы связано с чёрным органическим веществом. Поэтому, между прочим, и чернозёмы черны, и лесные речки – «чёрные речки» (они выносят это вещество из лесной подстилки). Назвали это чёрное вещество гумусом: от латинского humus – земля, почва. Роль гумуса в почве так велика, что можно сказать: гумус – это то, что делает землю почвой. Где гумус – там и почва. В почве 90 % органических веществ относится к гумусу. Больше всего его в чернозёмах луговых степей: 400–700 т/га. Минимальное же его количество в почвах тундр и пустынь: 0,6–0,7 т/га. M.C. Бpyк так характеризовал гумус: «…он происходит путём разрушения растительности, окрашен в чёрный цвет, имеет большое значение в развитии растений, способствует поглощению и задержании тучности».

Ещё в 1786 году Ахард раствором щёлочи экстрагировал из почвы бурое вещество гумуса. Под действием кислоты из него образовались чёрные хлопья. Н.Т. Соссюр из Швейцарии обнаружил, что в гумусе содержатся азот, фосфор, сера, углерод, кислород. Дальнейшие исследования выявили в нём богатство микроэлементов.

Гумус – это не одно вещество, а сложный комплекс, букет из многих веществ. Главные компоненты его: фульвокислоты (от латинского fulvus – рыжий) и гуминовые кислоты, вместе они составляют 90 % от общего количества гумуса. Фульвокислоты легкорастворимы в воде, способны разрушать минералы и переносить соединения алюминия и железа в нижний горизонт почвы. В составе гуминовых кислот есть кальций, железо, алюминий, кремний. Они бывают, как и каменный уголь, чёрными и бурыми. Чёрные обогащены кальцием, бурые – алюминием, железом. В чернозёмном гумусе гуминовых кислот – 1/3, в гумусе подзолов – 1/10. Гумусовые кислоты способны сохраняться в почве столетиями. Причём, гуминовые кислоты долговечнее фульвовых в два раза.

С помощью радиоактивного анализа гумуса определяют возраст почв. Из них чернозёмы самые старшие, им до 3 000 лет, подзолы – до 800 лет, каштановые – более 600 лет.

Как образуется гумус?

Это многоэтапный и сложный процесс, суть которого в том, что частицы гумуса строятся не из неорганических веществ, а из целых блоков или фрагментов уже готовых органических молекул (белков, углеводов) при активном участии микроорганизмов почвы.

Остатки растений размельчаются почвенными животными (насекомыми, червями). Далее микроорганизмы и грибы расщепляют сложные органические молекулы (целлюлозу, белки) на фрагменты. Другие микроорганизмы выделяют ферменты, с помощью которых эти молекулярные фрагменты соединяются в новые органические молекулы. Затем отдельные, уже готовые молекулы гумуса (в основном гуминовые кислоты), составляются в длинные цепи. Эти цепи обвивают частички глины несколькими слоями. Получаются очень устойчивые к химическому и микробному разложению гранулы. Гранулы эти являются некими питательными и энергетическими «запасниками» почвы, в которых и хранится запас плодородия до поры-до-времени.

Когда же в почве питательные вещества иссякают (не только для растений, но и для микроорганизмов) – особые виды микроорганизмов (аспергиллы, пенициллы) начинают «распечатывать» эти «запасники», высвобождая сохранённую там плодородную силу (соединения азота, фосфора и другие).

Почвенные микроорганизмы теплолюбивы, особенно гумусообразователи. Они, как и растения, нуждаются в солнечном тепле, но избегают прямых солнечных лучей. Им важно, чтобы земля была прогрета. Чёрная почва, хорошо поглощающая солнечный свет, держит тепло как термостат или добрый дом. Поэтому размножение микроорганизмов и почвообразование в южных чернозёмах идёт наиболее интенсивно, в северных же почвах из-за низких температур гумосообразователи вообще отсутствуют.

Солнечная энергия вливается в гумус не только через основное русло – растения, но и через вспомогательные ручьи – микроорганизмы. Поэтому почва может напитываться солнечной энергией и при отсутствии растительного покрова. В этом-то как раз и заключается значение «чёрного пара»,