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».
