В песчаных пустынях масса корней во много раз, иногда в 10-20, превышает массу надземной растительности.
В прериях Северной Америки ежегодно обновляется около 0,5 килограмма корней на каждом квадратном метре почвы, или 25 процентов их биомассы. Отмирающие органические вещества пополняют запас перегноя в почве, но чтобы "набрать" современное содержание гумуса, требуется столетие для верхней и около шестисот лет для нижней части почвенного слоя. Разница объясняется тем, что большинство корней сосредоточено в самом верхнем слое, в глубину проникают немногие, а значит, и мала их масса; в глубине к тому же медленнее гдут процессы обновления.
Каждый вегетационный сезон происходит нормальное природное отмирание корней и у плодовых растений (корнепад) или циклическое обновление, смена корней системы.
Мы не всегда отдаем себе отчет, в каких гигантских количествах корни "пьют" воду, а цифра - весьма внушительна: для леса она равна почти 10 тысячам тонн на гектар.
Многие корни используются в пищу человеком, а еще чаще - дикими животными, поскольку содержат крахмал, сахара, масла, витамины. Существуют даже специализированные животные, например слепыши, которые питаются только корнями растений, для чего проделывают в почве длинные ходы.
Сложные и многообразные отношения складываются между корнями и почвенными беспозвоночными. Беспозвоночные - сапрофаги проделывают исключительно важную работу, вместе с микробами утилизируя мертвые корневые остатки, освобождая место и питательные вещества для нового поколения растений. Прокладывая подземные лабиринты, они облегчают корням проникновение в глубину, обеспечивают их воздухом и водой.
Но эти отношения далеко не всегда складываются к обоюдной пользе. Многие беспозвоночные, особенно личинки насекомых, питаются живыми корнями растений.
Перегрызая корни всходов и сеянцев, особенно у молодых посадок сосны, у свеклы, хлопчатника, насекомые способствуют их заболеванию или даже гибели. Так, за "чахотку" табака в Крыму принимали повреждения корней личинками жука песчаного медляка, настолько были похожи симптомы у заболевших растений и тех, которые пострадали от этих личинок. Личинки долгоносиков сит он развиваются в клубеньках на корнях бобовых там же, где и клубеньковые бактерии, и это тоже вредит растениям.
Однако даже такие обитатели почвы наносят не только ущерб: и они прокладывают растениям ходы, выедают подгнившие участки корня, способствуют расселению полезных микроорганизмов, экскременты животных служат питательной средой микробам. Правда, не все такие микробы полезны. Порой животные заражают растения вредными микробами, которых заносят в поврежденные участки корня, например нематоды, личинки луковой мухи и луковой мухи-журчалки. Но и корни своими выделениями создают иногда непригодные условия для жизни животных.
На этом основан один из методов борьбы с вредителями растений, которые разыскивают в почве нужные им растения по их "запаху" - корневым выделениям.
Выращивание нескольких сельскохозяйственных культур на одной и той же площади приводит к изменению популяции вредителей, - так утверждает группа биологов из Кембриджского университета. Дело в том, что взрослые насекомые не прочь поживиться и за счет других растений, которые, однако, оказываются совсем неподходящими для них. Обнаружив ошибку, вредители поспешно разбегаются, не успевая подчас отложить-яйца.
В этом смысле защитником капусты может выступить фасоль, а моркови лук, который не только отвлекает внимание вредителей, но и блокирует их обоняние острым запахом.
И наконец, надо сказать о дыхании корней. Ведь выдыхаемая углекислота может в почве, где затруднен газообмен, достигать концентрации 10-12 процентов против 0,03 процента в атмосферном воздухе. Все ли животные способны это выдержать?
Так непросто складываются в почве отношения между корнями, микробами и растениями.
Живое прошлое и эволюция почв
Почвы изменяются со временем. Об этом известно любому земледельцу, который, заботясь о плодородии почвы, заправляет ее удобрениями, поддерживает комковатую структуру. Если этого не делать, плодородие иссякает, разрушается водопрочная структура, убывает гумус.
Постоянные изменения почв происходят и без воздействия человека. И такие изменения наглядны, их легко наблюдать: на чистых песчаных наносах поселяются растения, за ними другие, и вот уже песок закреплен, он медленно превращается в почву. Или обнажилась скальная поверхность. Прошло время, и ее заселили лишайники, потом мхи, за ними травянистые растения, и в скором времени образовался слой почвы, в котором успешно поселяются первые деревья.
Во всех этих явлениях действующей силой выступают живые организмы: сначала микробы, затем лишайники, мхи ж высшие растения. Им всюду сопутствуют и почвенные животные: простейшие, нематоды, клещи, ногохвостки, личинки насекомых и дождевые черви.
При этом горная порода превращается в почву, все более мощную, все более богатую гумусом.
Было бы неправильным не видеть в этом процессе, называемом эволюцией почвы, также действия атмосферного воздуха, воды и растворенных в ней химических веществ. Наконец, в современную эпоху, названную в начале века известным нашим геологом академиком А. П. Павловым антропогенной, то есть определяемой деятельностью человека, на почвенный покров все большее влияние оказывает человек.
Русскому почвоведению, начиная с работ В. В. Докучаева, было всегда присуще понимание динамикж почвенного покрова, изменения почв в пространстве и во времени. В советское время вопросы эволюции почв не раз широко обсуждались, причем иногда эти обсуждения были очень бурными.
Не чужды эти идеи и работам зарубежных почвоведов. Особенно подробно динамика почвообразования, эволюция почв рассмотрены в книге французского почвоведа профессора Филиппа Дюшофура, переведенной в 1970 году на русский язык. На большом материале Ф. Дюшофур показывает, как под влиянием эволюции минеральной части почвы, ее глин, органического вещества, органо-минеральных комплексов, ионных равновесий в почвенном растворе, влиянием растительности на биологический цикл элементов меняются во времени почвы холодного, умеренного и жаркого климата. Ученый предлагает убедительные схемы стадийного развития почв в условиях избытка воды, кальция, натрия, железа и других компонентов. (Менее подробные, но удобные и вполне обоснованные схемы строили и наши почвоведы, одну из них в 1911 году предложил П. С. Коссович, другую в 1927-м - С. А. Захаров.)
Нашли последователей среди почвоведов и идеи яркого американского геоботаника Ф. Клеменса, который в развитии растительности различал промежуточные стадни (сукцессии) и заключительную устойчивую фазу (климакс).
В нашей стране горячо обсуждались взгляды В. Р. Вильямса о "едином почвообразовательном процессе". Все зональные типы почв ученый рассматривал в качестве стадий, этапов единого процесса.
В работах советских почвоведов в 30-е годы, в том числе Н. П. Ремезова, В. А. Ковды, С. В. Зонна, были описаны конкретные случаи эволюции почв в лесах, степях. В трудах нынешних почвоведов идеи эволюции почв нашли отражение в классификации почвенных типов, где учтены особенности современных почвенных процессов ("почва-момент") и реликтовых свойств, оставшихся от прошлого ("почва-память").
Особое место в исследованиях по эволюции почв занимает небольшая книжка профессора А. А. Роде "Почвообразовательный процесс и эволюция почв", увидевшая свет в Москве в 1947 году. Алексей Андреевич здесь не только четко систематизировал все имевшиеся в науке на тот период данные об эволюции почв, но и определил ее движущие силы. Он выделил четыре фактора эволюции:
- действие сил внешних по отношению к биогеоценозу;
- воздействие соседних биогеоценозов;
- саморазвитие почв из-за действия внутренних сил в биогеоценозе;
- филогенез растений и других живых организмов, обладающих новыми геохимическими особенностями.
Последнее обстоятельство первым среди почвоведов отметил А. А. Роде. А ведь именно оно является главной движущей силой эволюции почв в масштабах геологической шкалы времени.
Авторы имели удовольствие не раз обсуждать с Алексеем Андреевичем вопросы эволюции почв во время экспедиций в черноземной зоне России, в Западном Казахстане. Этот удивительно обаятельный человек и энциклопедически образованный ученый прекрасно разбирался не только в вопросах почвоведения, но и в зарождавшейся в 50-е годы биогеоценологии.
Он неоднократно подчеркивал, что почвы по тем масштабам времени, которыми пользуются геологи, - эфемеры, образования с недолгой жизнью. До него такого четкого представления у почвоведов не было. В общих словах подобные идеи высказывались, но Роде конкретно показал, в чем заключается движущая сила эволюции жизни для почвообразовательного процесса.
